“卸压-抽采-注水”一体化防控煤岩复合灾害的施工方法与流程

本发明涉及煤岩动力灾害防控技术，特别是一种采取“卸压-抽采-注水”一体化防控冲击地压和煤与瓦斯突出煤岩复合动力灾害的施工方法。

背景技术：

煤炭进入深部开采后，煤岩动力灾害特征接近，既有煤与瓦斯突出特征，又有冲击地压特征，难以归类为单一灾害类型，称为煤岩复合动力灾害，或简称煤岩复合灾害。与浅部动力灾害相比，复合动力灾害发生门槛降低、强度增大，其发生机理更加复杂。对煤与瓦斯突出煤层，一般采取防突措施治理，使煤体冲击倾向性增加，进而可能发生冲击地压灾害；对冲击地压煤层，一般采取钻孔卸压等防治措施，进而可能诱发煤与瓦斯突出。对冲击地压和煤与瓦斯突出分别进行治理的理念和技术，已不能满足煤岩复合动力灾害的防控，开发适合煤岩复合动力灾害的防控技术已成为深部煤炭开采面临的新课题。

齐庆新等人(齐庆新，潘一山，舒龙勇，等.煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构[j].煤炭学报，2018，43(7):1801－1810.)基于对煤岩复合动力灾害形成机理的分析，提出了对煤岩复合动力灾害采取“卸压-抽采-注水”一体化防控的理论与技术，但未给出该技术的具体施工方法。

技术实现要素：

本发明的目的就是为实施该技术提供一种施工方法，使采用“卸压-抽采-注水”一体化防控煤岩复合灾害技术能够获得最佳防控效果。

为实现上述目的，本发明提供的“卸压-抽采-注水”一体化防控煤岩复合灾害的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、在采煤工作面的上顺槽和下顺槽出口处的煤体内，顺煤层分别按一定间距钻取浅部大直径卸压孔；浅部大直径卸压孔的孔径、孔深和相互间距根据采煤工作面的地质条件和复合动力灾害危险性评估结果确定；浅部大直径卸压孔在上顺槽和下顺槽上呈空间相对分布；通过钻孔实现煤体浅部卸压；

步骤2、对所有的浅部大直径卸压孔采用高弹伸缩式封孔器进行封孔；然后进行瓦斯抽采；

步骤3、瓦斯抽采浓度衰减后，每间隔一个浅部大直径卸压孔选取一个浅部大直径卸压孔，将封孔器从选取的浅部大直径卸压孔中取出，其余浅部大直径卸压孔仍处于严格封孔状态；然后在选取的浅部大直径卸压孔的孔底上沿浅部大直径卸压孔的轴向继续钻取直径小于浅部大直径卸压孔的深部钻孔，使浅部大直径卸压孔和深部钻孔前后分布呈长短交错状态，深部钻孔在采煤工作面的上顺槽和下顺槽上的分布呈空间交错状态，深部钻孔的底端超过采煤区段的中轴线(以避免采煤面中部形成瓦斯抽采/注水空白带)；然后对每个深部钻孔采用高弹伸缩式封孔器重新进行封孔，封孔长度依据煤岩性质和抽采/注水压力参数确定；

步骤4、按两个相邻的深部钻孔为一组对上顺槽和下顺槽上的深部钻孔进行分组，将每一组深部钻孔中的前一个作为深部瓦斯抽采孔、后一个作为深部煤岩注水孔(或相反)，加以标识，并使深部瓦斯抽采孔和深部煤岩注水孔在采煤工作面的上顺槽和下顺槽上呈空间交错分布状态；然后对每一组中的深部瓦斯抽采孔和深部煤岩注水孔同时进行深部煤岩瓦斯抽采和深部煤岩注水(一组进行瓦斯抽采和注水时，其余各组的深部钻孔处于封孔器严格封孔状态)；所有深部钻孔完成深部瓦斯抽采孔和深部煤岩注水孔后，施工结束。

作为优选，所述步骤1中的浅部大直径卸压孔的孔径为94～110mm；所述步骤2中的深部钻孔(包括深部瓦斯抽采孔和深部煤岩注水孔)的孔径为50mm或89mm。

作为优选，所述步骤3中对每个深部钻孔重新进行封孔采用的高弹伸缩式封孔器通过连接管与抽采和注水转换接头相接，抽采和注水转换接头分别与抽采管和注水管连接。

本发明提供的施工方法具有以下有益效果：

1、本发明施工方法，先通过钻取的浅部大直径卸压孔进行煤体浅部卸压，可促使煤体裂隙增加，增加煤层的透气性，提高后续瓦斯抽采的效果，减少巷道浅部煤岩体的瓦斯积聚。继而通过采取①一个浅部大直径卸压孔、一个深部瓦斯抽采孔、再一个浅部大直径卸压孔、一个深部煤岩注水孔的钻孔排列形式；②使开设在采煤工作面上顺槽和下顺槽上的深部瓦斯抽采孔和深部煤岩注水孔空间呈交错分布；③对每组深部瓦斯抽采孔和深部煤岩注水孔采取瓦斯抽采和煤岩注水同时进行的操作方式(煤岩注水与抽取瓦斯同时进行的优点是利用水的驱气作用提高单孔瓦斯的抽采量和缩短瓦斯抽采时间)，这三项技术措施，可使采煤工作面深部瓦斯抽采和深部煤岩注水在煤体内相互交叉，互相配合，更加有效地起到对深部煤层抽采瓦斯、软化煤体、改善煤岩体物理力学性能和使煤体的应力集中区向煤体深部转移的作用，从而实现“卸压-抽采-注水”一体化防控冲击地压和煤与瓦斯突出复合动力灾害技术获得最佳效果。

2、本发明对深部钻孔采用高弹伸缩式封孔器进行封孔，并使高弹伸缩式封孔器的接头与抽采与注水转换接头相接，可实现机械式快速封孔和瓦斯抽采和注水的快速转换；达到用一个封孔器即可快速进行抽采与注水双功能的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的钻孔布置平面图(沿上顺槽和下顺槽横向剖视图)；

图2为沿图1中下顺槽的竖向剖视图；

图3为封孔后的深部瓦斯抽采孔/深部煤岩注水孔的剖视图；

图4为本实施例中高弹伸缩式封孔器及其连接件的示意图。

图中：1－浅部大直径卸压孔；2－深部瓦斯抽采孔；3－深部煤岩注水孔；4－高弹伸缩式封孔器；5－深部抽采瓦斯；6－深部煤岩注水；7－煤体；8－上顺槽；9－下顺槽；10－采煤工作面；11－采空区；12－顶板；13－底板；14－连接管；15－抽采与注水转换接头；16抽采管；17－注水管。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

该实施例为某矿采煤工作面实施“卸压-抽采-注水”一体化防控冲击地压、煤与瓦斯突出复合煤岩动力灾害的施工方法。

该矿采煤工作面的平均埋深1090m，工作面倾斜长180m，平均煤厚5m。根据鉴定和分析，工作面存在冲击地压、煤与瓦斯突出复合煤岩动力灾害危险性，为消除危险，对采矿工作面实施“卸压-抽采-注水”一体化防控，一体化防控的具体施工方法按以下步骤进行：

(1)如图1和图2所示，在采空区11前面、位于顶板12和底板13之间的采煤工作面10的前方10m处，根据该矿工作面的地质条件，在采煤工作面上顺槽8的下帮和下顺槽9的上帮，顺煤层钻取孔径为110mm、孔深为25m、相互间距为1m的浅部大直径卸压孔1，并使其在上顺槽和下顺槽上呈空间相对分布；通过钻孔实现煤体浅部卸压；

(2)在钻取浅部大直径卸压孔的同时，即刻插入高弹伸缩式封孔器4，对浅部大直径卸压孔进行封孔，封孔长度为7m；然后连接抽采管路进行瓦斯抽采；

(3)瓦斯抽采浓度急剧衰减后，如图1和图2所示，上顺槽8自第二个浅部大直径卸压孔开始，下顺槽9自第一个浅部大直径卸压孔开始，每间隔一个浅部大直径卸压孔选取一个浅部大直径卸压孔，将高弹伸缩式封孔器从选取的浅部大直径卸压孔中取出(其余浅部大直径卸压孔仍处于严格封孔状态)；然后如图1所示，在选取的浅部大直径卸压孔的孔底上沿卸压孔轴向继续钻取孔径为89mm的深部钻孔，使整个钻孔的深度(包含原钻取的浅部大直径卸压孔的深度)达到100m，使浅部大直径卸压孔和深部钻孔前后分布呈长短交错状态，深部钻孔在采煤工作面的上顺槽和下顺槽上的分布呈空间交错状态，深部钻孔的底端超过采煤区段的中轴线10m(以避免采煤面中部形成瓦斯抽采/注水空白带)；然后对每个深部钻孔采用高弹伸缩式封孔4重新进行封孔，封孔长度为7m(如图3所示)；如图4所示，高弹伸缩式封孔器的接头通过连接管(14)与抽采和注水转换接头(15)相接，抽采和注水转换接头分别与抽采管(16)和注水管(17)连接。

(4)对上顺槽和下顺槽上的全部深部钻孔，自采煤工作面前方开始，分别按第一个深部钻孔为深部瓦斯抽采孔(2)、第二个深部钻孔为深部煤岩注水孔(3)分组排序，并加以标识，形成深部瓦斯抽采孔和深部煤岩注水孔在上顺槽和下顺槽上呈空间交错分布状态(如图1和图2所示)；然后通过高弹伸缩式封孔器及与其相接的抽采和注水转换接头对每组深部瓦斯抽采孔和深部煤岩注水孔同时按图1中符号5所示的深部抽采瓦斯和符号6所示的深部煤岩注水进行瓦斯抽采和注水操作，一组进行瓦斯抽采和注水时，其余各组的深部钻孔仍处于封孔器严格封孔状态；所有深部钻孔完成深部瓦斯抽采和深部煤岩注水后，施工结束。