阅读说明：本技术 基于一次成孔的大直径钻孔时空协调抽采瓦斯方法 (Large-diameter borehole space-time coordination gas extraction method based on primary pore-forming ) 是由 王壮 赵宝友 张立新 肖辉瓒 王跃润 于 2021-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于一次成孔的大直径钻孔时空协调抽采瓦斯方法,由本工作面回风巷侧邻近工作面的措施巷向回风巷打设大直径钻孔,使用多级组合钻头、大直径螺旋钻杆及钻机完成一次成孔作业。将高强负压大直径护管推入大直径钻孔内,封孔后将其接入瓦斯抽采管路；大直径钻孔超前工作面连接负压风筒抽采上隅角瓦斯,滞后工作面抽采采空区瓦斯,根据实时监测管路内瓦斯抽采数据,调整大直径钻孔抽采时机,形成大直径钻孔时空协调抽采采空区及上隅角瓦斯的抽采系统。本发明可实现大直径钻孔一次成孔,提高钻孔效率；同时,利用本发明形成的时空协调抽采系统能够高效防治上隅角瓦斯超限,且能够减少钻孔数量,降低施工成本。(The invention discloses a large-diameter drilling hole space-time coordination gas extraction method based on primary hole forming. Pushing the high-strength negative-pressure large-diameter protective pipe into the large-diameter drill hole, and connecting the protective pipe into a gas extraction pipeline after hole sealing; and the leading working face of the large-diameter drill hole is connected with a negative pressure air duct to extract gas at the upper corner, the lagging working face is used for extracting gas at the goaf, and the extraction time of the large-diameter drill hole is adjusted according to gas extraction data in the real-time monitoring pipeline, so that the extraction system for extracting gas at the goaf and the upper corner in a time-space coordinated manner in the large-diameter drill hole is formed. The invention can realize the one-time pore forming of the large-diameter drilling hole and improve the drilling efficiency; meanwhile, the space-time coordination extraction system formed by the method can be used for efficiently preventing the gas at the upper corner from exceeding the limit, reducing the number of drilled holes and lowering the construction cost.)

基于一次成孔的大直径钻孔时空协调抽采瓦斯方法

技术领域

本发明涉及钻孔抽采采空区及上隅角瓦斯工艺，特别涉及基于一次成孔的大直径钻孔时空协调抽采瓦斯方法。

背景技术

煤炭生产的环境极其恶劣，重大灾害事故频发，瓦斯灾害是我国煤矿灾害的主要形式之一，而上隅角瓦斯浓度超限的防治是矿井瓦斯治理的一项重要任务。现有防治上隅角瓦斯超限的工艺，没有从本质上改变采空区及上隅角处的流场，因而对于采空区及上隅角瓦斯灾害的治理效果不理想。现有大直径孔抽采采空区瓦斯工艺，能够从本质上改变采空区及上隅角瓦斯流场，防治上隅角瓦斯超限问题。但是，大直径钻孔打设于保护煤柱中，含瓦斯煤层松软破碎，且成孔方法采用多次更换不同尺寸钻头、反复钻进的技术，导致施工时间长，而且在多次打孔的过程中会对孔壁造成破坏，易出现塌孔现象，导致钻孔打设失败，无法保障设计的成型；大直径钻孔的打设失败会对保护煤柱的完整性造成破坏，引起煤柱的失稳，现采用对保护煤柱注浆的方法，然后，进行大直径钻孔的打设，但是煤体松散破碎，注浆效果差，塌孔现象依旧不能彻底解决；大直径钻孔的打设及护管安装的过程复杂，打设数量过多会造成施工成本的上升，而打设数量过少会导致大直径钻孔抽采效果不理想。因此，在解决前述问题的背景下急需一种能够有效防治上隅角瓦斯超限，且基于一次成孔的大直径钻孔时空协调抽采瓦斯方法。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于一次成孔的大直径钻孔时空协调抽采瓦斯方法，包括如下步骤：

步骤一：由回风巷侧邻近工作面的措施巷向回风巷打设大直径钻孔，所述大直径钻孔穿透保护煤柱；使用多级组合钻头、大直径螺旋钻杆及钻机完成一次成孔作业；

步骤二：使用钻机将高强负压大直径护管由措施巷推入大直径钻孔内，完成护管安装作业；

步骤三：对大直径钻孔进行封孔，两端封孔长度皆大于大直径钻孔全长的三分之一；完成封孔后，措施巷一端的高强负压大直径护管外露端安装双偏心蝶阀及瓦斯抽放多参数传感器，并接入瓦斯抽采管路；

步骤四：在回风巷内，将超前工作面大直径钻孔内的高强负压大直径护管分别连接负压风筒，将负压风筒悬挂于巷帮，延伸至上隅角位置，持续抽采上隅角瓦斯；滞后工作面的大直径钻孔直接抽采采空区瓦斯，形成空间抽采管路；实时监测单个大直径钻孔内的瓦斯抽采数据，所述瓦斯抽采数据包括抽采混量和瓦斯浓度，同时实时监测上隅角的瓦斯浓度，根据上述监测数据实时调整大直径钻孔抽采时机，形成大直径钻孔时空协调的抽采系统。

所述步骤一中的多级组合钻头包括导向钻头、导向钻杆、多级扩孔钻头，所述多级扩孔钻头包括一级扩孔钻头、二级扩孔钻头在内的至少两个不同直径的扩孔钻头；所述步骤一中大直径钻孔一次成孔打设方法为：首先，依次连接导向钻头、导向钻杆、多级扩孔钻头及大直径螺旋钻杆，配合钻机由措施巷向回风巷打设大直径钻孔，导向钻头在回风巷内完全露出时，停止钻进；在回风巷内拆卸导向钻头，继续钻进，当一级扩孔钻头在回风巷内完全露出时，停止钻进；重复上述操作直至所有扩孔钻头全部拆卸完成，最终，在措施巷内完成退钻杆作业。

所述步骤四中，上隅角瓦斯浓度超过设计安全阈值的上限时，增加超前工作面的大直径钻孔的抽采数量及增大抽采负压，同时增加滞后工作面且距离工作面最近的若干个的大直径钻孔的抽采负压；上隅角瓦斯浓度低于设计安全阈值的下限时，减少超前工作面的大直径钻孔的抽采数量或降低抽采负压或减少超前工作面的大直径钻孔的抽采数量及降低抽采负压；滞后工作面的大直径钻孔内抽采混量和瓦斯浓度超过设计安全阈值的上限时，开启此大直径钻孔附近若干个大直径钻孔抽采采空区瓦斯，同时增加此大直径钻孔及附近若干个大直径钻孔的抽采负压；滞后工作面的大直径钻孔内抽采混量和瓦斯浓度低于设计安全阈值的下限时，关闭此大直径钻孔，停止此大直径钻孔抽采采空区瓦斯，间隔一定时间后，重新开启此大直径钻孔抽采采空区瓦斯，此大直径钻孔内抽采混量和瓦斯浓度高于设计安全阈值的下限时，保持此大直径钻孔开启，此大直径钻孔内抽采混量和瓦斯浓度低于设计安全阈值的下限时，关闭此大直径钻孔。

本发明的有益效果是：

1 本发明采用多级组合钻头一次成孔的方法，在节约施工时间的同时避免了多次钻孔导致的孔壁破坏，能够有效减少塌孔现象并且极大提高了钻孔效率及成功率；一级导向钻头连接导向钻杆，能够起到良好的导向作用，确保钻孔的准确性。

2 在回风巷内超前工作面的高强负压大直径护管连接负压风筒，对准上隅角位置，实现上隅角瓦斯精准抽采；滞后工作面的大直径钻孔抽采采空区瓦斯，从根本上改变采空区流场，减少瓦斯在上隅角的聚集。同时，根据上隅角及高强负压大直径护管内监测的瓦斯抽采数据，实时动态调整大直径钻孔的抽采时机，最终形成大直径钻孔时空协调抽采采空区及上隅角瓦斯的抽采系统，具有高效的抽采效率，可适当增加大直径钻孔间距，减少大直径钻孔的数量，降低施工成本。

附图说明

图1为本发明实施例大直径钻孔瓦斯抽采示意图；

图2为本发明实施例大直径钻孔钻进示意图；

图3为本发明实施例中多级钻头示意图；

图1~3中：1-措施巷、2-回风巷、3-大直径钻孔、4-保护煤柱、5-负压风筒、6-上隅角、7-导工作面、8-采空区、9-导向钻头、10-导向钻杆、11-一级扩孔钻头、12-二级扩孔钻头、13-大直径螺旋钻杆、14-钻机。

具体实施方式

遵从上述技术方案，将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1~3所示，本发明提供了基于一次成孔的大直径钻孔时空协调抽采瓦斯方法，具体包括如下步骤：

步骤一：由回风巷2侧邻近工作面的措施巷1向回风巷2打设大直径钻孔，在措施巷1内布置ZDY-6500LP钻机14，向回风巷2打设大直径钻孔3，大直径钻孔3穿透保护煤柱4，。使用直径为120mm的导向钻头9连接直径为108mm的导向钻杆10，导向钻杆10长度为300mm，配合直径为240mm的大直径螺旋钻杆13打设大直径钻孔3。开始钻进，由措施巷1向回风巷2钻进，在导向钻杆10外露100mm时停止钻进；将直径为240mm的一级扩孔钻头11与导向钻杆10连接，继续钻进，在一级扩孔钻头11外露100mm时，停止钻进；将直径为420mm的二级扩孔钻头12与一级扩孔钻头11连接，继续钻进。直至导向钻头9穿透保护煤柱，且导向钻杆10在回风巷2内完全露出时，停止钻进；在回风巷2内拆卸导向钻头9和导向钻杆10，继续钻进，在一级扩孔钻头11在回风巷2内完全露出时，停止钻进；在回风巷2内拆卸一级扩孔钻头11，继续钻进，在二级扩孔钻头12在回风巷2内完全露出时，停止钻进；在措施巷1内完成退钻杆作业，最终拆卸二级扩孔钻头12。

步骤二：将直径为350mm，壁厚6mm的高强负压大直径护管利用ZDY-6500LP钻机14由措施巷1向回风巷2推入大直径钻孔3内，并使用纱布包裹高强负压大直径护管的外露端。

步骤三：向大直径钻孔3与高强负压大直径护管之间的缝隙中，注入聚氨酯封孔剂进行封孔，大直径钻孔3两端封孔长度皆大于钻孔全长的三分之一；完成封孔后，在措施巷1内，将QDX3-6蝶阀及GD3型矿用瓦斯抽放多参数传感器安装于高强负压大直径护管上，并将其接入瓦斯抽采管路。

步骤四：超前工作面7距离最近的两个大直径钻孔3，在回风巷2内的一端分别连接直径为400mm的负压风筒5，将两个负压风筒5悬挂于巷帮，延伸至上隅角6位置，持续抽采上隅角6瓦斯，上隅角6瓦斯浓度超过设计安全阈值的上限时，增大超前工作面7的大直径钻孔3的抽采负压，同时增加滞后工作面且距离工作面最近的两个的大直径钻孔3的抽采负压，在工作面7即将推过一个大直径钻孔3时，撤掉连接此大直径钻孔3的负压风筒5，以用于下一个超前工作面的大直径钻孔3；大直径钻孔3滞后工作面7时，负压抽采采空区8瓦斯，滞后工作面的大直径钻孔3内抽采混量和瓦斯浓度超过设计安全阈值的上限时，开启此大直径钻孔3附近两个大直径钻孔3抽采采空区8瓦斯，同时增加此大直径钻孔3及附近两个大直径钻孔3的抽采负压，滞后工作面7的大直径钻孔内抽采混量和瓦斯浓度低于设计安全阈值的下限时，关闭此大直径钻孔3，停止此大直径钻孔3抽采采空区8瓦斯，间隔一定时间后，重新开启此大直径钻孔3抽采采空区8瓦斯，此大直径钻孔3内抽采混量和瓦斯浓度高于设计安全阈值的下限时，保持此大直径钻孔3开启，此大直径钻孔3内抽采混量和瓦斯浓度低于设计安全阈值的下限时，关闭此大直径钻孔3。最终形成大直径钻孔3时空协调抽采采空区8及上隅角6瓦斯的抽采系统。