强突出煤层井巷揭煤地面钻孔区域消突方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯治理，更具体涉及强突出煤层井巷揭煤地面钻孔区域消突方法。

背景技术：

1、突出煤层井巷揭煤是煤矿生产过程中瓦斯风险较大的一个环节。井巷在即将揭开煤层之前,煤层中的瓦斯泄露量很少,一旦揭开煤层,煤体内就会释放出大量的初始释放瓦斯膨胀能,可能诱发煤与瓦斯突出等瓦斯事故。为了保证井巷揭煤期间瓦斯安全，《防治煤与瓦斯突出细则》要求：突出煤层揭煤工作面距煤层最小法向距离7m前实施区域防突措施。常用的井巷揭煤区域防突措施是在井下采取钻孔预抽煤层瓦斯的消突措施；但随着煤层开采深度的增加，瓦斯含量及压力进一步加剧，井下瓦斯治理工程与采掘接替的矛盾日益突出，特别是瓦斯压力达到3mpa以上的区域，不允许即无法直接在井下施工钻孔。

2、施工地面钻孔对揭煤区域消突是强突出煤层井巷揭煤的一个技术方向。地面钻孔扩孔掏煤，从地面施工，作业空间大、安全性高；地面钻孔扩孔掏煤后，钻孔周边煤体卸压更加充分，煤层透气性也随之增大。钻孔扩孔掏煤后，煤体中形成了较大的孔洞，钻孔周边煤体卸压更加充分，煤层透气性也随之增大，瓦斯效果提高，钻孔孔径扩大对瓦斯抽采量的影响可按下式计算：

3、q＝3.14mλ0.9p01.85r0.2α0.1t-0.1

4、可以看出，在抽采时间较长、进入稳定流动状态时，钻孔总瓦斯流量q与煤层厚度m成正比，与煤层瓦斯压力p0的1.85次方、透气系数λ的0.9次方、钻孔半径r的0.2次方成正比。该区域煤层，在井下施工的穿层钻孔直径一般为113mm穿层钻孔，假设钻孔扩孔掏煤后p0、α(煤层瓦斯含量系数)不变，钻孔直径由φ113mm增大至1500mm，理论计算钻孔扩孔掏煤后，瓦斯抽采量为扩孔掏煤前的1.7倍，井下揭煤期间，施工的穿层钻孔数量是是该区实验地点施工的地面钻孔及分支孔数量的50倍以上，且同一个地面主孔与其分支孔施工相互影响，地面主孔与其分支孔抽采时间受到限制，因此，通过施工地面钻孔及分支孔，并对其扩孔掏煤，能达到扩大钻孔卸压范围、辅助消突目的，却达不到区域消突的目标。

5、现有专利公告号为cn 112901252 a的专利文献公开了了深井高瓦斯压力揭煤区的地面钻井掏煤辅助消突方法，包括以下步骤：s1、施工一口多底定向井工艺：在深井高瓦斯压力揭煤区的地面进行掏煤钻井，所述一口为主井段，所述多底定向井包括六个分支井段；s2、瓦斯抽采：将六个分支井段分别与地面负压系统连接，最大限度抽采煤层瓦斯；s3、瓦斯抽采结束后，先分别对六个分支井段进行水泥封孔，再对主井段进行水泥封孔；s4、井下验证：在六个分支井段周边布置7个验证孔，测定最大瓦斯含量；

6、虽然其采用“一口多底定向井，六个分支井段”方法后，提高了钻孔施工进度，提升了抽采效果，缩短打钻和抽采时间，从而实现深井高瓦斯压力揭煤区安全快速高效揭煤，但其通过施工地面钻孔及分支孔，并对其扩孔掏煤，能达到扩大钻孔卸压范围、辅助消突目的，仍无法实现区域消突。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，如何对强突出煤层井巷揭煤进行区域消突。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：强突出煤层井巷揭煤地面钻孔区域消突方法，其特征在于，包括如下步骤：

3、s1、地面钻孔：依次从地面定向施工相应的主孔及其分支孔，所有钻孔均钻透目标煤层至煤层底板一定距离，所述分支孔均匀环绕在主孔四周；

4、s2、扩孔掏煤增透：主孔及其分支孔终孔后，先对目标煤层进行多级扩孔掏煤，后对目标煤层进行水力压裂增透，扩大煤层卸压增透范围；

5、s3、注实：在对下一个分支孔施工前，已施工的主孔或分支孔自目标煤层顶板以上一定距离至已施工的主孔与其它已施工的分支孔的非共用通道进行注实，目标煤层掏煤段及其顶板以上一定距离留空，形成第一留置空间；

6、s4、抽采：通过最后施工的分支孔进行连续抽采，至地面钻孔区域消突评价合格后停止；

7、s5、钻孔注实：利用最后施工的分支孔对主孔及其分支孔第一留置空间注实，再对该分支孔及该分支孔与主孔的共用通道注实。

8、通过扩孔掏煤可达到对煤体局部泄压，使煤体局部留出空间，便于抽采瓦斯，辅助消突，对与该分支孔相互影响的已施工的主孔或已施工的分支孔的非共用通道进行注实，并使已施工的分支孔或主孔的注实面底端与煤层掏煤的留空之间形成第一留置空间，邻近钻孔扩孔掏煤增透过程中，钻孔周边煤层煤体发生变形、位移，充填至第一留置空间，依次对多个主孔和分支孔进行增透后，所有钻孔及其周边一定距离煤层发生膨胀变形、卸压，提高了煤层透气性系数。通过最后施工的分支孔连续高效抽采，实现了区域消突，利用最后施工的分支孔对主孔及其分支孔第一留置空间注实，提高巷道揭煤期间施工安全性。

9、作为优选的技术方案，还包括设计揭煤巷道确定揭煤控制范围，并测定揭煤巷道附近原始瓦斯参数，所述主孔及其分支孔数量根据原始瓦斯参数确定，所述主孔及其分支孔见煤点间距不大于该区域煤层水力压裂有效半径。

10、作为优选的技术方案，所述主孔及其分支孔的水平投影均匀布置在揭煤控制范围内。

11、作为优选的技术方案，通过控制所述地面钻孔及其分支孔数量、地面钻孔及其分支孔见煤段扩孔掏煤直径，保证揭煤控制范围内煤体体积分数掏煤量不低于5‰。

12、作为优选的技术方案，所述主孔为三开结构，所述主孔一开段、二开段为共用通道，所述主孔见煤段至其煤层顶板以上一定距离为三开段，所述分支孔自主孔二开段底部钻至目标煤层底板一定距离，所述步骤s3中为主孔或分支孔三开段注实，所述主孔的分支孔连接在主孔二开段底部侧端，所述步骤s1中先施工主孔，后施工各分支孔。

13、作为优选的技术方案，所述步骤s4中，地面钻孔区域消突评价前在井下测定揭煤控制范围煤体残余瓦斯参数。

14、作为优选的技术方案，所述步骤s2中，水力压裂增透后，所述主孔及分支孔内形成多个水力压裂裂缝，且通过裂缝与已施工的主孔和分支孔相连通，所述煤层内煤体充满第一留置空间。

15、作为优选的技术方案，所述步骤s2中扩孔掏煤为多次多级扩孔掏煤。

16、作为优选的技术方案，所述步骤s1中主孔开孔包括如下步骤：

17、一开段：使用钻头开孔钻至稳定基岩层内不小于30m后，下入石油套管护壁，采用石油固井工艺固井；水泥候凝不小于48小时后做止水检查；

18、二开段：使用钻头定向钻至煤底板后下入石油套管，采用石油固井工艺固井；候凝72小时后做止水检查；

19、三开段：使用钻头定向钻进至靶点。

20、作为优选的技术方案，所述主孔一开段孔径大于二开段孔径，二开段孔径大于三开段孔径。

21、本发明的优点在于：

22、本发明中，通过扩孔掏煤可达到对煤体局部泄压，使煤体局部留出空间，便于抽采瓦斯，辅助消突，对与该分支孔相互影响的已施工的分支孔或已施工的主孔与其它已施工的分支孔的非共用通道进行注实，并使已施工的分支孔或主孔的注实面底端与煤层掏煤的留空之间形成第一留置空间，邻近钻孔扩孔掏煤增透过程中，钻孔周边煤层煤体发生变形、位移，充填至第一留置空间，依次对多个主孔和分支孔进行增透后，所有钻孔及其周边一定距离煤层发生膨胀变形、卸压，提高了煤层透气性系数。通过最后施工的分支孔连续高效抽采，实现了区域消突，利用最后施工的分支孔对主孔及其分支孔第一留置空间注实，提高巷道揭煤期间施工安全性。