CN117738688B - 一种煤矿巷道快速掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体而言，涉及一种煤矿巷道快速掘进方法。该方法包括步骤：向预掘进方向进行超前探测钻孔施工；利用超前探测钻孔实施压裂；沿超前探测钻孔的走向实施预掘巷道掘进，该方法使预掘巷道区域实现卸压和破碎，降低预掘巷道掘进的难度和作业量，增加了预掘巷道掘进速度，实现煤矿巷道快速掘进。

Description

一种煤矿巷道快速掘进方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体而言，涉及一种煤矿巷道快速掘进方法。

背景技术

巷道掘进是煤矿的基本作业，尤其是服务煤矿工作面回采的巷道，不仅掘进量大，且要求巷道掘进需保持与煤层走向一致。

目前常用掘进方法中，需沿巷道掘进迎头中部，不断打设超前探测孔，例如每次探测孔钻进长度50-100m，剩余10-20m时，再进行下一轮超前打孔，进而实现判断前方煤层走向，然后沿探测孔走向开展掘进作业。

现有方法工序复杂，导致巷道掘进难度和作业量大，严重影响了巷道掘进速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿巷道快速掘进方法，以解决目前巷道掘进的难度和作业量大，掘进速度慢的问题。

本发明实施例提供一种煤矿巷道快速掘进方法，所述方法包括以下步骤：向预掘进方向进行超前探测钻孔施工；利用所述超前探测钻孔实施压裂；沿所述超前探测钻孔的走向实施预掘巷道掘进。

可选地，所述超前探测钻孔为定向长钻孔，所述超前探测钻孔的长度取值范围为500m-3000m。

可选地，所述向预掘进方向进行超前探测钻孔施工，包括：井下施工，所述井下施工为在井下从预掘巷道断面的中部向所述预掘巷道的顶角进行所述超前探测钻孔施工。

可选地，所述向预掘进方向进行超前探测钻孔施工，包括：第一地面施工，所述第一地面施工为从地面向井下以同一钻道钻进预设深度后向所述预掘巷道的顶角进行所述超前探测钻孔施工。

可选地，所述向预掘进方向进行超前探测钻孔施工，包括：第二地面施工，所述第二地面施工为从地面向井下沿不同钻道向所述预掘巷道的顶角进行所述超前探测钻孔施工。

可选地，所述利用所述超前探测钻孔实施压裂，包括以下步骤：利用位于所述顶角的所述超前探测钻孔，沿预掘巷道边界进行定向分段压裂。

可选地，所述沿预掘巷道边界进行定向分段压裂的步骤之后，所述方法还包括以下步骤：在所述预掘巷道的中部进行补充压裂钻孔施工，所述补充压裂钻孔的数量根据煤岩体硬度确定；利用所述补充压裂钻孔进行不定向分段压裂。

可选地，所述利用所述补充压裂钻孔进行不定向分段压裂的步骤之后，还包括以下步骤：对分段压裂后的所述超前探测钻孔和/或分段压裂后的所述补充压裂钻孔进行注水作业。

可选地，所述预掘巷道的顶角包括：所述预掘巷道的一对对顶角，和/或所述预掘巷道的四个顶角。

可选地，所述向预掘进方向进行超前探测钻孔施工，还包括：将所述井下施工和地面施工联合进行所述超前探测钻孔施工，所述地面施工包括所述第一地面施工和/或所述第二地面施工。

本发明实施例提供的煤矿巷道快速掘进方法，通过向预掘进方向进行超前探测钻孔施工，利用超前探测钻孔判断前方煤层走向，实现对预掘巷道的超前探测；利用超前探测钻孔实施压裂，使预掘巷道区域实现卸压和破碎，降低巷道掘进的难度和作业量，增加了巷道掘进速度；沿超前探测钻孔的走向实施预掘巷道掘进，保证巷道掘进方向正确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1a为现有技术巷道中部超前探测钻孔的正视图；

图1b为现有技术巷道中部超前探测钻孔的侧视图；

图2为本发明实施例提供的一种煤矿巷道快速掘进方法的示意性流程图；

图3为本发明实施例提供的煤矿巷道快速掘进方法具体实施示意性流程图；

图4a为本发明实施例提供的预掘巷道一对对顶角超前探测定向长钻孔正视图；

图4b为本发明实施例提供的预掘巷道一对对顶角超前探测定向长钻孔侧视图；

图5a为本发明实施例提供的井下超前探测定向长钻孔的正视图；

图5b为本发明实施例提供的井下超前探测定向长钻孔的侧视图；

图6a为本发明实施例提供的第一地面超前探测定向长钻孔的正视图；

图6b为本发明实施例提供的第一地面超前探测定向长钻孔的侧视图；

图7a为本发明实施例提供的第二地面超前探测定向长钻孔的正视图；

图7b为本发明实施例提供的第二地面超前探测定向长钻孔的侧视图；

图8a为本发明实施例提供的预掘巷道顶角超前探测定向长钻孔压裂的正视图；

图8b为本发明实施例提供的预掘巷道顶角超前探测定向长钻孔压裂的侧视图；

图9为本发明实施例提供的预掘巷道四个顶角超前探测定向长钻孔的正视图；

图10a为本发明实施例提供的预掘巷道中部补充定向长钻孔压裂的正视图；

图10b为本发明实施例提供的预掘巷道中部补充定向长钻孔压裂的侧视图；

图11a为本发明实施例提供的巷道掘进完成的正视图；

图11b为本发明实施例提供的巷道掘进完成的侧视图；

附图说明：110-预掘巷道，120-预掘巷道边界，130-超前探测钻孔，140-超前探测定向长钻孔，150-补充定向长钻孔，160-巷道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1a和图1b分别所示的现有技术巷道中部超前探测钻孔的正视图和侧视图，包括预掘巷道110、预掘巷道边界120和超前探测钻孔130，具体地，目前常用掘进方法为：沿巷道掘进迎头中部，不断打设超前探测钻孔，进而实现判断前方煤层走向，然后沿探测钻孔走向开展掘进作业，掘进作业完成后，再循环进行上述步骤直至巷道全部掘进完成；示例性地，每次探测孔钻进长度50-100m，剩余10-20m时，再进行下一轮超前打孔。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明实施例提供一种煤矿巷道快速掘进方法，参见图2所示的一种煤矿巷道快速掘进方法的示意性流程图，该方法包括以下步骤：

S210，向预掘进方向进行超前探测钻孔施工。

可选地，上述超前探测钻孔为定向长钻孔，上述超前探测钻孔的长度取值范围为500m-3000m。通过延长超前探测钻孔的长度，可增大超前探测范围，并根据探测结果，超前调整、规划掘进方向，更好的保证掘进作业的安全性，此外延长超前探测钻孔的长度能够减少超前探测钻孔个数，减少工作量，还能降低预掘巷道掘进和超前探测作业之间的相互影响，使作业工序更加简单。

需要说明的是，设置超前探测钻孔为定向长钻孔，即为打设超前探测定向长钻孔，上述打设超前探测定向长钻孔采用定向长钻孔钻进技术，即钻头段有一个导向装置，可以不断调节、修正钻进轨迹，而常用掘进方法中的钻进技术为非定向钻进技术，即钻头、钻杆不能导向，因此一般只能钻进几十米，钻进长度更长时，轨迹漂移比较严重，无法准确探测煤层走向。

S220，利用超前探测钻孔实施压裂。

S230，沿超前探测钻孔的走向实施预掘巷道掘进。

本发明实施例提供的煤矿巷道快速掘进方法，在巷道掘进之前，通过向预掘进方向进行超前探测钻孔施工，利用超前探测钻孔判断前方煤层走向，实现对预掘巷道的超前探测；并利用上述超前探测钻孔实施压裂，使预掘巷道区域实现卸压和破碎，降低巷道掘进的难度和作业量，增加了巷道掘进速度；进而沿超前探测钻孔的走向实施预掘巷道掘进，保证巷道掘进方向正确，完成巷道快速掘进。

可选地，在步骤S210中进行超前探测钻孔施工的方式，包括：

井下施工，具体地，上述井下施工为在井下从预掘巷道断面的中部向预掘巷道的顶角进行超前探测钻孔施工。如此，在井下具备实施条件和空间的，可在井下实施超前探测钻孔，实现对预掘巷道进行超前探测的同时，为后续定向压裂成形巷道提供作业基础和条件。

可选地，在步骤S210中进行超前探测钻孔施工方式，包括：

第一地面施工，具体地，上述第一地面施工为从地面向井下以同一钻道钻进预设深度后向预掘巷道的顶角进行超前探测钻孔施工。如此，在井下不具备实施条件和空间的，可在地面实施超前探测钻孔，以同一钻道钻进预设深度后向预掘巷道的顶角进行超前探测钻孔施工，可节省超前探测钻孔施工资源，且能够实现对预掘巷道进行超前探测的同时，为后续定向压裂成形巷道提供作业基础和条件。

可选地，在步骤S210中进行超前探测钻孔施工的方式，包括：

第二地面施工，具体地，上述第二地面施工为从地面向井下沿不同钻道向预掘巷道的顶角进行超前探测钻孔施工。如此，在井下不具备实施条件和空间的，可在地面实施超前探测钻孔，沿不同钻道向预掘巷道的顶角进行超前探测钻孔施工，可减少对预掘巷道的不同顶角施工超前探测钻孔之间作业的相互影响，节约作业时间，且能够实现对预掘巷道进行超前探测的同时，为后续定向压裂成形巷道提供作业基础和条件。

可选地，在步骤S210中进行超前探测钻孔施工的方式，还包括：

将上述井下施工和地面施工联合进行超前探测钻孔施工，其中，地面施工包括上述第一地面施工或上述第二地面施工。如此，利用超前探测钻孔钻进技术，在井下具备实施条件和空间的，可在井下实施超前探测钻孔；在井下不具备实施条件的，可在地面打设超前探测钻孔。上述方法具有选择灵活，空间、设备要求低的优点。

可选地，上述预掘巷道的顶角包括：上述预掘巷道的一对对顶角，或上述预掘巷道的四个顶角。

可选地，在步骤S220中，包括以下步骤：

利用位于上述预掘巷道顶角的超前探测钻孔，沿预掘巷道边界进行定向分段压裂。具体地，每个超前探测钻孔均向成90°夹角的两个方向进行定向分段压裂。如此，利用超前探测钻孔，在实现探测功能后，可进一步实施定向压裂作业，改变预掘巷道区域的岩体强度和完整性，更有利于巷道掘进、巷道成形，降低巷道掘进工作量和难度。

可选地，在沿预掘巷道边界进行定向分段压裂步骤之后，上述方法还包括以下步骤：

在上述预掘巷道的中部进行补充压裂钻,施工，补充压裂钻孔的数量根据煤岩体硬度确定；利用补充压裂钻孔进行不定向分段压裂。如此，对于预掘巷道区域煤岩体较硬的情况，还可在顶角超前探测钻孔定向压裂后，在预掘巷道中部实施补充压裂，顶角预裂可以有效保护巷道围岩不受中部压裂损伤，可有效实现预掘巷道区域破碎、软化，围岩区域稳定、完整。

需要说明的是，补充压裂钻孔可以采用非定向钻孔或定向长钻孔。

可选地，在利用补充压裂钻孔进行不定向分段压裂步骤之后，还包括以下步骤：

对分段压裂后的超前探测钻孔进行注水作业，或对分段压裂后的补充压裂钻孔进行注水作业。如此，通过压裂注水也可降低掘进期间煤岩产生的粉尘量，起到掘进降尘作用，有效保护工人健康。

参见图3所示的煤矿巷道快速掘进方法具体实施示意性流程图，该方法包括以下步骤：

S302，沿巷道断面两顶角，向预掘进方向打设定向长钻孔进行超前探测。

在该步骤中，参见图4a和图4b分别所示的预掘巷道一对对顶角超前探测定向长钻孔的正视图和侧视图，包括超前探测定向长钻孔140，首先在预掘巷道断面的两个对角顶角位置，打设定向长钻孔，单孔长度通常为500-3000m，根据预计掘进长度进行设计。两个定向长钻孔作为巷道掘进的超前探测钻孔，掘进过程中应不断微调方向、保持与煤层走向或预计方向一致，确保巷道打在煤层中或沿预计方向掘进，具体地，通过钻屑、钻进难易程度、钻孔窥视、孔内物探等手段，探测煤层走向、构造情况，选择最优掘进路线。

示例性地，超前探测定向长钻孔有3种施工方式：

（a）井下施工

参见图5a和图5b分别所示的井下超前探测定向长钻孔的正视图和侧视图，在井下巷道已经开口，或具备打钻硐室条件时，可在井下向预掘巷道的一对对顶角直接施工两个超前探测定向长钻孔。

（b）第一地面施工

参见图6a和图6b分别所示的第一地面超前探测定向长钻孔的正视图和侧视图，第一地面施工为从地面向井下以同一钻道钻进预设深度后向预掘巷道的一对对顶角进行两个超前探测长钻孔施工。

（c）第二地面施工

参见图7a和图7b分别所示的第二地面超前探测定向长钻孔的正视图和侧视图，第二地面施工为从地面向井下沿不同钻道向预掘巷道的一对对顶角进行两个超前探测长钻孔施工。

如果井下不具备施工空间或时间条件，可在地面布置钻场，通过井地联合贯通井的方式，从地面向井下预掘巷道位置进行超前探测定向长钻孔施工。

S304，沿巷道断面边界，利用超前探测定向长钻孔实施定向压裂。

在该步骤中，参见图8a和图8b分别所示的预掘巷道顶角超前探测定向长钻孔压裂的正视图和侧视图，在完成位于巷道断面两个顶角、沿掘进方向的超前探测定向长钻孔施工后，采取分段定向压裂的方式，分别沿预掘巷道断面的边缘进行定向压裂。每个超前探测定向长钻孔均向成90°夹角的两个方向进行定向分段压裂。参见图9所示的预掘巷道四个顶角超前探测定向长钻孔正视图，若煤岩体硬度较大，压裂缝隙扩展较为困难时，也可在巷道四个顶角均施工超前探测定向长钻孔、两向定向分段压裂。实施超前探测定向长钻孔分段定向压裂，不仅可以预先促进巷道成形，也改变了预掘巷道的煤岩体围岩应力分布，更有利于巷道挖掘。

S306，根据煤岩性情况，在巷道断面中部补充实施分段压裂长钻孔（可以多个孔）。

在该步骤中，参见图10a和图10b分别所示的预掘巷道中部补充定向长钻孔压裂的正视图和侧视图，包括补充定向长钻孔150，其中补充定向长钻孔为上述补充压裂钻孔，在完成超前探测定向长钻孔分段定向压裂后，即可开始沿着超前探测定向长钻孔走向开展巷道挖掘。但在煤岩体硬度较高的情况下，通过在预掘巷道中部补充打设一个或几个定向长钻孔，再对补充打设的定向长钻孔进行不定向分段压裂，进一步破坏预掘巷道的煤岩体完整性。此外，由于上一步骤中，已经沿着预掘巷道周边进行了定向压裂，因此巷道断面中部长钻孔的不定向压裂不会破坏预掘巷道的周边围岩稳定，能将压裂破坏范围很好的控制在预掘巷道区域。

S308，沿超前探测定向长钻孔走向实施巷道掘进。

在该步骤中，沿超前探测定向长钻孔走向开展巷道挖掘，完成巷道掘进，由于预掘巷道区域已经进行了超前探测、压裂破碎，因此巷道掘进速度更快、更为安全，参见图11a和图11b所示的巷道掘进完成的正视图和侧视图，包括巷道160，在上述预掘巷道掘进完成后，得到巷道。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且 还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种煤矿巷道快速掘进方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

向预掘进方向进行超前探测钻孔施工；

利用所述超前探测钻孔实施压裂；

沿所述超前探测钻孔的走向实施预掘巷道掘进；

所述超前探测钻孔为定向长钻孔，所述超前探测钻孔的长度取值范围为500m-3000m；

所述向预掘进方向进行超前探测钻孔施工，包括：井下施工，所述井下施工为在井下从预掘巷道断面的中部向所述预掘巷道的顶角进行所述超前探测钻孔施工；或者，

第一地面施工，所述第一地面施工为从地面向井下以同一钻道钻进预设深度后向所述预掘巷道的顶角进行所述超前探测钻孔施工；或者，

第二地面施工，所述第二地面施工为从地面向井下沿不同钻道向所述预掘巷道的顶角进行所述超前探测钻孔施工；

所述利用所述超前探测钻孔实施压裂，包括以下步骤：

利用位于所述顶角的所述超前探测钻孔，沿预掘巷道边界进行定向分段压裂；

所述沿预掘巷道边界进行定向分段压裂的步骤之后，所述方法还包括以下步骤：

在所述预掘巷道的中部进行补充压裂钻孔施工，所述补充压裂钻孔的数量根据煤岩体硬度确定；

利用所述补充压裂钻孔进行不定向分段压裂。

2.根据权利要求1所述的煤矿巷道快速掘进方法，其特征在于，所述利用所述补充压裂钻孔进行不定向分段压裂的步骤之后，还包括以下步骤：

对分段压裂后的所述超前探测钻孔和/或分段压裂后的所述补充压裂钻孔进行注水作业。

3.根据权利要求1所述的煤矿巷道快速掘进方法，其特征在于，所述预掘巷道的顶角包括：所述预掘巷道的一对对顶角，和/或所述预掘巷道的四个顶角。

4.根据权利要求1所述的煤矿巷道快速掘进方法，其特征在于，所述向预掘进方向进行超前探测钻孔施工，包括：

将井下施工和地面施工联合进行所述超前探测钻孔施工，所述地面施工包括第一地面施工和/或第二地面施工；

所述井下施工为在井下从预掘巷道断面的中部向所述预掘巷道的顶角进行所述超前探测钻孔施工；所述第一地面施工为从地面向井下以同一钻道钻进预设深度后向所述预掘巷道的顶角进行所述超前探测钻孔施工；所述第二地面施工为从地面向井下沿不同钻道向所述预掘巷道的顶角进行所述超前探测钻孔施工。