一种沿空回采巷道卸压孔的钻孔施工方法与流程

本发明涉及一种沿空回采巷道冲击地压防治方法，特别涉及一种沿空回采巷道卸压孔钻孔施工方法。

背景技术：

冲击地压是一种复杂的矿井动力现象，一直是岩体力学及矿山防治研究的难点之一。煤炭开采过程中，一旦形成冲击地压，将导致重大事故灾害事故的发生。

据统计，70％以上冲击地压发生在回采巷道中，特别是沿空回采巷道中。

目前，防治回采巷道冲击地压最有效的方法是在巷道煤体中打卸压孔，卸压孔一般垂直于巷道煤壁，小卸压孔一般直径在100mm以下，大孔径卸压孔径为100mm～300mm，钻孔深度约10～30m，间距5～10m，根据现场需要选取合理直径与间距。

钻孔卸压的原理是通过向煤壁钻孔，使钻孔周围煤体裂隙不断扩展，煤体不断破坏，煤体压缩弾性能不断释放，并在卸压孔周围形成应力较低的卸压区。

当卸压孔周围破碎区相互连通后形成大范围的卸压区，促使积聚在煤壁附近的高应力集中区向煤体深部转移，达到将压缩的弹性能进行释放的目的，从而起到防治冲击地压的效果。研究表明，卸压孔直径越大，越密，卸压孔周围煤体裂隙越发育，卸压效果越好。

同时，卸压孔有可能对巷道围岩扰动破坏，理论设计及现场实施时必须予以考虑，尤其是深部矿井，具有冲击地压与巷道大变形的双重危险，需要兼顾。

当卸压孔直径较大，间距较小时，可以达到预期卸压效果，但加剧了巷道破坏，巷道围岩稳定性受到影响，围岩巷道变形难以控制。

当卸压孔直径过小，间距过大时，卸压效果不明显，不能起到防治冲击地压的目的。

如何科学、合理的进行沿空回采巷道卸压孔的施工，以获得小扰动、强卸能的效果，有效预防冲击地压的形成，已经成为本领域技术人员需要不断探索和研究的一个重要课题。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种沿空回采巷道微扰动、强卸压的卸压孔钻孔施工方法，其具有施工难度小、操作性强、施工周期短、成本低等技术特点。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是，一种沿空回采巷道卸压孔的钻孔施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，在首采工作面的运输顺槽，未受采动影响的煤帮内，钻取样孔a若干个，收集所钻出的煤屑并称重；

然后，分别计算出各取样孔a的平均每米钻孔深度的煤粉质量，加权平均后作为标准值b；

上述各取样孔a等间距布置，孔深均为10米；

第二步，待首采工作面开采完毕后，在下一工作面沿空回采巷道靠近工作面一侧距离底板1.5m的高度处，钻取样孔c，

钻孔过程中，每钻进1米，收集一次所钻出的煤屑并称重，记录每米钻孔深度的煤粉质量d；

当发现所钻出的煤屑重量不再随钻孔深度的增加而变化时，停钻，得到取样孔c；

上述取样孔c的孔径与取样孔a的孔径相等；

第三步，将各煤粉质量d数值与上述标准值b进行比较，得到沿空回采巷道靠近工作面一侧的侧向支承压力分布规律，即：

当煤粉质量d数值高于标准值b所对应的钻孔深度区域为高应力弹性区、低于标准值b所对应的钻孔深度区域为低应力塑性区；

第四步，使用自动变径扩孔钻具，在工作面前方沿巷道至停采线的区域内，等间距钻若干数量的卸压孔；

所述卸压孔为阶梯孔，内粗外细；卸压孔的深度大于或者等于上述的高应力弹性区所对应的钻孔深度区域；卸压孔的钻孔方法如下：

选择所需的钻头直径，由外向里钻孔，当钻孔深度进入到上述的高应力弹性区所对应的钻孔深度区域后，打开自动变径扩孔钻具上的刀体截齿，将钻头直径调整至之前的3-5倍，从孔底开始由内向外回转扩孔；

当回转扩孔至上述的低应力塑性区所对应的的钻孔深度区域后，关闭自动变径扩孔钻具，并将自动变径扩孔钻具上的刀体截齿复位；然后，将自动变径扩孔钻具抽出，即得卸压孔；

第五步，继续在下一个工作面沿空回采巷道，重复上述第二步至第四步，直至工作面全部开采完成。

上述技术方案直接带来的技术效果是，采用直观且简单可行钻孔承重、对比比较的方法，以替代现有技术的繁琐复杂的应力监测方法，以确定卸压孔钻孔的深度，大幅降低了卸压孔钻孔施工难度、施工周期短和成本低，并且，上述技术方案的卸压孔钻孔施工方法的可操作性强，简单易行。

上述技术方案中，综合考虑了冲击地压的防治与巷道维护的要求，根据支承压力分布规律，针对性地选用阶梯形状的卸压孔(低应力区孔径小，高应力区孔径大)。其中，低应力区的孔径小，使得钻孔施工过程的扰动小、对围岩破坏小，有利于巷道变形控制；而内部高应力区的孔径大，可以保证强力的卸压效果。即，上述技术方案，具有十分突出的微扰动、强卸压的技术特点。

特别是，上述技术方案，根据支承压力分布规律，在靠近煤壁支承压力小和能量小的低应力区采用小孔径卸压，减小其对围岩的破坏；在支承压力大，远离煤壁的高应力区进行大孔径强卸压，使得卸压更具有目的性。

优选为，上述的沿空回采巷道卸压孔钻孔施工方法，取样孔a的数量为3个，各取样孔a之间的间距为30米。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，我们的实践经验表明：“取样孔a的数量为3个，各取样孔a之间的间距为30米”，所获得作为参照标准的基准，既具有所取样品的代表性，又可兼顾尽可能减少取样孔钻孔的工程量，利于缩短施工周期、降低施工成本。

进一步优选，各卸压孔之间的间距为5～10米。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，我们的实践经验表明：“各卸压孔之间的间距为5～10米”，一方面，所产生的泄压效果最为均衡、有效；另一方面，卸压孔密度可适当减少，工作量相对减少。

进一步优选，取样孔c的孔径与取样孔a的孔径均为42mm；阶梯形的卸压孔的细段直径为60mm、粗段直径为300mm。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，我们的实践经验表明：“取样孔c的孔径与取样孔a的孔径均为42mm；阶梯形的卸压孔的细段直径为60mm、粗段直径为300mm”，在足以满足常见沿空回采巷道冲击地压的防治需要之外，一方面，可以尽可能地减少因为卸压孔的钻孔施工所造成的扰动以及应力变化所带来的负面影响，另一方面，便于常规钻具的选择使用。

综上所述，本发明相对于现有技术，具有对沿空回采巷道扰动小、卸压效果好，施工难度小、操作性强、施工周期短，以及施工成本低等有益效果。

附图说明

图1为首采工作面的运输顺槽的平面结构示意图；

图2为工作面沿空回采巷道的平面结构示意图；

图3为工作面沿空回采巷道的平面结构示意图(卸压孔钻孔施工后)。

附图标记说明：1、首采工作面，2、首采工作面回采巷道，3、首采工作面回风平巷，4、取样孔a，5、取样孔c，6、下一工作面运输平巷，7、卸压孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

以某煤矿3201工作面为例，举例说明。

3201工作面的基础条件：煤矿开采深度1110m，煤层厚度3.2m，有强烈冲击倾向性，巷道受地压影响变形较大。因而，需要在3201工作面的沿空回采巷道，进行微扰动强卸压冲击地压卸压孔钻孔施工。

沿空回采巷道卸压孔的钻孔施工，按如下步骤进行：

如图1至3所示，第一步，在首采工作面的运输顺槽，未受采动影响的煤帮内，钻取样孔a，共3个，收集所钻出的煤屑并称重；

然后，分别计算出各取样孔a的平均每米钻孔深度的煤粉质量为：2.45kg/m、2.42kg/m、2.39kg/m，加权平均后作为标准值b为：2.42kg/m、；

上述各取样孔a等间距布置，孔深均为10米；

第二步，待首采工作面开采完毕后，在下一工作面沿空回采巷道靠近工作面一侧距离底板1.5m的高度处，钻取样孔c5，

钻孔过程中，每钻进1米，收集一次所钻出的煤屑并称重，记录每米钻孔深度的煤粉质量d；

当发现所钻出的煤屑重量不再随钻孔深度的增加而变化时，停钻，得到取样孔c；

上述取样孔c的孔径与取样孔a的孔径相等；

第三步，将各煤粉质量d数值与上述标准值b进行比较，得到沿空回采巷道靠近工作面一侧的侧向支承压力分布规律，即：

当煤粉质量d数值高于标准值b所对应的钻孔深度区域(8米至20米区段)为高应力弹性区、低于标准值b所对应的钻孔深度区域(0米至8米区段)为低应力塑性区；

第四步，使用钻头与钻杆之间安装有自动变径扩孔件的钻具，在工作面前方沿巷道至停采线的区域内，等间距钻若干数量的卸压孔；

所述卸压孔为阶梯孔，内粗外细；卸压孔的深度大于或者等于上述的高应力弹性区所对应的钻孔深度区域(1米至3米)；卸压孔的钻孔方法如下：

选择直径为42mm的中空钻杆，由外向里钻孔，当钻孔深度进入到上述的高应力弹性区所对应的钻孔深度区域后，打开自动变径扩孔钻具上的刀体截齿，将钻头直径调整至之前的3-5倍，从孔底开始由内向外回转扩孔；

当回转扩孔至上述的低应力塑性区所对应的的钻孔深度区域后，关闭自动变径扩孔钻具，并将自动变径扩孔钻具上的刀体截齿复位；然后，将自动变径扩孔钻具抽出，即得卸压孔；

第五步，继续在下一个工作面沿空回采巷道，重复上述第二步至第四步，直至工作面全部开采完成。

上述各取样孔a之间的间距为30米。

上述各卸压孔之间的间距为5～10米。

实际开采过程中，泄(卸)压效果好、巷道支护效果好。