CN103775121A

CN103775121A - 一种水力割缝u形孔排渣瓦斯治理方法

Info

Publication number: CN103775121A
Application number: CN201410026108.8A
Authority: CN
Inventors: 翟成; 林柏泉; 彭深; 余旭; 向贤伟; 倪冠华; 李全贵; 许彦明
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-20
Also published as: CN103775121B

Abstract

一种水力割缝U形孔排渣瓦斯治理方法，适用于煤层顺层、高位巷穿层或低位巷穿层钻孔实施水力割缝瓦斯技术时的排渣。在煤层顺层、高位巷穿层或低位巷穿层向目标区域煤体内预先使用千米定向钻机在煤层内施工一个U形钻孔，然后把水力割缝器与钻杆相连接，由钻机将水力割缝器送入U形钻孔的一个孔内，启动水力割缝器先在U形钻孔的一个孔内对煤体进行水力割缝，U形钻孔的另一个钻孔进行排水排渣。当一个钻孔内的水力割缝完成后，再对U形钻孔的另一个钻孔进行水力割缝，之前钻孔成为排渣孔。该方法解决了本煤层水力割缝排渣困难、堵孔、喷孔等问题，进一步的提高了煤层的透气性，消除了煤体和围岩中的集中应力，煤与瓦斯突出潜能的大量释放，起到防止煤与瓦斯突出的有效作用。其操作简单，使用方便，效果好。

Description

一种水力割缝U形孔排渣瓦斯治理方法

技术领域

本发明涉及一种水力割缝U形孔排渣瓦斯治理方法，尤其适用于煤层顺层、高位巷穿层或低位巷穿层钻孔实施水力割缝瓦斯技术时的排渣。

背景技术

我国煤层具有微孔隙、低渗透率、高吸附的结构特性，95%以上的高瓦斯煤层和突出矿井所开采的煤层属于高瓦斯低透气性煤层。高瓦斯低透气性煤层的开采往往导致工作面瓦斯超限、瓦斯爆炸、瓦斯突出以及煤与瓦斯突出，严重威胁者煤矿工人的生命安全。在进入21世纪以后，随着煤炭生产的高效集约化和煤矿开采深度的加深，导致地应力和瓦斯压力增加、煤层的透气性进一步降低和煤层开采过程中瓦斯涌出量增加，这些都可能导致瓦斯爆炸、瓦斯突出以及煤与瓦斯突出灾害的危险性增加。目前，治理煤层瓦斯的最根本途径是瓦斯抽采，由于我国煤层透气性差，使用普通的瓦斯抽采方法很难达到安全开采的要求，所以必须采取高瓦斯低透气性煤层卸压增透措施，增加煤层的透气性以提高煤层的瓦斯抽采率。水力割缝技术是高瓦斯低透气性煤层卸压增透的有效途径之一，其技术原理是通过钻杆高速旋转带动高压水射流在钻孔中旋转切割煤体，使得在煤层中形成具有一定宽度和厚度的扁平裂缝，从而提高了煤层渗透率，进而提高煤层瓦斯抽采率。但是，在煤层实施水力割缝过程中，由于高压水射流的切割作用，使得割缝钻孔内大量被割落的煤渣混杂在水中积聚并迅速涌向钻孔孔口，因此经常会出现堵孔、抱钻、喷孔等现象，既威胁着井下操作工人的人身安全也严重降低了水力割缝的效率。

发明内容

技术问题：本发明的目的是解决实际生产中井下巷道内沿煤层顺层、高位巷穿层或低位巷穿层钻孔进行水力割缝时排渣困难的问题，提供一种排渣简单方便、卸压范围大，可以有效提高现场操作的安全性和工作效率的水力割缝瓦斯治理方法。

技术方案：本发明水力割缝U形孔排渣瓦斯治理方法，包括采用水力割缝系统1、钻机2、钻杆3、割缝器6、高压水辫9，排渣瓦斯治理方法如下：

a.在巷道内使用千米定向钻机沿煤层顺层、高位巷穿层或低位巷穿层向割缝区域内施工一个直径为94mm的U形钻孔；

b.将直径为50mm的割缝器连接在直径为75mm的钻杆上，钻机通过高压胶管和水力割缝系统连接，钻机通过高压水辫与钻杆连接，通过钻杆将割缝器从孔口一送入至割缝设定位置；

c.启动水力割缝系统，高压水通过高压胶管、高压水辫和钻杆进入割缝器，利用钻机带动钻杆和割缝器高速旋转，在U形钻孔的孔口一内对钻孔周围的煤体进行水力割缝，水力割缝所产生的煤渣从U形钻孔的孔口二排出；

d.完成U形钻孔的孔口一内的水力割缝后，将钻杆和割缝器退出；

e.重复步骤b、c、d，对U形钻孔的孔口二进行水力割缝，水力割缝所产生的煤渣从U形钻孔（7）的孔口一排出；

f.对孔口一和孔口二进行封孔，并连接瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采。

所述U形钻孔的孔口一和孔口二之间的距离为6～8m。

有益效果：由于采用了上述技术方案，在煤层巷道内沿煤层顺层、高位巷穿层或低位巷）穿层向割缝目标区域内使用千米定向钻机施工一个U形钻孔，U形钻孔的两侧孔钻孔保证了在进行水力割缝的过程中煤层中不留空白带，通过钻机钻杆的带动下高压水从割缝器喷射出并随钻杆高速旋转，切割钻孔周围煤体，由于高压水射流来回反复的切割作用，煤体被割落并随水流从U形钻孔另一侧钻孔排出，解决了普通钻孔进行水力割缝时出现的堵孔、抱钻、喷孔等现象，显著提高了水力割缝操作的安全性以及工作效率。另一方面，由于提高了水力割缝的排渣能力，因此水力割缝的直接扰动半径也得到了明显的增加，即水力割缝钻孔的卸压增透范围增加，进一步的提高了煤层的透气性，消除了煤体和围岩中的集中应力，煤与瓦斯突出潜能的大量释放，起到防止煤与瓦斯突出的有效作用。大大提高了水力割缝的排渣效果和工作效率，实现高瓦斯煤层的卸压增透和瓦斯高效抽采。其方法操作方便，效果好，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是顺层钻孔水力割缝U形钻孔排渣示意图。

图2是图1中A-A剖面图。

图3是高位巷穿层钻孔水力割缝U形钻孔排渣示意图。

图4是图3中B-B剖面图。

图5是低位巷穿层钻孔水力割缝U形钻孔排渣示意图。

图6是图5中C-C剖面图。

图中：1—水力割缝系统；2—钻机；3—钻杆；4-1、4-2—分别为U形钻孔两侧钻孔；5—煤层；6—割缝器；7—U形钻孔；8—高压胶管；9—高压水辫；10—煤层巷道；11—高位巷；12—低位巷。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

本发明的水力割缝U形孔排渣瓦斯治理方法，包括采用水力割缝系统1、钻机2、钻杆3、

割缝器6、高压水辫9，排渣瓦斯治理方法如下：

a.在巷道10内使用千米定向钻机沿煤层5顺层、高位巷11穿层或低位巷12穿层向割缝区域内施工一个直径为94mm的U形钻孔7，利用U形钻孔7一侧钻孔4-1进行水力割缝时，另一侧钻孔4-2进行排渣；

b.将直径为50mm的割缝器6连接在直径为75mm的钻杆3上，钻机2通过高压胶管8和水力割缝系统1连接，钻机2通过高压水辫9与钻杆3连接，通过钻杆3将割缝器6从孔口一4-1送入至割缝设定位置；

c.启动水力割缝系统1，高压水通过高压胶管8、高压水辫12和钻杆3进入割缝器6，利用钻机2带动钻杆3和割缝器6高速旋转，在U形钻孔7的孔口一4-1内对钻孔周围的煤体进行水力割缝，水力割缝所产生的煤渣从U形钻孔7的孔口二4-2排出；

d.完成U形钻孔7的孔口一4-1内的水力割缝后，将钻杆3和割缝器6退出；

e.重复步骤b、c、d，对U形钻孔7的孔口二4-2进行水力割缝，水力割缝所产生的煤渣从U形钻孔7的孔口一4-1排出；所述U形钻孔7的孔口一4-1和孔口二4-2之间的距离为6～8m；

f.对孔口一4-1和孔口二4-2进行封孔，并连接瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采。

实例一、

如图1、图2所示，为煤层巷道内顺层孔水力割缝U形钻孔排渣瓦斯治理。首先利用千米定向钻机在煤层5巷道内沿煤层顺层施工一个直径为94mm的U形钻孔7，保证U形钻孔7两个侧钻孔4-1和钻孔4-2间距为6～8m，然后将钻机2通过高压胶管8和水力割缝系统1连接，钻机2通过高压水辫9与钻杆3连接，由75mm钻杆3另一端连接直径50mm割缝器6；利用钻机2带动钻杆3将割缝器6送入到割缝钻孔4-1内直至预开割位置，然后启动水力割缝系统1，高压水从割缝系统1流出经高压胶管8、高压水辫9和钻杆3进入割缝器6形成高压水射流，启动钻机2，在钻机2钻杆3的带动下高速旋转在钻孔4-1内切割煤层5，割落下的煤体在水流的带动下沿着钻孔4-2排出，或者顺着割缝钻孔4-1排出。U形钻孔7一侧钻孔4-1割缝结束后，将钻杆3和割缝器6取出，利用钻机2将钻杆3连接割缝器6送入到U形钻孔7另一侧钻孔4-2进行水力割缝。重复上述过程，完成对整个煤层巷道顺层钻孔进行水力割缝卸压增透和瓦斯治理。

实例二、

如图3、图4所示，为高位巷11穿层下行孔水力割缝U形钻孔7排渣瓦斯治理，与实例一基本相同。不同部分主要为从煤层5高位巷11向下部煤层5割缝目标区域分组依次实施水力割缝，首先沿高位巷11穿层向下部煤层5施工一个直径94mmU形钻孔，保证U形钻孔两侧钻孔间距为6-8m，U形钻孔深度到达距煤层底板3m位置。其余部分与实例一相同，相同部分略。

实例三、

如图5、图6所示，为低位巷12穿层上行孔水力割缝U形钻孔7排渣瓦斯治理，与实施例一基本相同。不同部分主要为从低位巷12穿层向上部煤层5割缝目标区域分组依次实施水力割缝，首先沿低位巷11穿层向上部煤层5施工一个直径94mmU形钻孔，保证U形钻孔两侧钻孔间距为6-8m，U形钻孔深度到达距煤层顶板3m位置。其余部分与实例一相同，相同部分略。

Claims

1.一种水力割缝U形孔排渣瓦斯治理方法，包括采用水力割缝系统（1）、钻机（2）、

钻杆（3）、割缝器（6）、高压水辫（9），其特征在于：

a.在巷道（10）内使用千米定向钻机沿煤层（5）顺层、高位巷（11）穿层或低位巷（12）穿层向割缝区域内施工一个直径为94mm的U形钻孔（7）；

b.将直径为50mm的割缝器（6）连接在直径为75mm的钻杆（3）上，钻机（2）通过高压胶管（8）和水力割缝系统（1）连接，钻机（2）通过高压水辫（9）与钻杆（3）连接，通过钻杆（3）将割缝器（6）从孔口一（4-1）送入至割缝设定位置；

c.启动水力割缝系统（1），高压水通过高压胶管（8）、高压水辫（12）和钻杆（3）进入割缝器（6），利用钻机（2）带动钻杆（3）和割缝器（6）高速旋转，在U形钻孔（7）的孔口一（4-1）内对钻孔周围的煤体进行水力割缝，水力割缝所产生的煤渣从U形钻孔（7）的孔口二（4-2）排出；

d.完成U形钻孔（7）的孔口一（4-1）内的水力割缝后，将钻杆（3）和割缝器（6）退出；

e.重复步骤b、c、d，对U形钻孔（7）的孔口二（4-2）进行水力割缝，水力割缝所产生的煤渣从U形钻孔（7）的孔口一（4-1）排出；

f.对孔口一（4-1）和孔口二（4-2）进行封孔，并连接瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采。

2.根据权利要求1所述的水力割缝U形孔排渣瓦斯治理方法，其特征在于：所述U形钻孔（7）的孔口一（4-1）和孔口二（4-2）之间的距离为6～8m。