CN102094668B - 上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法，首先通过在上抽巷(12)内设置钻场(2)向防突区域煤层(1)施工小孔径钻孔；接着利用钻杆(4)带动水力射流器(5)喷出高压水形成旋转冲击，对钻孔(3)进行连续旋转冲击掏穴，直至掏穴程度达到设计要求；同时利用返浆管路(11)收集水力掏穴产生的煤水混合物至煤水处理系统(11)；当所有钻孔的水力掏穴作业结束，煤体通过地压和瓦斯压力作用而均压增透，然后按照常规方法对卸压煤层(1)实施瓦斯抽放。本发明可大幅减少钻孔(3)数量，扩大突出煤层(1)的卸压空间(6)，提高瓦斯的抽放效率，高压水的注入还能有效抑制粉尘，在降低煤层突出危险性的同时也改善了井下作业环境。

Description

上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法
技术领域
本发明涉及防突区域煤层的上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法，尤其适用于消除高瓦斯低透气性较松软煤层突出危险性的瓦斯防突方法。
背景技术
高瓦斯低透气性煤层的开采往往伴随着大量瓦斯的涌出，随着煤炭开采深度的增加，矿井煤层的突出危险性进一步增强，一些浅部为非突出的煤层进入深部后逐渐转变为突出煤层，再加上开采煤层地质条件复杂，容易造成特大瓦斯事故的发生。因此，如何有效地解决高瓦斯低透性煤层开采过程中的瓦斯突出问题，对煤矿安全生产具有十分重要的意义。
施工瓦斯抽放钻孔、瓦斯排放钻孔分别是区域煤层防突措施和局部煤层防突措施最常用的方法，但受到钻孔直径及煤层透气性的影响，透气性较差的突出煤层抽放及排放效果不佳。而对于提高抽放效率或排放效率的最有效方法是扩大钻孔直径，扩大卸压空间，提高煤层整体透气性。而现场施工大直径钻孔时排渣困难、成孔长度短、钻具损坏率高，工程量很大，且在成孔后塌孔严重，很难取得理想的防突效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法简单、工程量小、卸压范围大，能有效消除高瓦斯、低透气性煤层瓦斯突出危险的上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法。
本发明的目的可通过下述技术措施(步骤)来实现：
(1)在采掘工作面前方防突区域煤层的上抽巷内，沿巷道掘进方向设置多个钻场，并在每个钻场布置一个或多个钻孔孔位，孔位之间保持适当距离；
(2)采用与煤层硬度相匹配的钻孔设备对钻孔孔位进行小孔径普通钻孔作业；
(3)当钻孔钻进煤层达到设计深度后，退钻，将水力射流器安装在钻杆前端送入钻孔内，钻杆尾部通过高压胶管与高压水泵相连，将返浆管路一端接入钻孔内，另一端与煤水处理系统相连，在孔口利用高压密封装置对钻孔进行封孔；
(4)启动高压水泵，水力射流器在高压水的驱动下形成旋转射流，对煤层中钻孔四周孔壁进行旋转冲击，煤体被逐层冲击下来，使钻杆沿钻孔轴向方向移动，带动射流器对钻孔进行径向连续旋转冲击掏穴，形成卸压空间。掏穴一定程度后，通过改变钻杆的数量以调整射流器的位置继续冲击掏穴，当掏穴的宽度与深度到达设计要求，即完成一个钻孔的水力掏穴作业；
(5)将高压水力掏穴作业产生的煤水混合物通过返浆管路收集至煤水处理系统；
(6)前述(1)～(5)步骤结束后，逐一对每个钻场所布置的钻孔孔位重复以上步骤(2)～(5)；
(7)所有钻孔的水力掏穴作业全部结束后，煤体在地压和瓦斯压力作用下实现整体均压增透，按照常规方法对卸压后的煤层实施瓦斯抽放。
所述钻场的间距应根据煤层透气性及瓦斯含量的大小决定，以最大限度的提高钻孔覆盖范围和抽放区域为佳。
所述钻孔的数量和距离应根据煤层地质条件与瓦斯储量要求的抽放率和钻孔有效抽放时间来决定。
所述煤水处理系统可对煤水混合物进行处理，实现煤水分离，水可直接循环利用供高压水力掏穴作业继续使用。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法，首先通过在采掘工作面前方煤层的上抽巷内设置钻场向防突区域煤层施工钻孔，使周围煤体受到塑性破坏，强度明显降低，为高压水力孔掏穴创造有利条件；接着利用钻杆带动水力射流器，喷出高压水对钻孔进行近圆柱体旋转冲击，实现对小直径钻孔的水力冲击掏穴，在煤层段形成更大腔体，扩大卸压空间，从而增大了钻孔的影响半径和卸压范围，大大提高钻孔的抽放效率；伴随高压水持续的冲击，利用返浆管路收集水力掏穴产生的煤水混合物，从而提高煤层整体透气性、增强煤体硬度，解除应力卸压的效果，同时，高压水的注入也起到对煤层注水防尘的作用，在回采过程中能有效抑制粉尘飞扬，改善井下作业环境。本发明可大幅度减少工作面钻孔数量，扩大突出煤层的卸压空间，改善煤体的应力状况，提高瓦斯的抽放效率，并能有效抑制粉尘，在降低煤层突出危险性的同时也改善了井下作业环境。
附图说明
图1为本发明的钻孔结构示意图；
图2为本发明的整体结构示意图
图中标记为：1：煤层；2：钻场；3：钻孔；4：钻杆；5：水力射流器；6：卸压空间；7：高压密封装置；8：高压胶管；9：高压水泵；10：返浆管路；11：煤水处理系统；12：上抽巷。
具体实施方式
本发明以下将结合一个实施例(附图)作进一步描述：
如图1、图2所示，本发明的上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法，具体实施步骤如下：
(1)在采掘工作面前方防突区域煤层1的上抽巷12内，沿巷道掘进方向设置多个钻场2，并在每个钻场2布置一个或多个钻孔3孔位，孔位之间保持适当距离，所述钻孔3孔位的数量和距离应根据煤层1地质条件与瓦斯储量要求的抽放率和钻孔3有效抽放时间决定；
(2)采用与煤层1硬度相匹配的钻孔设备对钻孔3孔位进行小孔径普通钻孔作业；
(3)当钻孔3钻进煤层1达到设计深度后，退钻，将水力射流器5安装在钻杆4前端送入钻孔3内，钻杆4尾部通过高压胶管8与高压水泵9相连，将返浆管路10一端接入钻孔3内，另一端与煤水处理系统11相连，在孔口利用高压密封装置7对钻孔3进行封孔；
(4)启动高压水泵9，水力射流器5在高压水的驱动下快速旋转，向外喷射高能喷射流，对煤层1中钻孔3四周孔壁进行旋转冲击，煤体被逐层冲击下来，使钻杆4沿钻孔3轴向方向的移动，带动水力射流器5对钻孔3进行径向连续旋转冲击掏穴，形成卸压空间6。掏穴一定程度后，通过改变钻杆4的数量以调整水力射流器5的位置继续冲击掏穴，当掏穴的宽度与深度到达设计要求，即完成一个钻孔3的水力掏穴作业；
(5)将水力掏穴作业产生的煤水混合物通过返浆管路10收集至煤水处理系统11；
(6)前述(1)～(5)步骤结束后，逐一对每个钻场2所布置的钻孔3孔位重复以上步骤(2)～(5)；
(7)水力掏穴作业全部结束后，煤体在地压和瓦斯压力作用下实现整体均压增透，按照常规方法对卸压煤层1实施瓦斯抽放。
应当说明的是，所述钻场2的间距应根据煤层1透气性及瓦斯含量的大小决定，以最大限度提高钻孔3覆盖范围和抽放区域为佳；所述煤水处理系统11可对煤水混合物进行处理，实现煤水分离，水可直接循环利用供高压水力掏穴作业继续使用。
本发明提供的上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法，首先通过在采掘工作面前方煤层的上抽巷内设置钻场向防突区域煤层施工钻孔，使周围煤体受到塑性破坏，强度明显降低，为高压水力孔掏穴创造有利条件；接着利用钻杆带动水力射流器，喷出高压水对钻孔进行近圆柱体旋转冲击，实现对小直径钻孔的水力冲击掏穴，在煤层段形成更大腔体，扩大卸压空间，从而增大了钻孔的影响半径和卸压范围，大大提高钻孔的抽放效率；伴随高压水持续的冲击，利用返浆管路收集水力掏穴产生的煤水混合物，从而提高煤层整体透气性、增强煤体硬度，解除应力卸压的效果，同时，高压水的注入也起到对煤层注水防尘的作用，在回采过程中能有效抑制粉尘飞扬，改善井下作业环境。本发明可大幅度减少工作面钻孔数量，扩大突出煤层的卸压空间，改善煤体的应力状况，提高瓦斯的抽放效率，并能有效抑制粉尘，在降低煤层突出危险性的同时也改善了井下作业环境。

Claims (3)

1.上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法，包括以下几个步骤，其特征在于：
步骤1，在采掘工作面前方防突区域煤层(1)的上抽巷(12)内，沿巷道掘进方向设置多个钻场(2)，并在每个钻场(2)布置一个或多个钻孔(3)孔位，孔位之间保持适当距离；
步骤2，采用与防突区域煤层(1)硬度相匹配的钻孔设备对钻孔(3)孔位进行小孔径普通钻孔作业；
步骤3，当钻孔钻进防突区域煤层(1)达到设计深度后，退钻，将水力射流器(5)安装在钻杆(4)前端送入钻孔(3)内，钻杆(3)尾部通过高压胶管(8)与高压水泵(9)相连，将返浆管路(10)一端接入钻孔(3)内，另一端与煤水处理系统(11)相连，在孔口利用高压密封装置(7)对钻孔(3)进行封孔；
步骤4，启动高压水泵(9)，水力射流器(5)在高压水的驱动下形成旋转射流，对煤层(1)中钻孔(3)四周孔壁进行旋转冲击，煤体被逐层冲击下来，使钻杆(4)沿钻孔(3)轴向方向移动，带动水力射流器(5)对钻孔(3)进行径向连续旋转冲击掏穴，形成卸压空间(6)；掏穴一定程度后，通过改变钻杆(4)的数量以调整水力射流器(5)的位置继续冲击掏穴，当掏穴的宽度与深度到达设计要求，即完成一个钻孔(3)的水力掏穴作业；
步骤5，将水力掏穴作业产生的煤水混合物通过返浆管路(10)收集至煤水处理系统(11)；
步骤6，前述1～5步骤结束后，逐一对每个钻场(2)所布置的钻孔(3)孔位重复以上步骤2～5；
步骤7，所有钻孔的水力掏穴作业全部结束后，按照常规方法对防突区域煤层(1)实施瓦斯抽放。
2.如权利要求1所述的上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法，其特征在于：所述钻场(2)的间距应根据防突区域煤层(1)透气性及瓦斯含量的大小决定，以最大限度提高钻孔(3)覆盖范围和抽放区域。
3.如权利要求1所述的上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法，其特征在于：所述煤水处理系统(11)可对煤水混合物进行处理，实现煤水分离，水可直接循环利用供高压水力掏穴作业继续使用。 
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