CN101644166A - 高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透瓦斯抽采方法 - Google Patents
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Abstract
一种高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透瓦斯抽采方法，当钻头钻进到煤层预定位置后，在钻孔内用一定压力和流量的高压水射流对钻孔两侧的煤体进行切割，在钻孔两侧形成一定宽度和高度的扁平缝槽；利用高压水射流将切割下来的煤体带出孔外。大大增加了钻孔内割缝处煤体暴露面积，所形成的扁平缝槽相当于局部范围内开采了一层极薄的保护层，使钻孔内煤体卸压、增透和瓦斯排放有效影响范围扩大，煤体透气性提高了200～300倍左右，单孔瓦斯抽采量平均可达0.3m3/min，瓦斯抽采浓度可达30～60％，回采工作面瓦斯抽放率达到50％以上，割缝卸压增透后，瓦斯抽放钻孔数减少10～20％。实现高瓦斯低透气性突出煤层瓦斯的安全、高效、均匀抽采，变高瓦斯突出危险煤层为低瓦斯无突出危险煤层。
Description
技术领域
本发明涉及一种高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透瓦斯抽采方法，尤其适用于高瓦斯低透气性煤层区域性瓦斯抽采。
技术背景
高瓦斯低透气性煤层的开采往往伴随着大量瓦斯涌出，特别是随着煤炭生产的高效集约化和开采深度的增加，瓦斯涌出量越来越大，瓦斯爆炸和瓦斯突出危险的威胁越来越严重，瓦斯灾害已成为制约高效集约化开采技术发展和安全生产的最重要因素。因此，如何有效地解决高瓦斯煤层开采过程中的瓦斯涌出问题，对煤矿安全生产具有十分重要的意义。我国自20世纪70年代以来对低透气性高瓦斯和突出危险煤层进行了多种瓦斯抽采卸压增透技术的探索性试验研究。
解决高瓦斯低透气性煤层开采过程中的瓦斯涌出问题的主要措施是瓦斯抽采。通过瓦斯抽采，不仅可以有效地减少煤层开采过程中的瓦斯涌出，确保煤矿生产的安全性；同时，抽采出来的高浓度瓦斯又可加以利用，实现双能源开采。目前采用的高瓦斯低透气性煤层卸压增透措施主要有深孔松动爆破、深孔控制爆破和水射流等，采用这些方法后，钻孔有效影响范围在200～1000mm，煤体透气性提高10～40倍左右，瓦斯抽采浓度可达5～20％，抽采时间要1年以上才能够进行采煤作业。这些方法均存在钻孔有效影响范围小、工作面钻孔施工工作量大和抽采效率低的问题，需要采取卸压增透的方法，扩大钻孔有效影响范围，提高本煤层瓦斯抽采效果。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透瓦斯抽采方法，以提高钻孔割缝后卸压影响范围，结合抽采钻孔密封，增加单钻孔瓦斯流量及煤层瓦斯抽采效率。
技术方案：本发明高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透瓦斯抽采方法：
(1)用钻机将带有高压密封的通孔钻杆向煤层顺层或穿层钻孔至设定位置；
(2)启动钻机进行退钻作业，同时启动高压泵站，通过钻孔内的高压密封通孔钻杆将一定压力和流量的高压射流对钻孔两侧的煤体进行边退钻边切割，使钻孔两侧形成一定宽度和高度的扁平缝槽；
(3)对煤层段进行割缝；在穿层钻孔情况下，对煤层段全长进行割缝；对煤层顺层钻孔，在距离钻孔孔口5～10m处停止割缝作业，直接退出钻杆；
(4)在钻孔中插入封孔管进行常规封孔密封，并对煤层进行瓦斯抽采；
(5)继续下一个钻孔的钻进、割缝、密封和瓦斯抽采作业。
所述的一定压力为25～30MPa，流量为40～80L/min；所述在钻孔两侧形成的扁平缝槽半径为400～700mm、缝宽为20～30mm。
有益效果：本发明的冲孔割缝卸压增透瓦斯抽采方法，将高压射流技术与钻孔施工技术相结合，实现钻进和割缝一体化。钻机在进行高压射流割缝措施后，首先增加了煤体暴露面积，相当于局部范围内开采了一层极薄的保护层，达到层内自我解放，给煤层内部卸压、瓦斯释放和流动创造了良好的条件，其结果是造成了缝槽上下煤体的一定范围的较充分卸压，增大了煤层的透气性能；其次，割缝在煤体中形成的缝槽或空间在地应力的作用下，使缝槽周围的煤体向缝槽空间移动，因而更扩大了缝槽卸压、排瓦斯范围。由于高压射流割缝的切割、冲击作用，钻孔周围一部分煤体被高压水击落冲走，形成扁平缝槽空间，这一缝槽可以使周围煤体发生位移和膨胀，增加了煤体中的裂隙，大大改善了煤层中的瓦斯流动状态，钻孔有效影响范围在1000～3000mm，煤体透气性可提高200～300倍左右，给煤层内部卸压、瓦斯释放和流动创造了良好的条件。可将高瓦斯低透气性煤层转变为容易抽采煤层，通过封孔管、汇流管和支管将钻孔连入抽采管网，单孔瓦斯抽采量平均可达0.3m3/min，瓦斯抽采浓度可达30～60％，回采工作面瓦斯抽放率达到50％以上，割缝卸压增透后，瓦斯抽放钻孔数减少10～20％。实现高瓦斯低透气性突出煤层瓦斯的安全、高效、均匀抽采，变高瓦斯突出危险煤层为低瓦斯无突出危险煤层。退出钻杆后，插入封孔管实施封孔，对煤层进行瓦斯抽采。其方法简单，操作容易，效果好，具有广泛的实用性。
具体实施方式
本发明高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透瓦斯抽采方法：将高压射流技术与钻孔施工技术相结合，实现钻进和割缝一体化。首先用钻机向煤层顺层或穿层钻孔，钻孔施工阶段，与普通的钻孔施工基本一致，钻杆为带有高压密封的通孔钻杆。当钻孔钻至设定位置，设定位置根据地质信息确定煤层顺层或穿层钻孔的角度、钻孔深度等；启动钻机进行退钻作业，同时启动高压泵站，水流经过高压泵站加压，经钻杆将高压水射流输送至钻头部位的正向喷嘴射出，与钻机共同完成钻进作业，钻孔内的高压密封通孔钻杆将压力为25～30Mpa、流量为40～80L/min的高压射流对钻孔两侧的煤体进行边退钻边切割，使钻孔两侧形成一定宽度和高度的扁平缝槽；钻进结束后，钻机停止转动，只进行退钻作业，高压泵加压，水压达到预定压力值后，根据需要，可将水与高压磨料发生装置产生的磨料粒子相混合，形成液固两相流体，与此同时钻头压控装置完成射流直向钻孔至侧向割缝的切换，进行割缝作业。当钻头钻进到煤层预定位置后，停止钻进，启动高压泵站，在钻孔内运用压力25～30MPa、流量40～80L/min的高压射流对钻孔两侧的煤体进行切割，割缝过程中的煤流量在5kg/min左右，在钻孔两侧形成一条半径400～700mm、缝宽20～30mm的扁平缝槽。利用高压射流将切割下来的煤体带出孔外。穿层钻孔情况下，对煤层段全长进行割缝；针对高瓦斯低透气性煤层的顺层钻孔，为了保证作业安全和有利于对孔口进行密封抽采，需要留有一定的超前距，根据需要可以在距离孔口5～10m处停止割缝作业，直接退钻。退出钻杆后，插入封孔管实施封孔，封孔长度不小于10m，封孔管长度不小于12m、直径50mm；通过封孔管、汇流管和支管将钻孔连入抽采管网，对煤层进行瓦斯抽采，钻孔孔口负压不低于20KPa，钻孔抽采时间不低于6个月。重复上述过程，继续下一个钻孔的钻进、割缝、密封和瓦斯抽采作业。
Claims (3)
1、一种高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透瓦斯抽采方法，其特征在于：
(1)用钻机将带有高压密封的通孔钻杆向煤层顺层或穿层钻孔至设定位置；
(2)启动钻机进行退钻作业，同时启动高压泵站，通过钻孔内的高压密封通孔钻杆将一定压力和流量的高压射流对钻孔两侧的煤体进行边退钻边切割，使钻孔两侧形成一定宽度和高度的扁平缝槽；
(3)对煤层段进行割缝；在穿层钻孔情况下，对煤层段全长进行割缝；对煤层顺层钻孔，在距离钻孔孔口5～10m处停止割缝作业，直接退出钻杆；
(4)在钻孔中插入封孔管进行常规封孔密封，并对煤层进行瓦斯抽采；
(5)继续下一个钻孔的钻进、割缝、密封和瓦斯抽采作业。
2、根据权利要求1所述的高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透瓦斯抽采方法，其特征在于：所述的一定压力为25～30MPa，流量为40～80L/min。
3、根据权利要求1所述的高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透瓦斯抽采方法，其特征在于：所述在钻孔两侧形成的扁平缝槽半径为400～700mm、缝宽为20～30mm。
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