边掘边抽的超前钻孔预抽方法与流程

1.本发明涉及煤矿瓦斯预抽技术领域，特别涉及边掘边抽的超前钻孔预抽方法。


背景技术：

2.煤矿瓦斯抽采就是向煤层和瓦斯集聚区域打钻，将钻孔接在专用的管路上，用抽采设备将煤层和采空区中的瓦斯抽至地面，加以利用；或排放至总回风流中。抽采瓦斯不仅是降低开采过程中的瓦斯涌出量、防止瓦斯超限和积聚，预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故的重要措施，还可变害为利，作为煤炭伴生的资源加以开发利用。
3.在高瓦斯矿井中,煤巷综掘工作面即综合机械化放顶煤回采工作面，易受采动影响,煤层中的瓦斯比较集中的释放到掘进工作面巷道内,造成回风瓦斯超限。掘进巷道瓦斯涌出来源主要由割煤、落煤、运煤过程中释放的瓦斯和巷道周边煤体向掘进巷道释放瓦斯两部分组成。随着巷道的掘进，巷道两帮的煤体由于受采动影响,形成一定范围的松动,松动带范围内的煤体由于卸压使煤层裂隙发育，进而在掘进工作面内涌入大量瓦斯。为保证掘进工作效率，需设计边掘边抽的瓦斯抽采方法，降低工作面瓦斯涌出，保障施工安全及施工效率。


技术实现要素：

4.针对现有技术不足，本发明解决的技术问题是提供边掘边抽的超前钻孔预抽方法，解决现有矿井中煤巷综掘工作面受采动影响,煤层中的瓦斯比较集中的释放到掘进工作面巷道内,造成瓦斯超限的问题。
5.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是:一种边掘边抽的超前钻孔预抽方法，步骤一：在掘进工作面后方的巷道两侧壁施工钻场；步骤二：在钻场内沿掘进走向倾斜施工多个抽采钻孔，多个所述抽采钻孔的终孔位置与抽采钻孔的开口位置的直线距离一致；所述终孔位置超前掘进工作面的距离大于等于20m；步骤三：抽采钻孔与瓦斯抽采装置连接并进行封闭形成封堵区，并在封堵区出现缝隙后及时泵入封堵浆料进行动态填充。
6.本方案产生的有益效果是：1、通过在掘进巷道两帮布置钻场实施边掘边抽,能够对前方煤层内的瓦斯进行预抽采，减少了前方煤体中涌入巷道的瓦斯量,从而控制了掘进工作面瓦斯浓度,保证了安全快速掘进。2、随着工作面的向前掘进，受采动影响，巷道周围煤体产生松动，煤层内裂隙逐渐发育增大，有利于瓦斯抽采。3、钻孔施工与掘进工作面平行作业，提高了掘进速度，掘进工作面始终位于抽采钻孔终孔后方，位于掩护区内，有效解决了掘进工作面瓦斯超限的问题。
7.进一步，所述步骤二中抽采钻孔的数量为4-8个，钻孔孔深≥60m。布置多个钻孔向不同深度煤层进行抽采，提高抽采效率；由于终孔位置需超前掘进工作面20m,设置孔深不小于60m,可保证掘进工作面安全，同时可延长钻孔使用时长。
8.进一步，所述开孔位置距巷道中心线距离为3.0-3.5m。
9.进一步，所述瓦斯抽采装置，包括抽采管，沿瓦斯抽采流出方向依次在抽采管设有
第一三通阀、瓦斯泵和第二三通阀，第一三通阀和第二三通阀连接有瓦斯泵并联的第一回气支管，抽采管靠近第二三通阀的一端连接有储气罐，第一三通阀与瓦斯泵之间连接有第二回气支管，第二回气支管一端与储气罐连接，储气罐连接有抽气主管，抽气主管上设有补气罐，抽气主管上沿瓦斯抽采流出方向依次在补气罐两侧设置第一稳压阀、第二稳压阀，第一稳压阀开启压力大于第二稳压阀开启压力，补气罐与储气罐之间连接有补气管，补气管内设有仅供气体流向储气罐内的补气单向阀。
10.通过调整两个三通阀改变气流回路实现交替式抽采，通过交替出现的充气气流和抽气气流，使得钻孔内的煤层的缝隙反复受到膨胀和收缩的交变应力，从而使得煤层产生局部断裂，进而使得煤层缝隙向扩大并向深处扩展，从而令深部的煤层透气性增加，从而提高瓦斯抽采量。当储气罐内的气压小于补气罐内气压时，补气罐内瓦斯经过补气管、补气单向阀进入储气罐内，从而保证压入抽采钻孔内的气量，同时由于补气罐内存储为瓦斯，不会降低瓦斯抽采浓度，保障瓦斯抽采效果。
11.进一步，所述抽采管与抽采钻孔内壁之间间隔设有填充有封堵材料，间隔设置的封堵材料与抽采钻孔内壁与抽采管外壁构成动态封堵区，所述动态封孔装置包括装有封堵料的储料罐，封堵料为固液混合流体，储料罐底部连接有进料管，进料管一端穿过封堵材料与动态封堵区连通；进料管上设有用于将封堵料送入动态封堵区的送料机构，所述送料机构包括滑动缸，滑动缸内设有可沿缸壁滑动的活塞，活塞包括滑动头、滑动块和连接在滑动头与滑动块之间的连杆，滑动块一端延伸至储料罐内，滑动块另一端连接有弹簧；滑动头内设有进料单向阀，滑动头与滑动块之间的滑动缸侧壁分别设有出料口和回料管，滑动缸底部设有进料口，进料管分为第一进料管和第二进料管，第一进料管分别与滑动缸的进料口和储料罐连接，第二进料管分别与滑动杆的出料口和动态封堵区连接；回料管内设有回料稳压阀且回料管与储料罐连通。
12.利用瓦斯抽采装置工作时储气罐内的气压变化，使得送料机构的活塞往复运动，从而封堵液送入动态封堵区；由于回料稳压阀的设置，使得活塞头至动态封堵区段存在一定压力；当活塞头与限位环之间的液压大于设定值时，回料稳压阀打开，多余的封堵液经过回液管回收至储液罐内；当动态封堵区产生裂隙时，在液压作用下封堵液可压入缝隙内进行封堵，从而保障抽采钻孔封孔的气密性，防止瓦斯从抽采孔泄漏。
13.进一步，所述封堵材料包括聚氨酯封孔袋、堵孔布、胶囊的一种或几种。聚氨酯封孔袋、堵孔布、胶囊易于获得，便于适应不同尺寸的抽采钻孔。
附图说明
14.图1为本发明实施例1抽采钻孔示意图。
15.图2为本发明瓦斯抽采装置和动态封孔装置示意图。
16.图3为图2中a部分放大图。
具体实施方式
17.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
18.说明书附图中的附图标记包括：抽采管1、第一三通阀11、瓦斯泵12、第二三通阀13、第一回气支管14、储气罐15、第二回气支管16、抽气主管2、补气罐21、第一稳压阀22、第
二稳压阀23、补气管24、补气单向阀25、排气管26、抽采钻孔3、封堵材料31、动态封堵区32、储料罐33、进料管34、滑动缸35、滑动头351、滑块352、弹簧353、出料口354、进料口355、回料管356、回料稳压阀357、限位环358、钻场4、掘进巷道5、掘进工作面6。
19.实施例1本如附图1所示：一种边掘边抽的超前钻孔预抽方法，包括以下步骤；
20.步骤一：在掘进工作面6后巷道左右两侧壁分别施工钻场4，钻场4沿巷道两侧壁交替设置，同侧相邻钻场4距离为40m，钻场4规格为:长
×
高
×
宽＝4m
×
掘进巷道高度
×
3m,采用金属支柱支护；
21.步骤二：在钻场4内沿掘进走向倾斜施工6个抽采钻孔3，6个抽采钻孔3的终孔位置沿掘进方向直线距离一致；钻孔编号为1#～6#，孔深分别为1#(63.04m)、2#(61.93m)、3#(61.06m)、4#(60.45m)、5#(60.09m)、6#(60.0m)，终孔位置距巷道掘进中心线的距离分别为20m、18m、14m、10m、6m、2m；终孔位置超前掘进工作面6的距离大于等于20m；
22.步骤三：将抽采钻孔3与瓦斯抽采装置连接并通过动态封孔装置进行封孔。
23.如图2所示，瓦斯抽采装置，包括抽采管1，沿瓦斯抽采流出方向依次在抽采管1设有第一三通阀11、瓦斯泵12和第二三通阀13，第一三通阀11和第二三通阀13连接有与瓦斯泵12并联的第一回气支管14，抽采管1靠近第二三通阀13的一端连接有储气罐15，第一三通阀11与瓦斯泵12之间连接有第二回气支管16，第二回气支管16一端与储气罐15连接且设有回气阀，储气罐15连接有抽气主管2，抽气主管2上设有补气罐21，抽气主管2上沿瓦斯抽采流出方向依次在补气罐21两侧设置第一稳压阀22、第二稳压阀23，第一稳压阀22开启压力大于第二稳压阀23开启压力，补气罐21与储气罐15之间连接有补气管24，补气管24内设有仅供气体流向储气罐15内的补气单向阀25；补气罐21一端设有排气管26，排气管26内设有排气阀。
24.通过瓦斯抽采装置实现交替式抽采，瓦斯抽采时通过抽采回路进行抽采，钻孔内瓦斯经过抽采管1流经第一三通阀11、瓦斯泵12、第二三通阀13进入储气罐15，当储气罐15内气压大于设定值时第一稳压阀22打开，瓦斯流入补气罐21，当补气罐21内气压大于设定值时第二稳压阀23打开，瓦斯经过抽采主管运输至外部；通过充气回路进行充气时调整第一、第二三通阀13，使得抽采管1与第一回气支管14连通，并打开第二回气支路的回气阀，储气罐15内瓦斯经第一回气支管14、瓦斯泵12、第二三通阀13、第一回气支管14、第一三通阀11、抽采管1压入抽采钻孔3内；瓦斯抽采时长为11-15min，瓦斯充入时长为4-6min；当储气罐15内的气压小于补气罐21内气压时，补气罐21内瓦斯经过补气管24、补气单向阀25进入储气罐15内，从而保证压入抽采钻孔3内的气量。
25.通过交替出现的充气气流和抽气气流，使得钻孔内的煤层的缝隙反复受到膨胀和收缩的交变应力，从而使得煤层产生局部断裂，进而使得煤层缝隙扩大并向深处扩展，从而令深部的煤层透气性增加，从而提高瓦斯抽采量。
26.如图2、图3所示，抽采管1与抽采钻孔3内壁之间间隔设有填充有封堵材料31，间隔设置的封堵材料31与抽采钻孔3内壁和抽采管1外壁构成动态封堵区32，所述动态封孔装置包括装有封堵料的储料罐33，封堵料为固液混合流体，采用洗砂料和胶状液体混合而成，储料罐33底部连接有进料管34，进料管34一端穿过封堵材料31与动态封堵区32连通；进料管34上设有用于将封堵料送入动态封堵区32的送料机构，送料机构包括滑动缸35，滑动缸35内设有可沿缸壁滑动的活塞，活塞包括滑动头351、滑动块和连接在滑动头351与滑动块之
间的连杆，滑动块一端延伸至储料罐33内，滑动缸35内壁固定有仅供连杆往复移动的限位环358，滑动块另一端与限位环358之间连接有弹簧353；滑动头351内设有进料单向阀，滑动头351与滑动块之间的滑动缸35侧壁分别设有出料口354和回料管356，滑动缸35底部设有进料口355，进料管34分别与进料口355和出料口354连接，进料管34分为第一进料管和第二进料管，第一进料管分别与滑动缸的进料口355和储料罐33连接，第二进料管分别与滑动杆的出料口354和动态封堵区32连接；回料管356内设有回料稳压阀357且回料管356与储料罐33连通。
27.当抽气装置工作时，储气罐15内的气压逐渐增加，气压将滑块352向外推挤，从而推动滑动头351将封堵液经过进液口、进液管压入动态封孔区；在瓦斯抽采装置的往复抽气和充气过程中，在气压压力和弹簧353弹力的作用下，活塞在滑缸里往复运动，从而不断将储料罐33抽取压送至动态封堵区32；当动态封堵区的缝隙被填满时，活塞不断往复的抽压使得动态封堵区以及动态封堵区域至滑缸段的进料管在封堵料的挤压下形成一定压力；由于回料稳压阀357的设置，当滑动头351至滑块352之间的滑缸内的压力超过回料稳压阀357的开启压力时，即动态封堵区以及动态封堵区域至滑缸段的进料管的压力大于回料稳压阀357的开启压力时，回料稳压阀357打开；多余的封堵液经过回液管回收至储液罐内；当动态封堵区32产生裂隙时，由于动态封堵区的压力大于新产生的裂隙内的压力，从而在封堵料的液压作用下封堵料可压入缝隙内进行封堵，从而保障抽采钻孔3封孔的气密性，防止瓦斯从抽采钻孔3泄漏。
28.实施例2与实施例1的不同之处在于，步骤一：在掘进工作面6后巷道左右两侧壁分别施工钻场4，钻场4沿巷道两侧壁交替设置，同侧相邻钻场4距离为40m，钻场4规格为:长
×
高
×
宽＝4m
×
掘进巷道5高度
×
3m,采用金属支柱支护；
29.步骤二：在钻场4内沿掘进走向倾斜施工5个抽采钻孔3，5个抽采钻孔3终孔位置与抽采钻孔3开口位置的直线距离一致,终孔位置在工作面前方煤层中部；钻孔编号为1#～5#，孔深分别为1#(61.93m)、2#(61.06m)、3#(60.45m)、4#(60.09m)、5#(60.0m)，5个抽采钻孔3终孔位置距巷道掘进中心线的距离分别为20m、18m、14m、10m、6m；终孔位置超前掘进工作面6的距离大于等于20m；
30.步骤三：将抽采钻孔3与瓦斯抽采装置连接并通过动态封孔装置进行封孔。
31.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种边掘边抽的超前钻孔预抽方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：在掘进工作面后方的巷道两侧壁施工钻场；步骤二：在钻场内沿掘进走向倾斜施工多个抽采钻孔，所述多个抽采钻孔终孔位置与抽采钻孔开口位置的直线距离一致；所述终孔位置超前掘进工作面的距离大于等于20m；步骤三：抽采钻孔与瓦斯抽采装置连接并进行封闭形成封闭区，并在封堵区出现缝隙后及时泵入封堵浆料进行动态填充。2.根据权利要求1所述的边掘边抽的超前钻孔预抽方法，其特征在于：所述步骤二中抽采钻孔的数量为4-8个，钻孔孔深≥60m。3.根据权利要求2所述的边掘边抽的超前钻孔预抽方法，其特征在于：所述开孔位置距巷道中心线距离为3.0-3.5m。4.根据权利要求1所述的边掘边抽的超前钻孔预抽方法，其特征在于：所述瓦斯抽采装置，包括抽采管，沿瓦斯抽采流出方向依次在抽采管设有第一三通阀、瓦斯泵和第二三通阀，第一三通阀和第二三通阀连接有瓦斯泵并联的第一回气支管，抽采管靠近第二三通阀的一端连接有储气罐，第一三通阀与瓦斯泵之间连接有第二回气支管，第二回气支管一端与储气罐连接，储气罐连接有抽气主管，抽气主管上设有补气罐，抽气主管上沿瓦斯抽采流出方向依次在补气罐两侧设置第一稳压阀、第二稳压阀，第一稳压阀开启压力大于第二稳压阀开启压力，补气罐与储气罐之间连接有补气管，补气管内设有仅供气体流向储气罐内的补气单向阀。5.根据权利要求4所述的边掘边抽的超前钻孔预抽方法，其特征在于：所述抽采管与抽采钻孔内壁之间间隔设有填充有封堵材料，间隔设置的封堵材料与抽采钻孔内壁与抽采管外壁构成动态封堵区，所述动态封孔装置包括装有封堵料的储料罐，封堵料为固液混合流体，储料罐底部连接有进料管，进料管一端穿过封堵材料与动态封堵区连通；进料管上设有用于将封堵料送入动态封堵区的送料机构，所述送料机构包括滑动缸，滑动缸内设有可沿缸壁滑动的活塞，活塞包括滑动头、滑动块和连接在滑动头与滑动块之间的连杆，滑动块一端延伸至储料罐内，滑动块另一端连接有弹簧；滑动头内设有进料单向阀，滑动头与滑动块之间的滑动缸侧壁分别设有出料口和回料管，滑动缸底部设有进料口；进料管分为第一进料管和第二进料管，第一进料管分别与滑动缸的进料口和储料罐连接，第二进料管分别与滑动杆的出料口和动态封堵区连接；回料管内设有回料稳压阀且回料管与储料罐连通。6.根据权利要求5所述的边掘边抽的超前钻孔预抽方法，其特征在于：所述封堵材料包括聚氨酯封孔袋、堵孔布、胶囊的一种或几种。

技术总结
本申请涉及煤矿瓦斯预抽技术领域，具体公开了边掘边抽的超前钻孔预抽方法，包括包括以下步骤，步骤一：在掘进工作面后巷道两帮施工钻场；步骤二：在钻场内沿掘进走向倾斜施工多个抽采钻孔，所述多个抽采钻孔终孔位置与抽采钻孔开口位置的直线距离一致；所述终孔位置超前掘进工作面的距离大于等于20m；步骤三：将抽采钻孔与瓦斯抽采装置连接并通过动态封孔装置进行封孔。本专利的目的在于解决现有矿井中煤巷综掘工作面受采动影响,煤层中的瓦斯比较集中的释放到掘进工作面巷道内,造成瓦斯超限的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：何骞 李程 白轩 武磊 李昕 汪永
受保护的技术使用者：贵州天保生态股份有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/28