CN103953285B - 顺层水力冲孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顺层水力冲孔方法，在预开采煤壁的一侧利用变径钻沿顺层向深层钻孔，产生厚度为h1直径为d1的外部小钻孔和厚度为h2直径为d2的内部大钻孔，其中d1＜d2；退出变径钻后，向钻孔深处插入注水管，对其进行封孔并充入高压水。本发明解决了顺层开采一直以来存在容易发生瓦斯突出事故，而很难采取顺层采煤的问题，利用变径钻形成厚度为h1的煤墙作为保护墙可防止煤墙内部的煤层因受力不平衡而发生突出事故，保护工人安全。也可以提高水压力强度，使煤层内部压力增大，有充足的裂隙，达到更换的增透性。本发明与穿层水力冲孔相比，方法简单，效率高，工作量小，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种煤层顺层水力冲孔破壁的安全作业方法。
背景技术
地下煤层处于长期高压状态，瓦斯被封闭和压缩于煤层的不同区域，形成稳定结构。但在开采过程中，由于新开采区域破坏了煤层平衡性，被封闭的瓦斯会突然释放，引起突出事故。目前，对煤层开采过程中通常需要在煤层钻孔，利用水力压裂增透，井下压裂显著增加了煤层的透气性。水力压裂的目的是使煤体内形成微裂隙和贯通裂隙，使煤层气快速运移出来，为下一步开采提供条件。
然而，由于煤体的松散性特点，不易直接进行水力压裂。顺层钻孔太小，内部空间小，不能达到较好的压力增透效果，顺层钻孔太大会使钻孔冲垮（我国关于突出煤层钻孔的外孔直径要求不超过120mm），甚至煤壁垮塌。另外，在高压水冲压过程中，破坏了煤层内部的受力平衡，如果某一区域煤层蕴含大量瓦斯，则有可能在高压冲孔的同时出现突出事故。
现有技术通常采用穿层的方法进行水力冲孔作业，即在煤层（大约2m厚的煤层）的上侧或下侧岩石层中钻孔，倾斜进入煤层中，然后充入高压水进行压裂增透。岩层硬度大，具有保护作业，封孔后可以提高水压，充分压裂煤层，提高增透性。然而，借助于岩层的穿层冲孔方法，需要在每个开层面都设置竖井，需要深入竖井中对岩层钻孔，工作量大，成本高，难度大，效率低。而且竖井数量增多会破坏地质构造，容易发生透水等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决顺层开采一直以来存在容易发生瓦斯突出事故，因而基本不敢采取顺层采煤的问题，提供一种通过顺层水力冲孔的方法，可以适合所有煤层构造，适用性强，降低开采难度，提高水力冲孔效率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种顺层水力冲孔方法，在预开采煤壁的一侧，利用变径钻沿煤层顺层方向，向深层钻孔，产生厚度为h1且直径为d1的外部小钻孔，同时又产生厚度为h2且直径为d2的内部大钻孔，其中d1＜d2，从而在顺层煤层的预开采区域形成一层厚度为h1的煤墙；退出变径钻后，向钻孔深处插入注水管并对注水管进行封孔，注水管的出水口位于煤墙内侧的大钻孔中；向煤层深处充入高压水使大钻孔内的煤层形成微裂隙和贯通裂隙。
也可以在钻孔后先插入瓦斯抽放管对瓦斯进行抽放，然后再进行高压注水作业。在首次开采区域设置有与煤层连通的竖井，在竖井与顺层煤层交接位置，沿顺层向煤层内进行钻孔。
本发明的有益效果是：本发明利用变径钻形成煤墙作为保护墙，对保护墙内的煤层进行水力冲孔，煤墙可以提供支持强度，防止煤墙内部的煤层因受力不平衡而发生突出事故，保护工人安全。煤墙的作用可以提高水压力强度，使煤层内部压力增大，有充足的裂隙，达到更换的增透性。本发明与穿层水力冲孔相比，方法简单，效率高，工作量小，成本低。
本发明提高了煤层顺层水力冲孔的可行性和适用性，克服了一直以来顺层水力冲孔的难题和煤矿开采过程不适合顺层水力冲孔的偏见。通过在多种煤质条件下试用，效果非常显著，可以改变长期以来以穿层水力冲孔为主的局面，从而降低开采难度和开采成本，提高开采效率，确保工人安全。非常利于推广实施。
具体实施方式：
实施例1：一种顺层水力冲孔方法，（1）在预开采煤壁的一侧，利用变径钻沿顺层（煤层所在区域）向深层钻孔，产生厚度为20m，直径为70mm的外部小钻孔，同时产生厚度为60m，直径为150mm的内部大钻孔，从而形成一层厚度为20m的煤墙；（2）退出变径钻后，向钻孔深处插入注水管并对其进行封孔，出水口位于煤墙内侧的煤层中；（3）向煤层深处充入高压水使煤层内形成微裂隙和贯通裂隙。
实施例2：另一种顺层水力冲孔方法，在实施例1基础上，在第（1）步和低（2）步之间，插入瓦斯抽放管对煤层中的瓦斯进行抽放。
实施例3：在实施例1首次开采区域设置有与煤层连通的竖井，从竖井内开始首次顺层钻孔。
Claims (3)
1.一种顺层水力冲孔方法，其特征是：在预开采煤壁的一侧，利用变径钻沿煤层顺层方向，向深层钻孔，产生厚度为h1且直径为d1的外部小钻孔，同时又产生厚度为h2且直径为d2的内部大钻孔，其中d1＜d2，从而在煤层的预开采区域形成一层厚度为h1的煤墙；退出变径钻后，向钻孔深处插入注水管并对注水管进行封孔，注水管的出水口位于煤墙内侧的大钻孔中；向煤层深处充入高压水使大钻孔内的煤层形成微裂隙和贯通裂隙。
2.根据权利要求1所述的顺层水力冲孔方法，其特征是：在钻孔后先插入瓦斯抽放管对瓦斯进行抽放，然后再进行高压注水作业。
3.根据权利要求1所述的顺层水力冲孔方法，其特征是：在首次开采区域设置有与煤层连通的竖井，在竖井与煤层交接位置，沿顺层向煤层内进行钻孔。
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