利用地面瓦斯抽采钻孔实现注浆充填的一孔两用方法

摘要

一种利用地面瓦斯抽采钻孔实现注浆充填的一孔两用方法，适用于煤矿井下使用。在开采过程中，利用第1地面瓦斯钻孔抽采上邻近煤层的卸压瓦斯，待抽采结束且第2地面瓦斯钻孔开始抽采瓦斯后，在第1地面瓦斯钻孔中下入止浆木塞并在第2开实心套管上割出割口，形成与离层连通的通道，并对离层区实施注浆充填，待离层充填与第2地面瓦斯钻孔抽采均结束后，去除止浆木塞，开始对采空区实施注浆充填，循环完成整个采煤工作面内后续地面瓦斯钻孔的卸压瓦斯抽采与覆岩注浆充填。兼顾了卸压瓦斯抽采与覆岩注浆充填，无需施工专门的地面注浆钻孔，克服了充填浆液与瓦斯流动干扰的难题，能够同时解决瓦斯抽采和地表沉陷控制控制问题。

权利要求

1.一种利用地面瓦斯抽采钻孔实现注浆充填的一孔两用方法，利用四开成孔法在采煤工作面（3）上方的地表（4）沿工作面（3）布置若干个地面瓦斯钻孔,所述四开成孔法包括：在地表下钻形成松散层固井段，即第一开孔，在松散层固井段中安装第1开实心套管（12）；在松散层固井段底端向下钻进，直至待抽卸压瓦斯的上邻近煤层（6）上方10m处，以形成第二开孔，所述第二开孔穿过采煤工作面覆岩的关键层（5），在第二开孔内安装第2开实心套管（11）护孔；继续钻孔直至开采煤层以上6m处，形成第三开孔，在第三开孔中安装花管（10）护孔，花管（10）顶端位于第2开实心套管（11）底端以上10m；继续向下钻进直至开采煤层（7）底板，形成第四开孔，第四开孔为裸孔（9），其注浆充填特征在于步骤如下：

a. 在采煤工作面（3）开采过程中，取排头第一个瓦斯钻孔设为第1地面瓦斯钻孔（1），沿采煤工作面前进方向与第1地面瓦斯钻孔（1）相邻的瓦斯钻孔设为第2地面瓦斯钻孔（2），每两个地面瓦斯钻孔为一组，通过地面抽采装置利用第1地面瓦斯钻孔（1）抽采开采煤层（7）的上邻近煤层（6）中的卸压瓦斯；

b. 待第1地面瓦斯钻孔（1）中的卸压瓦斯抽采结束后，开始利用第2地面瓦斯钻孔（2）抽采卸压瓦斯，同时，在第1地面瓦斯钻孔（1）的花管（10）顶端处下入止浆木塞（13），从而将第2开实心套管（11）内腔与花管（10）内腔隔离开，并利用割刀将第2开实心套管（11）在关键层（5）与花管（10）顶端之间的部分割出若干个环状割口（14），每个割口垂直高度30mm，相邻割口间距5m，以形成与覆岩离层区连通的通道，利用第1地面瓦斯钻孔（1）形成的通道对覆岩离层区实施注浆充填；

c. 待第1地面瓦斯钻孔（1）离层注浆充填与第2地面瓦斯钻孔（2）中的卸压瓦斯抽采均结束后，去除第1地面瓦斯钻孔（1）中的止浆木塞（13），利用第1地面瓦斯钻孔（1）尽头的第4开的裸孔（9）对钻孔顶部尽头的采空区实施注浆充填，直到采空区被充填满，注浆充填结束；

d. 重复上述步骤，依次针对整个工作面内的所有地面瓦斯钻孔进行卸压瓦斯抽采与覆岩注浆充填。

说明书

利用地面瓦斯抽采钻孔实现注浆充填的一孔两用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种注浆充填方法，尤其适用于一种煤矿井下使用的的利用地面瓦斯抽采钻孔实现注浆充填的一孔两用方法。

背景技术

[0002] 煤矿开采中，采煤将导致上覆岩层移动与瓦斯运移，当它们发展到一定程度时将形成采动灾害，如地表沉（塌）陷、瓦斯涌（突）出。因此，控制岩层移动与抽采卸压瓦斯成为采矿科技工作者需要解决的2大问题。控制岩层移动与抽采卸压瓦斯本身是相逆的2个过程，即前者需要阻止岩层弯曲变形，而后者则要求岩层得到充分卸压并产生采动裂隙后方可有效实施。故在传统的采矿工程中，这2个问题常常被分开进行处理，比如，通过实施覆岩隔离注浆充填减少岩层移动从而控制地表下沉，通过开采非突出煤层以卸压上邻近煤层，进而利用地面钻孔抽采上邻煤层卸压瓦斯。但是，在工程实践中，许多采区与工作面常常存在上邻煤层卸压瓦斯抽采与地表沉陷控制的共同工程需求，如被地面建筑物（如村庄）压覆的高瓦斯煤层群。此时，已不能将卸压瓦斯抽采与覆岩注浆充填作为2个独立的工程开展，而应该考虑在同一工程中实现二者兼顾，但已有技术中尚不具备这样的手段与方法，要么是仅利用地面钻孔抽采上邻煤层卸压瓦斯而放弃覆岩注浆充填，要么是仅实施覆岩隔离注浆充填而不抽采卸压瓦斯。显然，这2种已有技术均只能实现单一工程目的。

发明内容

[0003] 技术问题：本发明的目的是克服已有技术中无法兼顾地面钻孔抽采卸压瓦斯与覆岩注浆充填的不足，提供一种兼顾煤层群卸压瓦斯抽采与覆岩注浆充填、克服充填浆液与瓦斯流动干扰难题、合理配合注浆充填与瓦斯抽采时机的利用地面瓦斯抽采钻孔实现注浆充填的一孔两用方法。

[0004] 技术方案：本发明的利用地面瓦斯抽采钻孔实现注浆充填的一孔两用方法，利用四开成孔法在采煤工作面上方的地表沿工作面布置若干个地面瓦斯钻孔,所述四开成孔法包括：在地表下钻形成松散层固井段，即第一开孔，在松散层固井段中安装第1开实心套管；在松散层固井段底端向下钻进，直至待抽卸压瓦斯的上邻近煤层上方10m处，以形成第二开孔，所述第二开孔穿过采煤工作面覆岩的关键层，在第二开孔内安装第2开实心套管护孔；
继续钻孔直至开采煤层以上6m处，形成第三开孔，在第三开孔中安装花管护孔，花管顶端位于第2开实心套管底端以上10m；继续向下钻进直至开采煤层底板，形成第四开孔，第四开孔为裸孔，

[0005] 其注浆充填步骤如下：

[0006] a. 在采煤工作面开采过程中，取排头第一个瓦斯钻孔设为第1地面瓦斯钻孔，采煤工作面前进方向与第1地面瓦斯钻孔1相邻的瓦斯钻孔设为第2地面瓦斯钻孔，每两个地面瓦斯钻孔为一组，通过地面抽采装置利用第1地面瓦斯钻孔抽采开采煤层的上邻近煤层中的卸压瓦斯；

[0007] b. 待第1地面瓦斯钻孔中的卸压瓦斯抽采结束后，开始利用第2地面瓦斯钻孔抽采卸压瓦斯，同时，在第1地面瓦斯钻孔的花管顶端处下入止浆木塞，从而将第2开实心套管内腔与花管内腔隔离开，并利用割刀将第2开实心套管在关键层与花管顶端之间的部分割出若干个环状割口，每个割口垂直高度30mm，相邻割口间距5m，以形成与覆岩离层区连通的通道，利用第1地面瓦斯钻孔形成的通道对覆岩离层区实施注浆充填；

[0008] c. 待第1地面瓦斯钻孔离层注浆充填与第2地面瓦斯钻孔中的卸压瓦斯抽采均结束后，去除第1地面瓦斯钻孔中的止浆木塞，利用第1个地面瓦斯钻孔尽头的第4开的裸孔对钻孔顶部尽头的采空区实施注浆充填，直到采空区被充填满，注浆充填结束；

[0009] d. 重复上述步骤，依次针对整个工作面内的所有地面瓦斯钻孔进行卸压瓦斯抽采与覆岩注浆充填。

[0010] 有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明利用地面瓦斯钻孔实施卸压瓦斯抽采和覆岩注浆充填，解决了传统技术无法在地面瓦斯钻孔抽采条件下实现覆岩注浆充填的不足，克服了充填浆液与瓦斯流动干扰难题。该方法的有益效果还在于，仅利用瓦斯抽采钻孔便实现了先抽采上邻煤层的卸压瓦斯后对覆岩离层区实施注浆充填，能够在解决高瓦斯煤层群条件下的上邻近煤层瓦斯问题的同时，利用覆岩离层区和采空区内的充填浆液有效阻止岩层与地表的移动变形，从而实现地表沉陷控制以及地面建筑物保护，是有效的煤矿绿色开采技术。

附图说明

[0011] 图1是本发明的采煤工作面上方地面瓦斯钻孔布置平面示意图；

[0012] 图2是本发明的利用地面瓦斯钻孔实施上邻近煤层卸压瓦斯抽采的剖面示意图；

[0013] 图3是本发明的利用地面瓦斯钻孔实施覆岩离层注浆充填的剖面示意图；

[0014] 图4是本发明的利用地面瓦斯钻孔实施采空区注浆充填的剖面示意图。

[0015] 图中：1－第1地面瓦斯钻孔；2－第2地面瓦斯钻孔；3－采煤工作面；4－地表；5－关键层；6－上邻近煤层；7－开采煤层；8－采动裂隙；9－裸孔；10－花管；11－第2开实心套管；12－第1开实心套管；13－止浆木塞；14－割口；15－瓦斯流动路径；16－浆液流动路径。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

[0017] 如图1所示，利用地面瓦斯抽采钻孔实现注浆充填的一孔两用方法，利用四开成孔法在采煤工作面3上方的地表4沿工作面3布置若干个地面瓦斯钻孔,所述四开成孔法包括：在地表下钻形成松散层固井段，即第一开孔，在松散层固井段中安装第1开实心套管12；在松散层固井段底端向下钻进，直至待抽卸压瓦斯的上邻近煤层6上方10m处，以形成第二开孔，所述第二开孔穿过采煤工作面3覆岩的关键层5，在第二开孔内安装第2开实心套管11护孔；继续钻孔直至开采煤层以上6m处，形成第三开孔，在第三开孔中安装花管10护孔，花管
10顶端位于第2开实心套管11底端以上10m；继续向下钻进直至开采煤层7底板，形成第四开孔，第四开孔为裸孔9，

[0018] 如图2、图3和图4所示，注浆充填步骤如下：

[0019] a. 在采煤工作面3开采过程中，取排头第一个瓦斯钻孔设为第1地面瓦斯钻孔1，沿采煤工作面前进方向与第1地面瓦斯钻孔1相邻的瓦斯钻孔设为第2地面瓦斯钻孔2，每两个地面瓦斯钻孔为一组，通过地面抽采装置利用第1地面瓦斯钻孔1抽采开采煤层7的上邻近煤层6中的卸压瓦斯；

[0020] b. 待第1地面瓦斯钻孔1中的卸压瓦斯抽采结束后，开始利用第2地面瓦斯钻孔2抽采卸压瓦斯，同时，在第1地面瓦斯钻孔1的花管10顶端处下入止浆木塞13，从而将第2开实心套管11内腔与花管10内腔隔离开，并利用割刀将第2开实心套管11在关键层5与花管10顶端之间的部分割出若干个环状割口14，每个割口垂直高度30mm，相邻割口间距5m，以形成与覆岩离层区连通的通道，利用第1地面瓦斯钻孔1形成的通道对覆岩离层区实施注浆充填；

[0021] c. 待第1地面瓦斯钻孔1离层注浆充填与第2地面瓦斯钻孔2中的卸压瓦斯抽采均结束后，去除第1地面瓦斯钻孔1中的止浆木塞13，利用第1个地面瓦斯钻孔1尽头的第4开的裸孔9对钻孔顶部尽头的采空区实施注浆充填，直到采空区被充填满，注浆充填结束；

[0022] d. 重复上述步骤，依次针对整个工作面内的所有地面瓦斯钻孔进行卸压瓦斯抽采与覆岩注浆充填。

[0023] 结合具体实施工作面作具体说明：

[0024] 根据采煤工作面3的走向长度，按照180m的孔间距在采煤工作面3上方的地表4布置4个地面瓦斯钻孔，地面瓦斯钻孔由4开成孔，第1开为松散层固井段，下第1开实心套管12护孔，第2开孔底位于最上一层待抽卸压瓦斯的上邻近煤层6上方10m，并下第2开实心套管11护孔，第3开孔内下入花管10护孔，花管10顶端位于第2开实心套管11底端以上10m，第4开为裸孔9，终孔位于开采煤层7底板；

[0025] 按常规开采工艺开采采煤工作面3，当采煤工作面3开采至距第1地面瓦斯钻孔1约50m时，开始利用第1地面瓦斯钻孔1抽采开采煤层7上方的3层上邻近煤层6中的卸压瓦斯，由于采动影响，上邻近煤层6中将产生采动裂隙8，卸压瓦斯将在抽采负压作用下沿瓦斯流动路径15进入第1地面瓦斯钻孔1的花管10内，从而实现瓦斯抽采；

[0026] 随着采煤工作面3开采，当采煤工作面3开采至距第2个地面瓦斯钻孔2约50m时，开始利用第2个地面瓦斯钻孔2抽采开采煤层7上方的3层上邻近煤层6中的卸压瓦斯，待第2个地面瓦斯钻孔2抽采开始且第1地面瓦斯钻孔1的瓦斯抽采结束后，开启第1地面瓦斯钻孔1，并利用钻机向孔内垂直下入1个长度0.8m、直径介于花管10外径与第2开实心套管11的止浆木塞13，止浆木塞13的最终下入位置为花管10顶端，起到隔离第2开实心套管11内腔与花管10内腔的作用，再利用割刀将第2开实心套管11在关键层5与花管10顶端之间的部分割出割口14，从而形成第1地面瓦斯钻孔1与离层空间连通的通道，再利用第1地面瓦斯钻孔1对覆岩离层区实施注浆充填，由于止浆木塞13起到了阻隔浆液进入花管的作用，浆液将沿浆液流动路径16由第2开实心套管11的割口14进入覆岩离层内，同时由于第2地面瓦斯钻孔2的第2开实心套管11的阻隔作用，避免了第2地面瓦斯钻孔2抽采的卸压瓦斯与第1地面瓦斯钻孔1离层注浆充填时的浆液的相互干扰；

[0027] 待第1地面瓦斯钻孔1的离层充填与第2个地面瓦斯钻孔2的瓦斯抽采均结束后，将第1地面瓦斯钻孔1中的止浆木塞13去除，开始利用第1地面瓦斯钻孔1对下部采空区实施注浆充填，直到第1个地面瓦斯钻孔1注浆充填结束；

[0028] 如此循环，依次完成整个采煤工作面3内所有地面瓦斯钻孔的卸压瓦斯抽采与覆岩注浆充填。