CN104500019A - 一种促进瓦斯抽采的强化增透方法 - Google Patents

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Abstract

一种促进瓦斯抽采的强化增透方法,属于煤层瓦斯抽采技术领域。本发明通过在增透孔内同时引爆裹砂炮和二氧化碳炮,在裹砂炮爆炸作用下,增透孔和抽采孔之间的煤体会产生大量的裂隙,在爆炸冲击下,内层套管与外层套管间隙内的砂粒会以射流的方式嵌入煤体裂隙中,阻止地应力作用造成的裂隙闭合;爆破雷管会炸开二氧化碳炮的端盖,使管体内的液态二氧化碳迅速进入爆炸高温环境,并急速气化膨胀且快速喷出,实现对煤体的二次冲击增透,同时在二氧化碳的驱替作用下,将煤体中难以抽采的吸附态瓦斯转化为容易抽采的游离态瓦斯。在裹砂炮和二氧化碳炮的共同作用下,不仅显著增加了煤体的透气性,且增透效果可长时间维持,保证了瓦斯的高效抽采。

Description

一种促进瓦斯抽采的强化增透方法
技术领域
本发明属于煤层瓦斯抽采技术领域,特别是涉及一种促进瓦斯抽采的强化增透方法。
背景技术
我国的煤层地质构造复杂,高瓦斯低透气性煤层分布较为普遍,随着煤矿开采深度的增加,地应力也会随之增大,导致煤层的透气性会进一步降低。
目前,在煤层瓦斯抽采过程中,在未卸压煤层单纯靠打钻孔抽采瓦斯,不但费时费力且瓦斯抽采效果非常差,技术人员为了提高瓦斯抽采效果,必须采用一些强化增透方法来促进瓦斯抽采,现阶段,惯用的强化增透方法主要有两种,一种是利用水力化措施进行强化增透,如“水力割缝”、“水力冲孔”、“水力压裂”及“水射流割缝”等,但是利用水力化措施进行强化增透也存在非常明显的缺点,由于煤体被水浸泡后易泥化,从而堵塞瓦斯流通通道,同时受到水表面张力限制,强化增透的范围有限;另一种是利用爆破措施进行强化增透,如“深孔松动爆破”和“深孔控制爆破”,目的是通过爆破使煤体产生裂隙,从而增大煤层透气性,但是由于地应力作用,爆破产生的裂隙又会很快被压实闭合,导致高效抽采瓦斯的时效性很短,很难长时间维持。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种促进瓦斯抽采的强化增透方法,能够克服地应力作用,有效维持由爆破产生的裂隙,有效将煤体中难以抽采的吸附态瓦斯转化为容易抽采的游离态瓦斯,有效提高瓦斯抽采效果。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种促进瓦斯抽采的强化增透方法,包括如下步骤:
步骤一:在煤层中交替布置增透孔和抽采孔,增透孔和抽采孔的间距为实际测定的抽采半径;
步骤二:将各抽采孔进行封孔,并将抽采管与矿井外抽采系统进行汇接,进行瓦斯抽采;
步骤三:向各增透孔内送入裹砂炮和二氧化碳炮,送入前将裹砂炮和二氧化碳炮与爆破雷管装配在一起,送入后裹砂炮和二氧化碳炮位于增透孔的孔底,位于增透孔外的爆破母线与起爆器处于待连状态;
步骤四:利用封孔黄泥对增透孔进行封孔;
步骤五:将爆破母线与起爆器连接好,然后启动起爆器,同时引爆各增透孔内的裹砂炮和二氧化碳炮,通过裹砂炮制造煤体裂隙并维持裂隙,通过二氧化碳炮对煤体进行二次冲击增透,并将煤体中的吸附态瓦斯转化为游离态瓦斯;
步骤六:将完成爆破作业后的增透孔改作抽采孔并进行再次封孔,并将抽采管与矿井外抽采系统进行汇接,与原有抽采孔共同进行瓦斯抽采。
所述裹砂炮包括内层套管、外层套管、封盖、矿用药柱及砂粒,所述内层套管位于外层套管内部,内层套管与外层套管通过封盖密封连接,在封盖上设置有雷管安装槽;所述矿用药柱位于内层套管内,所述砂粒位于内层套管与外层套管的间隙内。
所述二氧化碳炮包括管体、端盖及液态二氧化碳,所述管体的底部设置有注液口,管体的管口通过端盖密封,在端盖上设置有雷管安装槽;所述液态二氧化碳通过注液口注入管体内;在所述端盖外侧还安装有拦阻端盖。
本发明的有益效果:
本发明与现有技术相比,通过在增透孔内引爆两种全新设计的裹砂炮和二氧化碳炮,在裹砂炮矿用药柱的爆炸作用下,增透孔和抽采孔之间的煤体会产生大量的裂隙,同时在爆炸冲击下,内层套管与外层套管间隙内的砂粒会以射流的方式嵌入煤体裂隙中,从而阻止地应力作用造成的裂隙闭合;在二氧化碳炮的雷管安装槽内,由于爆破雷管的爆炸会炸开端盖,使管体内的液态二氧化碳迅速进入爆炸高温环境,于是液态的二氧化碳急速气化膨胀,并通过拦阻端盖的中心孔快速喷出,实现对煤体的二次冲击增透,同时在二氧化碳的驱替作用下,将煤体中难以抽采的吸附态瓦斯转化为容易抽采的游离态瓦斯。在裹砂炮和二氧化碳炮的共同作用下,不仅显著增加了煤体的透气性,且增透效果可长时间维持,保证了瓦斯的高效抽采。
附图说明
图1为增透孔和抽采孔的布置示意图;
图2为裹砂炮结构示意图;
图3为二氧化碳炮结构示意图;
图4为增透孔内裹砂炮和二氧化碳炮联合布置图;
图中,1—岩层,2—煤层,3—增透孔,4—抽采孔,5—内层套管,6—外层套管,7—矿用药柱,8—砂粒,9—封盖,10—雷管安装槽,11—管体,12—液态二氧化碳,13—注液口,14—端盖,15—拦阻端盖,16—爆破雷管,17—爆破母线,18—封孔黄泥,19—煤体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明中所使用的裹砂炮和二氧化碳炮均为全新设计,是本发明能够有效实施的必要部件。
所述裹砂炮包括内层套管5、外层套管6、封盖9、矿用药柱7及砂粒8,所述内层套管5位于外层套管6内部,内层套管5与外层套管6通过封盖9密封连接,在封盖9上设置有雷管安装槽10;所述矿用药柱7位于内层套管5内,所述砂粒8位于内层套管5与外层套管6的间隙内。
其中,内层套管5、外层套管6采用塑料套管,封盖9采用塑料封盖,内层套管5的外径为50mm,壁厚为2mm,外层套管6的外径为75mm,壁厚为1.5mm;封盖9与内层套管5、外层套管6通过过盈卡装方式连接,充填于内层套管5与外层套管6间隙内的砂粒8粒径在3mm以下,矿用药柱7由三级煤矿许用水胶炸药药卷制成。
所述二氧化碳炮包括管体11、端盖14及液态二氧化碳12,所述管体11的底部设置有注液口13,管体11的管口通过端盖14密封,在端盖14上设置有雷管安装槽10;所述液态二氧化碳12通过注液口13注入管体11内;在所述端盖14外侧还安装有拦阻端盖15。
其中,管体11采用铁质管体,端盖14采用塑料端盖,拦阻端盖15采用铁质端盖,管体11的外径为75mm,壁厚为5mm,端盖14与管体11过盈卡装方式密封连接,拦阻端盖15与管体11通过螺纹连接,对端盖14起到阻挡固定作用;当液态二氧化碳12通过注液口13注满管体11后,封闭注液口13即可。
所述的促进瓦斯抽采的强化增透方法,包括如下步骤:
步骤一:如图1所示,在岩层1限制的煤层2中交替布置增透孔3和抽采孔4,增透孔3和抽采孔4的孔径均为91mm,孔深为70m,增透孔3和抽采孔4的间距为实际测定的抽采半径;
步骤二:将各抽采孔4采用聚氨酯封孔材料进行封孔,封孔深度为6m,并利用钢丝胶管将抽出管与矿井外抽采系统进行汇接,进行瓦斯抽采,抽采孔口的负压不得低于13kPa;
步骤三:利用探孔钻对增透孔3进行探孔,确保增透孔3无垮孔,在探孔同时将爆破雷管16与裹砂炮和二氧化碳炮组装在一起,其中爆破雷管16采用毫秒电雷管,具体的将爆破雷管16依次安装到裹砂炮和二氧化碳炮的雷管安装槽10内,然后连接好爆破母线17,为了防止爆破母线17与增透孔3的孔壁摩擦破损,需要用胶带将爆破母线17缠缚在裹砂炮及二氧化碳炮的炮体上;最后将安装好爆破雷管16的裹砂炮和二氧化碳炮一起送入增透孔3的孔底,再将增透孔3外的爆破母线17引到起爆器处等待连接;
步骤四:立即用压风喷泥封孔方式将微潮的封孔黄泥18对增透孔3进行封孔,其中封孔黄泥18的粒度在5mm以下,为了防止爆破时发生穿孔,封孔的长度在12m以上;
步骤五:将爆破母线17与起爆器连接好,然后启动起爆器,同时引爆各增透孔3内的裹砂炮和二氧化碳炮;
在裹砂炮矿用药柱7的爆炸作用下,增透孔3和抽采孔4之间的煤体会产生大量的裂隙,同时在爆炸冲击下,内层套管5与外层套管6间隙内的砂粒8会以射流的方式嵌入煤体裂隙中,从而阻止地应力作用造成的裂隙闭合;
在二氧化碳炮的雷管安装槽10内,由于爆破雷管16的爆炸会炸开端盖14,使管体11内的液态二氧化碳12迅速进入爆炸高温环境,于是液态的二氧化碳急速气化膨胀,其体积可膨胀约640倍,并通过拦阻端盖15的中心孔快速喷出,实现了对煤体的二次冲击增透,受到二氧化碳的驱替作用,将煤体中难以抽采的吸附态瓦斯转化为容易抽采的游离态瓦斯;
当起爆约30分钟后,由救护队进入爆破区域,确定安全后,由专业人员对瓦斯抽采系统管路中的瓦斯流量和瓦斯浓度进行测定、记录和统计,测得煤层透气性增加5000~10000倍以上,瓦斯抽采流量增加30~50倍以上,抽采瓦斯浓度达70%~80%以上,且该高效的瓦斯抽采状态可维持30天以上,使瓦斯预抽时间缩短了近三分之二,煤层瓦斯抽采率在60%~80%以上;
步骤六:将完成爆破作业后的增透孔3改作抽采孔并进行再次封孔,并将抽采管与矿井外抽采系统进行汇接,与原有抽采孔共同进行瓦斯抽采。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围,凡未脱离本发明所为的等效实施或变更,均包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种促进瓦斯抽采的强化增透方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一:在煤层中交替布置增透孔和抽采孔,增透孔和抽采孔的间距为实际测定的抽采半径;
步骤二:将各抽采孔进行封孔,并将抽采管与矿井外抽采系统进行汇接,进行瓦斯抽采;
步骤三:向各增透孔内送入裹砂炮和二氧化碳炮,送入前将裹砂炮和二氧化碳炮与爆破雷管装配在一起,送入后裹砂炮和二氧化碳炮位于增透孔的孔底,位于增透孔外的爆破母线与起爆器处于待连状态;
步骤四:利用封孔黄泥对增透孔进行封孔;
步骤五:将爆破母线与起爆器连接好,然后启动起爆器,同时引爆各增透孔内的裹砂炮和二氧化碳炮,通过裹砂炮制造煤体裂隙并维持裂隙,通过二氧化碳炮对煤体进行二次冲击增透,并将煤体中的吸附态瓦斯转化为游离态瓦斯;
步骤六:将完成爆破作业后的增透孔改作抽采孔并进行再次封孔,并将抽采管与矿井外抽采系统进行汇接,与原有抽采孔共同进行瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的一种促进瓦斯抽采的强化增透方法,其特征在于:所述裹砂炮包括内层套管、外层套管、封盖、矿用药柱及砂粒,所述内层套管位于外层套管内部,内层套管与外层套管通过封盖密封连接,在封盖上设置有雷管安装槽;所述矿用药柱位于内层套管内,所述砂粒位于内层套管与外层套管的间隙内。
3.根据权利要求1所述的一种促进瓦斯抽采的强化增透方法,其特征在于:所述二氧化碳炮包括管体、端盖及液态二氧化碳,所述管体的底部设置有注液口,管体的管口通过端盖密封,在端盖上设置有雷管安装槽;所述液态二氧化碳通过注液口注入管体内;在所述端盖外侧还安装有拦阻端盖。
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