CN104500019B - 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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