煤矿井下石门揭煤的快速消突方法

摘要

煤矿井下石门揭煤的快速消突方法，包括以下步骤：在石门揭开突出煤层前，在石门揭煤工作面与煤层法距5~7m处布置水力压裂钻孔；压裂钻孔封孔；用清水对压裂钻孔实施压裂；注入水量根据防突范围确定；压裂完成之后，施工排渣孔，向压裂孔注入高压水进行冲孔，将压裂产生的煤、岩块通过排渣孔排出孔外；在石门揭煤工作面施工抽采钻孔，用聚氨酯封孔并进行抽采，封孔长度至煤层的顶板/底板；在压裂孔内注入高压氮气或空气，观察抽采孔瓦斯流量及浓度的变化，如流量增大则可停止注气；当抽采效果达标，石门工作面没有突出危险性时，可开始揭开石门；如抽采效果不好，可再次实施压裂并注入高压气体进行趋换甲烷。本发明不仅可以加快石门工作面得揭煤速度，同时可以起到抑尘的作用，改善掘进工作面的工作条件。

权利要求

1.煤矿井下石门揭煤的快速消突方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）在石门揭开突出煤层前，在工作面距煤层垂直距离为5~7 m处布置水力压裂钻孔，钻孔数目根据水力压裂钻孔影响范围、巷道断面大小及要求消突范围确定；钻孔终孔穿透煤层的顶板/底板且钻进深度不小于0.5m；（2）压裂钻孔封孔，使用抗压强度不小于15 MPa高压钢管、425标号以上的高强度水泥进行封孔，封孔长度从孔口至煤层的顶板/底板；（3）用清水对压裂钻孔实施压裂，注入水压力根据上覆岩层厚度、管路损失、煤岩抗压强度确定；注入水量不小于

20m³/h；注入水量根据防突范围确定，要求防突范围越大，需注水量越多；（4）压裂完成之后，用高压水进行冲孔，将压裂产生的煤、岩块用高压水冲出孔外；（5）在石门揭煤工作面按国家安全生产监督管理部门、国家煤矿安全监察局在2009年8月作出的《煤与瓦斯防治突出规定》施工抽采钻孔，用聚氨酯封孔并进行抽采，封孔长度至煤层的顶板/底板；（6）为提高抽采效率，在压裂孔内注入高压氮气或空气，氮气或空气压强不小于0.4MPa，观察抽采孔瓦斯流量及浓度的变化，如流量增大则可停止注气；（7）当抽采效果达标，石门工作面没有突出危险性时，可开始掘进；如抽采效果不好，可再次实施压裂并注入高压气体进行趋换甲烷。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下石门揭煤的快速消突方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，高压钢管的抗压强度为15MPa以上，高强度水泥凝固后抗压强度为30MPa以上。

3.根据权利要求1或2所述的煤矿井下石门揭煤的快速消突方法，其特征在于：所述的步骤（3）中，注水量为压裂范围内煤体体积的2%~4%，当注入该量的水之后可认为注水结束；同时，在压裂过程中要密切观测注入泵压力的变化情况，一旦发现注水泵压裂下降达到

30%，则要通过换注水泵的档位提高注入量，如此反复，直至完成注水设计为准。

4.根据权利要求3所述的煤矿井下石门揭煤的快速消突方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，在石门揭开突出煤层前，在工作面距煤层垂直距离为5 m处布置水力压裂钻孔。

说明书

煤矿井下石门揭煤的快速消突方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种煤矿井下石门揭煤的快速消突方法。

背景技术

[0002] 国家安全生产监督管理部门、国家煤矿安全监察局在2009年8月的《防治煤与瓦斯突出规定》第八十一条规定“石门揭煤工作面的防突措施包括预抽瓦斯、排放钻孔、水力冲孔、金属骨架、煤体固化或经其他经试验证明有效的措施”，“根据工作面岩层情况，实施工作面防突措施时要求揭煤工作面与突出煤层间的最小法向距离为：预抽瓦斯、排放钻孔及水力冲孔均为5m，金属骨架、煤体固化措施为2m。当井巷断面较大、岩石破碎程度较高时，还应适当加大距离”。

[0003] 尽管《防治煤与瓦斯突出规定》对石门揭煤的防突措施列列举了较多的方法技术，但在实施过程中，由于煤层赋存条件的差异，其中的一种或几种措施在实施过程中难以起到快速消突的作用，影响了石门揭煤的速度，进而影响了矿井的采掘接替及安全生产。

发明内容

[0004] 本发明的在于提供一种煤矿井下石门揭煤的快速消突方法，不仅可以提高石门工作面的揭煤速度，同时可以起到抑尘的作用，改善石门工作面的工作条件。

[0005] 为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：煤矿井下石门揭煤的快速消突方法，包括以下步骤：（1）在石门揭开突出煤层前，在工作面距煤层垂直距离为5~7 m处布置水力压裂钻孔，钻孔数目根据水力压裂钻孔影响范围、巷道断面大小及要求消突范围确定；钻孔终孔穿透煤层的顶板/底板且钻进深度不小于0.5m；（2）压裂钻孔封孔，使用抗压强度不小于15 MPa高压钢管、425标号以上的高强度水泥进行封孔，封孔长度从孔口至煤层的顶板/底板；（3）用清水对压裂钻孔实施压裂，注入水压力根据上覆岩层厚度、管路损失、煤岩抗压强度确定；注入水量不小于20m³/h；注入水量根据防突范围确定，要求防突范围越大，需注水量越多；（4）压裂完成之后，用高压水进行冲孔，将压裂产生的煤、岩块用高压水冲出孔外；（5）在石门揭煤工作面按国家安全生产监督管理部门、国家煤矿安全监察局在2009年8月作出的《煤与瓦斯防治突出规定》施工抽采钻孔，用聚氨酯封孔并进行抽采，封孔长度至煤层的顶板/底板；（6）为提高抽采效率，在压裂孔内注入高压氮气或空气，氮气或空气压强不小于0.4MPa，观察抽采孔瓦斯流量及浓度的变化，如流量增大则可停止注气；（7）当抽采效果达标，石门工作面没有突出危险性时，可开始掘进；如抽采效果不好，可再次实施压裂并注入高压气体进行趋换甲烷。

[0006] 所述的步骤（2）中，高压钢管的抗压强度为15MPa以上，高强度水泥凝固后抗压强度为30MPa以上。

[0007] 所述的步骤（3）中，注水量为压裂范围内煤体体积的2%~4%，当注入该量的水之后可认为注水结束；同时，在压裂过程中要密切观测注入泵压力的变化情况，一旦发现注水泵压裂下降达到30%，则要通过换注水泵的档位提高注入量，如此反复，直至完成注水设计为准。

[0008] 所述的步骤（1）中，在石门揭开突出煤层前，在工作面距煤层垂直距离为5 m处布置水力压裂钻孔。

[0009] 本发明通过对石门实施压、冲、驱（压裂、冲孔、驱气）等工艺步骤，改变目前的石门揭煤速度慢、钻孔工程量大、操作不便等现状，能够解决石门工作面突出危险性大、煤层瓦斯抽采困难等问题。不仅可以加快石门工作面的揭煤速度，同时可以起到抑尘的作用，改善石门工作面的工作条件。

附图说明

[0010] 图1为压裂阶段的示意图；

[0011] 图2为图1的A-A剖视图；

[0012] 图3为冲孔阶段的示意图；

[0013] 图4为抽采阶段的示意图；

[0014] 图5为驱气阶段的示意图。

具体实施方式

[0015] 实施例：如图1-5所示，一种煤矿井下石门揭煤的快速消突方法包括以下步骤：

[0016] （1）在石门揭开突出煤层前，在工作面距煤层5~7 m处（垂距）布置水力压裂钻孔（本实施例中采用5m），钻孔数目根据水力压裂钻孔影响范围、巷道断面大小及要求消突范围确定；钻孔终孔穿透煤层的顶（底）板且不小于0.5m。

[0017] 《防治煤与瓦斯突出规定》第八十二条规定“在石门和立井揭煤工作面采用预抽瓦斯、排放瓦斯钻孔防突措施时，钻孔直径一般为75~120 mm。石门揭煤工作面钻孔的控制范围是：石门的两侧和上部轮廓线外至少5 m，下部至少3 m。立井揭煤工作面钻孔控制范围是：近水平、缓倾斜、倾斜煤层为井筒四周轮廓线外至少5m；急倾斜煤层沿走向两侧及沿倾斜上部轮廓线外至少5 m，下部轮廓线外至少3 m。”。

[0018] 因此，在实施压裂时，压裂所需控制范围取最大值：石门的两侧和上下部轮廓线至少取5 m。根据以往在煤层中施工水力压裂钻孔的经验可知，水力压裂有效半径不小于10 m，因此，即使考虑到石门面积的大小，在石门中部仅施工一个压裂钻孔，压裂的影响范围也可以达到预定的要求；当然为了及早使消突范围达到要求，也可以布置2~3个压裂孔同时注入高压水。

[0019] （2）压裂钻孔封孔，使用高压钢管（抗压强度为15MPa以上）、特种水泥（凝固后抗压强度30MPa以上）进行封孔，封孔长度从孔口至煤层的顶（底）板；

[0020] 封孔长度及封孔的严实程度直接关系到注水的成败，封孔长度在不封住煤层的前提下，应该保证封孔长度最大化。

[0021] （3）用清水对压裂钻孔实施压裂，注入水压力可根据上覆岩层厚度、管路损失、煤岩抗压强度确定；注入水量不小于20m³/h；注入水量根据防突范围确定，要求防突范围越大，需注水量越多。

[0022] 注水量的确定可根据需消突煤层范围内煤体裂隙发育程度及孔隙率进行确定，一般为压裂范围内煤体体积的2%~4%，当注入该量的水之后可认为注水结束。同时，在压裂过程中要密切观测注入泵压力的变化情况，一旦发现注水泵压裂下降30%，则要通过换注水泵的档位提高注入量。如此反复，直至完成注水设计为准。

[0023] （4）水力压裂完成之后，可在压裂孔周边施边施工排渣孔，通过使用高压泵等设备对压裂孔进行冲孔，将压裂完成后已破裂的煤、岩体通过排渣孔及压裂孔冲出孔外，起到前方煤体卸压增透的作用。

[0024] （5）在石门揭煤工作面按《煤与瓦斯防治突出规定》施工抽采钻孔，用聚氨酯封孔并进行抽采，封孔长度至煤层的底（顶）板；

[0025] （6）为提高抽采效率，在压裂孔内注入高压氮气或空气，氮气或空气压强不小于0.4MPa，观察抽采孔瓦斯流量及浓度的变化，如流量增大则可停止注气；

[0026] 可将高压氮气瓶运至井下，并通过管路向压裂孔内注气，注气时操作人员要带防冻手套及面具，以免对身体造成伤害。

[0027] （7）当抽采效果达标，掘进工作面没有突出危险性时，可开始掘进，如抽采效果不好，可再次实施压裂并注入高压气体进行趋换甲烷。

[0028] 本发明提出“水力压裂、冲孔、趋氮替换”的石门揭煤防突措施，以期改变目前的石门揭煤速度慢、钻孔工程量大、操作不便等现状。

[0029] 图1为压裂阶段的示意图，在石门揭煤工作面3施工压裂钻孔1、2，注入高压水对煤层进行压裂，起到开启煤层裂缝、破裂煤体的作用。压裂孔孔长穿透煤层，孔径为75~120mm之间。为保证的压裂顺利实施，需对压裂孔进行封孔，封孔后抗压强度不小于
20MPa。图2为图1的A-A剖视图，4为石门，5为煤体。

[0030] 图3为冲孔阶段的示意图，压裂完成之后，在压裂孔1、2周边不同距离施工排渣孔6，施工完成后通过高压水泵8和出水管7对压裂孔进行冲水作业，使在压裂阶段产生的煤岩块通过排渣孔6冲出孔外，起到疏松煤体、卸压、增大煤体透气性的目的。

[0031] 图4为抽采阶段的示意图，冲孔完成之后，在石门工作面3施工抽采9孔，并用聚氨酯对排渣孔及抽采孔进行封孔，联入抽采系统进行抽采。

[0032] 图5为驱气阶段的示意图，如抽采效果不好，可使用高压氮气瓶11通过驱气管10对钻孔进行驱气，将氮气瓶用管路和钻孔连接，开始向钻孔内注入氮气，驱使煤体内的瓦斯流动，变得容易抽采，驱气完成后再进行抽采。