CN102493833A - 一种磨料射流割穿煤层顶板或底板的卸压抽采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磨料射流割穿煤层顶板或底板的卸压抽采方法，该方法包括如下步骤：a、用钻机通过钻杆和割缝钻头在煤岩体顶板、底板或者硬分层上钻一顺层钻孔至设定深度；b、通过钻杆向割缝钻头输入压力为25～30MPa的高压磨料水射流且钻杆原地转动，在顺层钻孔的孔壁上形成一径向割缝，割缝穿透煤岩体的顶板、底板或硬分层和软分层；c、钻杆快速后退1.5～3m以形成一新的割缝；d、重复步骤c至顺层钻孔上形成多个径向割缝，且位于顺层钻孔孔口部位的割缝距孔口部留有至少5m的安全岩柱；e、退出钻杆和割缝钻头并封孔；f、用瓦斯抽采系统抽采瓦斯。本发明的有益效果是，钻孔无安全隐患，且钻孔容易形成、封孔效果好、抽采达标时间短，生产效率高、抽采安全。
Description
技术领域
本发明涉及煤层瓦斯抽采技术领域，特别是一种磨料射流割穿煤层顶板或底板的卸压抽采方法。
背景技术
煤层瓦斯是一种洁净能源，但对煤矿生产而言更是一种灾害源。我国的煤炭赋存地质条件复杂，主要依靠地下开采，随着开采深度的增加，煤层瓦斯含量逐渐增加，煤层瓦斯压力增大，突出的危险性增高，防突难度越来越大。国内煤与突出多数发生在煤巷掘进工作面，占所有突出次数的66. 2%，平均突出强度为66. 9 t/次，煤巷掘进过程中频繁的突出成为危及职工生命安全的主要原因。巷道掘进是所有采煤工作的第一步，如何实现巷道掘进，特别是煤巷掘进之前瓦斯的预抽，达到资源开发利用和煤矿减灾的双重目的，一直是人们关注的焦点。特别是随着开采深度的增加、资源需求的日益强烈、国家一系列关于煤矿瓦斯灾害治理强制措施和煤层气开发利用鼓励政策的出台，都迫切要求有一套系统的、完整的、地面与井下相结合的瓦斯抽采工艺技术。特别是新的防突规定更加强调了区域瓦斯治理的重要性，要求“不掘突出头、不采突出面”，以往突出煤层掘进的“四位一体”方案已经难以满足新规定的要求。现有的煤巷掘进瓦斯预抽主要有以下两种方法。一种是在煤层顶底板掘进抽采巷道，然后在抽采巷道内打穿层钻孔进行煤巷掘进的条带控制。这种方法的优点是穿层钻孔施工相对本煤层钻孔施工较为安全，且顶底板瓦斯抽采巷道的掘进对煤巷掘进条带来说有一定卸压作用，其缺点是巷道掘进工程量大，对煤层而言钻穿层孔抽采属于点式抽采，需要布置的穿层孔数量多，其钻孔工程量大，抽采、封孔等材料用量大，抽采成本高。第二种，煤巷掘进时在本煤层中打顺层钻孔进行瓦斯预抽。由于在松软的突出煤巷掘进中钻孔往往会出现塌孔、喷孔、夹钻和顶钻现象，甚至会引起煤与瓦斯突出，导致钻孔距离短，所钻的孔不成形、抽放及卸压覆盖范围小，掘进速度低。特别是重庆地区所属煤矿煤层大多为松软煤层，具有煤层硬度低、瓦斯含量高、透气性差的特点；突出危险性大，瓦斯灾害是制约煤矿安全、高效生产的第一因素，现行的瓦斯治理措施已难以满足高效生产的需求，迫切需要一种新型区域和局部治理工艺，以彻底改变目前消突困难、接替紧张的局面。
中国专利公告号CN 101936153A，公告日期2011年1月5日，发明创造名称“水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法”。该方法采用在煤层顶板上部钻直井并下入金属套管固井，在煤层段钻井并下入非金属套管，利用开窗设备在在非金属套管的管壁上开设多个开窗，利用水力喷射钻孔设备在煤层段侧向段开窗处进行喷射钻孔，喷头前端水力破煤形成孔眼的同时，喷头后端水力对煤壁实现割缝，并形成卸压条带。该方法是在煤层顶板上向本煤层钻穿层孔，钻穿层孔虽然相对在本煤层钻孔而言安全性要高一些，但仍然存在钻孔时煤层瓦斯泄漏带来的安全隐患；同时，需要在煤层的井中设置非金属套管，不仅影响了钻孔效率，也造成了材料浪费。
中国专利公告号CN 101718191A，公告日期2010年6月2日，发明创造名称“水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法”，该方法公开了一种利用割缝钻头进行钻孔和割缝的一体化作业方法，该方法虽然需要在煤层的井中设置非金属套管，提高了钻孔割缝效率；但该方法没有揭示如何确保抽采安全的问题。为此，需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种钻孔不通过本煤层，且不需在钻孔中设置非金属管材、抽采安全的磨料射流割穿顶板或底板的卸压抽采方法。
为实现第一目的，本发明采用如下技术方案。
一种磨料射流割穿煤层顶板或底板的卸压抽采方法，该方法包括如下步骤：
a、用钻机通过钻杆和割缝钻头在半煤巷掘进的煤岩体顶板、底板或者硬分层上钻一顺层钻孔至设定深度；
b、通过钻杆向割缝钻头输入压力为25～30Mpa的高压磨料水射流且钻杆原地转动，通过高压磨料水射流使顺层钻孔的孔壁上形成一径向割缝，割缝穿透煤岩体的顶板、底板或硬分层和软分层；
c、钻杆快速后退1.5～3m以形成一新的割缝；
d、重复步骤c，直至顺层钻孔上形成有多个径向割缝，且位于顺层钻孔孔口部位的割缝距孔口有一设定距离，以使顺层钻孔的孔口部留有至少5m的安全岩柱；
e、停止高压磨料水射流，退出钻杆和割缝钻头并用封孔材料封孔；
f、用瓦斯抽采系统抽采瓦斯。
采用前述方案的本发明，由于钻孔是位于半煤巷掘进的煤岩体顶板、底板或者硬分层上，且属于沿煤层高度方向或者煤层走向的顺层钻孔，不需在本煤层中钻孔，消除了在本煤层中钻孔时因瓦斯泄漏带来的安全隐患，且钻孔容易形成、封孔效果好；同时，不需要在钻孔中设非金属套管，提高了钻孔效率和节省了非金属管材的消耗，降低了瓦斯抽采成本。利用压力为25～30Mpa的高压磨料水射流对软分层进行切割卸压后，增加煤层透气性，瓦斯抽采容易，从而缩短抽采达标时间，提高了生产效率，且割缝效率高；同时，煤层卸压充分，瓦斯释放彻底；另外，钻进至设定位置后，不需另外更换钻头，直接输入高压磨料水射流进行径向切割，实现钻割一体化作业，提高割缝效率。还有，由于位于顺层钻孔孔口部位的割缝距孔口有一设定距离，且该距离确保顺层钻孔的孔口部留有至少5m的安全岩柱，以确保抽采施工安全。
优选的技术方案，当煤岩体顶板、底板或者硬分层上形成两个以上顺层钻孔，在进行高压磨料水射流割缝时，最好相邻顺层钻孔上的割缝沿钻孔深度方向相互错位，以进一步增加煤层透气性，或在确保煤层具有足够透气性时，减少割缝数量，提高割缝效率。
优选的技术方案，所述封孔材料封孔的封孔深度在5m以上，确保封孔可靠，无抽采过程中的瓦斯泄漏隐患，进一步确保抽采安全。
进一步优选的技术方案，所述磨料为70～110目的石英砂，磨料在射流混合物中体积占5%。进一步提高割缝效率。
本发明与现有技术相比的有益效果是，无钻孔时因瓦斯泄漏带来的安全隐患，且钻孔容易形成、封孔效果好、抽采达标时间短，生产效率高、煤层卸压充分，瓦斯释放彻底、抽采安全。
附图说明
图1是本发明的中半煤巷掘进的断面图结构示意图。
图2是本发明图1中的A—A剖面图，其中，割缝位于软分层方向的深度远大于位于煤岩体顶板、底板或者硬分层上的深度。
图3是本发明在高压磨料水射流割缝时，割缝钻头处于第二割缝处的结构示意图。
图4是本发明图1中的B—B剖面图，在煤岩体顶板、底板或者硬分层上的形成有多个钻孔和割缝。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施范围之中。
参见图1、图2、图3，一种磨料射流割穿煤层顶板或底板的卸压抽采方法，该方法包括如下步骤：
a、用钻机1通过钻杆2和割缝钻头3在半煤巷掘进的煤岩体顶板、底板或者硬分层6上钻一顺层钻孔4至设定深度；
b、通过钻杆2向割缝钻头3输入压力为25～30Mpa的高压磨料水射流且钻杆2原地转动，通过高压磨料水射流使顺层钻孔4的孔壁上形成一径向割缝5，割缝5穿透煤岩体的顶板、底板或硬分层6和软分层7；
c、钻杆2快速后退1.5～3m以形成一新的割缝5；
d、重复步骤c，直至顺层钻孔4上形成有多个径向割缝5，且位于顺层钻孔4孔口部位的割缝5距孔口有一设定距离，以使顺层钻孔4的孔口部留有至少5m的安全岩柱；
e、停止高压磨料水射流，退出钻杆2和割缝钻头3并用封孔材料对顺层钻孔4封孔5m以上；
f、利用瓦斯抽采系统抽采瓦斯气。
参见图4，重复步骤a～f，在煤岩体顶板、底板或者硬分层6上形成两个以上顺层钻孔4，相邻顺层钻孔4上形成的割缝5大致等距离错位。
所述磨料为70～110目的石英砂，磨料在射流混合物中体积占5%。
以上虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，这些修改和变化应理解为是在本发明的范围和意图之内的。
Claims (4)
1.一种磨料射流割穿煤层顶板或底板的卸压抽采方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
a、用钻机（1）通过钻杆（2）和割缝钻头（3）在半煤巷掘进的煤岩体顶板、底板或者硬分层（6）上钻一顺层钻孔（4）至设定深度；
b、通过钻杆（2）向割缝钻头（3）输入压力为25～30Mpa的高压磨料水射流且钻杆（2）原地转动，通过高压磨料水射流使顺层钻孔（4）的孔壁上形成一径向割缝（5），割缝（5）穿透煤岩体的顶板、底板或硬分层（6）和软分层（7）；
c、钻杆（2）快速后退1.5～3m以形成一新的割缝（5）；
d、重复步骤c，直至顺层钻孔（4）上形成有多个径向割缝（5），且位于顺层钻孔（4）孔口部位的割缝（5）距孔口有一设定距离，以使顺层钻孔（4）的孔口部留有至少5m的安全岩柱；
e、停止高压磨料水射流，退出钻杆（2）和割缝钻头（3）并用封孔材料对顺层钻孔（4）封孔；
f、用瓦斯抽采系统抽采瓦斯气。
2.根据权利要求1所述的磨料射流割穿煤层顶板或底板的卸压抽采方法，其特征在于：重复步骤a～f，在煤岩体顶板、底板或者硬分层（6）形成两个以上顺层钻孔（4），相邻顺层钻孔（4）上的割缝（5）沿顺层钻孔（4）深度方向相互错位。
3.根据权利要求1或2所述的磨料射流割穿煤层顶板或底板的卸压抽采方法，其特征在于：所述封孔深度在5m以上。
4.根据权利要求1或2所述的磨料射流割穿煤层顶板或底板的卸压抽采方法，其特征在于：所述磨料为70～110目的石英砂，磨料在射流混合物中体积占5%。
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