[发明专利]一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法

说明书

本发明属于构造煤层掘进工作面的瓦斯高效治理技术领域，具体是一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法。包括以下步骤。S100～采用钻冲一体化钻机在掘进工作面前方一定区域内施工一茬顺层短钻孔，并在退钻过程中进行间隔性水力造穴，构建出圆柱形造穴洞室，实现该区域内煤层的卸荷增透。S200～对短钻孔进行封孔，并进行卸压瓦斯抽采，从而降低短钻孔造穴区域内的瓦斯压力。S300～随着地应力和瓦斯压力的降低，短钻孔造穴区域内顺层钻孔的施工变得较为容易，此时在掘进工作面内进一步施工一茬顺层长钻孔,从而在更远区域内进行水力造穴。S400～对长钻孔进行封孔，并对长钻孔造穴区域内的卸压瓦斯进行抽采。

技术领域

本发明属于构造煤层掘进工作面的瓦斯高效治理技术领域，具体是一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法。

背景技术

我国含煤地层在成煤期之后大多经历了多期地质构造运动，从而导致构造煤广泛发育。与原生煤相比，构造煤不仅处于较高的应力环境中，而且煤体的微观结构和宏观物理特性也发生了深刻的改变。首先，煤中次生孔隙极为发育，煤体瓦斯吸附特性显著增强；其次，煤中裂隙系统被高度压缩，煤体渗透率明显降低；此外，煤颗粒间仅仅通过机械啮合力进行连结，煤体力学强度极低。构造煤所处的高地应力环境以及所具有的强吸附、低渗透和低力学强度特性，使得其内瓦斯抽采十分困难，煤与瓦斯突出灾害严重。国内外对于突出灾害的统计结果表明，几乎所有的突出地点都有构造煤发育，同时大部分的突出事故都发生在掘进工作面。

为了实现构造煤层掘进工作面的瓦斯高效抽采和巷道安全掘进，顺层水力造穴瓦斯抽采技术在我国取得了越来越广泛的应用。然而，当前主要采用的是后退式造穴工艺。在具体应用过程中，需要首先完成顺层钻孔的施工，然后在退钻过程中进行水力造穴。鉴于构造煤层一般处于高地应力环境中，同时煤体力学强度低而瓦斯含量高，因此钻孔施工过程中卡钻、顶钻和喷孔现象时有发生。顺层钻孔的施工困难严重制约了顺层水力造穴瓦斯抽采技术在构造煤层掘进工作面中的应用：首先，导致造穴效率十分低下，耗时甚多；其次，导致局部区域因钻孔施工不到位而造成抽采空白带，给巷道的安全掘进带来了严重隐患；此外，造成每个抽采循环的长度较短，巷道掘进速度低下。鉴于此，当前急需探索新的掘进工作面顺层水力造穴施工方法。

此外，瓦斯作为煤储层的伴生物，不仅是矿井生产过程中的重大危险源之一，还是一种清洁能源，但也是一种温室效应比二氧化碳强25倍的温室气体。因此，探索新的顺层水力造穴施工方法，实现构造煤层掘进工作面的瓦斯高效抽采，不仅有助于消除煤矿生产过程中的安全隐患，同时也有助于改善我国的能源结构，保护我国的生态环境，产生“安全-经济-生态”三重效益。

发明内容

本发明为了解决构造煤层中顺层钻孔施工困难，卡钻、顶钻和喷孔现象频发而导致掘进工作面顺层水力造穴施工效率低下以及存在抽采空白带等问题，提供一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法。

本发明采取以下技术方案：一种构造煤层掘进工作面递进掩护式顺层水力造穴施工方法，包括以下步骤。

S100～采用钻冲一体化钻机在掘进工作面前方一定区域内施工一茬顺层短钻孔，并在退钻过程中进行间隔性水力造穴，构建出圆柱形造穴洞室，实现该区域内煤层的卸荷增透。

S200～对短钻孔进行封孔，并进行卸压瓦斯抽采，从而降低短钻孔造穴区域内的瓦斯压力。

S300～随着地应力和瓦斯压力的降低，短钻孔造穴区域内顺层钻孔的施工变得较为容易，此时在掘进工作面内进一步施工一茬顺层长钻孔,从而在更远区域内进行水力造穴。

S400～对长钻孔进行封孔，并对长钻孔造穴区域内的卸压瓦斯进行抽采。

进一步的，短钻孔的最大长度一般设置为钻冲一体化钻机在原始构造煤层中不发生卡钻、顶钻和喷孔现象时的最远钻进深度，长钻孔的最大长度为短钻孔最大长度的2倍。