CN104612746A - 一种钻孔内割-爆耦合式煤体增透方法 - Google Patents

Abstract

一种钻孔内割-爆耦合式煤体增透方法，利用水力割缝技术在煤层中形成有效的且数目众多的缝槽，使煤体在一定范围内得到有效泄压，促进瓦斯解吸渗出。利用抽气泵将钻孔内瓦斯气体抽入布置在钻孔外的密闭爆炸容器内。在爆炸容器内形成浓度为9.5％～10.5％的高压高温瓦斯混合气体。通过点火装置引爆混合气体，形成高能气体，在导管的引导下冲击钻孔，在原有缝槽的基础上，进一步致裂煤体。针对煤层情况合理选择爆炸初始温度、初始压力和点火能量，在爆炸容器内形成最佳的爆炸威力，充分促使裂隙网络扩展，能够显著降低瓦斯吸附势，促进瓦斯解吸，达到强化瓦斯抽采的目的。其方法简单，安全可靠，成本低廉，简单易行，省时省力。

Description

一种钻孔内割-爆耦合式煤体增透方法

技术领域

本发明涉及一种钻孔内割-爆耦合式煤体增透方法，尤其适用于煤矿井下高瓦斯低透气性煤层的瓦斯高效抽采。

背景技术

我国煤矿井下瓦斯治理的根本手段是以钻孔瓦斯抽采方式为主的瓦斯抽采措施。随着我国煤矿进入深部开采，煤层透气性低逐渐成为制约瓦斯高效抽采的主控因素。因此，强化增透技术成为改善瓦斯抽采效果，实现深部煤与瓦斯共采的关键技术。爆炸冲击波损伤煤体强化抽采法是近年来实践证明的有效措施之一。它主要是靠在煤层内部安装爆炸物，利用爆炸产生的冲击波对煤体进行损伤破坏，产生裂隙，从而增大煤层透气性，提高瓦斯抽采效果。然而，这种方法存在装药困难或装药盲区，制约现场应用或出现卸压不均匀的现象。另外，炸药本身就是危险源，对于井下安全生产也存在一定的威胁。因此，寻找一种安全可靠、省时省力、简单易行和成本低廉的强化增透措施是十分必要的，这对提高矿井瓦斯抽采效率及预防煤与瓦斯突出具有重要意义。

本质上说，瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气发生的剧烈氧化反应。当瓦斯浓度低于5％时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为9.5％时，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应)；瓦斯浓度在16％以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。但是，事物都是存在两面性的，借助瓦斯爆炸的巨大冲击力致裂煤体，构建裂隙网络；同时，热效应降低瓦斯吸附势能，促进瓦斯解吸，就能达到“以灾治灾”的目的。

目前，水力割缝在煤矿井下煤层强化增透中得到了较为广泛的应用，但是单个割缝钻孔的有效影响范围仍然有限。而缝槽具有很好的导向聚能作用，因此，如何将钻孔内瓦斯爆炸致裂煤体和水力割缝的优点结合起来，形成技术的集成是值得思考的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种安全可靠、省时省力、简单易行和成本低廉的钻孔内割-爆耦合式煤体增透方法。

技术方案：本发明的钻孔内割-爆耦合式煤体增透方法，包括顺层钻孔或穿层钻孔，在煤层中交错布置抽采钻孔和冲击钻孔的孔位，施工抽采钻孔、封孔，联入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采；用钻割一体化钻头在冲击钻孔的孔位处钻进至过煤层顶板1m处后，退钻，对钻孔内的煤层进行水力割缝，之后退出钻杆，其步骤如下：

a.将抽气管和冲击管送入冲击钻孔内，用封孔材料封堵钻孔；

b.在巷道内布置高能气体增透设备，高能气体增透设备包括空气压缩机、点火装置、干燥装置、抽气泵、加热装置、爆炸容器，其中抽气泵的入口经阀门控制管路与抽气管外露端相连接，空气压缩机和抽气泵经管路与干燥装置的入口相连，干燥装置的出口经管路与加热装置的入口相连，加热装置的出口经阀门控制管路与爆炸容器的入口相连，爆炸容器的出口经阀门控制管路与冲击管外露端相连接，爆炸容器上安设有检测阀门，点火装置的点火头与爆炸容器相连；

c.启动抽气泵，将钻孔内瓦斯气体抽出送入干燥装置内，同时启动空气压缩机，将空气送入干燥装置，与瓦斯气体进行混合，混合气体经干燥后送入加热装置加热；

d.混合气体加热至设定温度后，将混合气体送入爆炸容器内；

e.通过爆炸容器上的检测阀门，利用便携式瓦斯浓度检测仪检测爆炸容器内的瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到可引爆范围内时，且爆炸容器内的压力达到目标值时，关闭抽气泵、空气压缩机、加热装置和相关阀门；

f.启动点火装置，引爆爆炸容器内的瓦斯，并开启冲击管道阀门，高能气体经由冲击管进入冲击钻孔，对冲击钻孔内的煤体进行增透；

g.完成一个冲击钻孔增透后，关闭冲击管道阀门，将抽气管联入瓦斯抽采官网进行瓦斯抽采；

h.启动空气压缩机，开启爆炸容器上的检测阀门，利用空气冲洗爆炸容器；

i.重复以上所有步骤，完成下一个冲击钻孔的作业。

有益效果：本发明首先利用水力割缝技术形成缝槽，卸压增透，促进瓦斯解吸。接着利用抽气泵将钻孔孔内瓦斯气体送入干燥装置，与空气压缩机送入的空气一起干燥，随后经加热装置加热，在爆炸容器内加压，最终形成浓度在9.5％～10.5％的高温高压的瓦斯混合气体，最后点火引爆可燃气体，形成高能气体，经由冲击管冲击钻孔。高能气体形成的压力场在缝槽的导向作用下，进一步致裂煤体；同时高能气体形成的温度场能够显著降低瓦斯吸附势，促进瓦斯解吸，从而达到强化瓦斯抽采的目的。显著扩大了单孔有效卸压影响范围，使煤层瓦斯抽采效率提高40％以上。其方法简单，安全可靠，成本低廉，简单易行，省时省力，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明的钻孔内割-爆耦合式煤体增透方法示意图。

图中：1-空气压缩机，2-点火装置，3-干燥装置，4-抽气泵，5-点火头，6-加热装置，7-抽气管阀门，8-爆炸容器，9-阀门，10-抽气管，11冲击管，12-检测阀，13-冲击管阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的钻孔内割-爆耦合式煤体增透方法，具体步骤如下：

a.在煤层中交错布置抽采钻孔和冲击钻孔的孔位，保证抽采钻孔都在冲击钻孔的影响范围内；

b.用普通钻头在抽采钻孔的孔位处钻进至完全穿透煤层，封孔后联入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采；

c.用钻割一体化钻头在冲击钻孔的孔位处钻进至过煤层顶板1m处，退钻，对钻孔内的煤层进行水力割缝；

d.退出钻杆后，将抽气管10和冲击管11送入冲击钻孔内，利用水泥沙浆等封孔材料封堵钻孔；所述的抽气管10的孔内末端位于钻孔中段，抽气管10的孔内末端为花眼管；所述的冲击管11的孔内末端位于靠近封孔位置处，冲击管11的孔内末端设计为圆锥形。

e.在巷道内布置高能气体增透设备，高能气体增透设备包括空气压缩机1、点火装置2、干燥装置3、抽气泵4、加热装置6、爆炸容器8，其中抽气泵4的入口经管路与抽气管10外露端相连接，相连管路上设有抽气管阀门7；空气压缩机1和抽气泵4经管路与干燥装置3的入口相连；干燥装置3的出口经管路与加热装置6的入口相连；加热装置6的出口经管路与爆炸容器8的入口相连，中间相连管路设有阀门9；爆炸容器8的出口经管路与冲击管11外露端相连接，中间相连管路设有冲击管阀门13；爆炸容器8上安设有检测阀门12；点火装置2的点火头5与爆炸容器8相连；所述的干燥装置3是一个设有出口和入口的密闭容器，里面充填有干燥剂，干燥剂选用常用的硅胶或者无水硫酸铜等。所述的加热装置6是一个密闭容器，其表面附有一层绝热材料，保障加热装置表面温度处于安全温度，以不烫伤人员和不触发瓦斯爆炸为目的。加热装置6利用电阻丝加热，温度可人工调节，利用电阻丝加热后产生的辐射对混合气体的加热，与混合气体不直接接触；所述的检测阀门2是一个Y型双嘴阀门，入口连在爆炸容器上，一端出口用来检测混合气体的瓦斯浓度，另一端出口用来测量混合气体的压力。

f.关闭冲击管阀门13，启动抽气泵4和空气压缩机1，瓦斯气体经由抽气泵1送入干燥装置3内，与经由空气压缩机1送入的空气混合，混合气体经干燥后随后被送入加热装置6中加热；所述的加热后的混合气体温度范围应在25℃～500℃之间。所述的混合气体压力应在0.5MPa～3MPa之间。

g.在加热装置6中，混合气体被加热至目标温度值，随后混合气体被送入爆炸容器8内；

h.打开爆炸容器8上的检测阀门12，利用便携式瓦斯浓度检测仪检测爆炸容器8内的瓦斯浓度，用压力表测爆炸容器内的压力，待瓦斯浓度达到可引爆范围时，且混合气体压力达到目标值时，关闭空气压缩机1、加热装置3、抽气泵4、抽气管阀门7、阀门9和检测阀门12,，使爆炸容器形成完全密闭空间；所述的瓦斯浓度可引爆范围在常温常压下是5％～16％，理论最佳爆炸浓度为9.5％，现场实测最佳爆炸浓度为9.5％～10.5％。

i.启动点火装置2，由点火头5持续释放电火花，引爆爆炸容器8内的瓦斯，并开启冲击管道阀门13，高能气体经由冲击管导入钻孔，对冲击钻孔内煤体进行冲击增透；

j.冲击钻孔结束后，关闭冲击管道阀门13，将抽气管10联入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采；

k.启动空气压缩机1，开启爆炸容器上的检测阀门12的所有出口，利用空气冲洗爆炸容器8；

l.重复步骤c～k完成下一个冲击钻孔的作业，周而复始，完成所有冲击钻孔的作业。

所述的布置孔位，打穿层钻孔时，抽采钻孔与强化抽采钻孔孔底端中心连线距离为6～8m；打顺层钻孔时，抽采钻孔和强化抽采钻孔孔口端中心连线距离为3～5m。

Claims (2)

1.一种钻孔内割-爆耦合式煤体增透方法，包括顺层钻孔或穿层钻孔，在煤层中交错布置抽采钻孔和冲击钻孔的孔位，施工抽采钻孔、封孔，联入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采；用钻割一体化钻头在冲击钻孔的孔位处钻进至过煤层顶板1m处后，退钻，对钻孔内的煤层进行水力割缝，之后退出钻杆，其特征在于步骤如下：

a．将抽气管和冲击管送入冲击钻孔内，用封孔材料封堵钻孔；

b．在巷道内布置高能气体增透设备，高能气体增透设备包括空气压缩机、点火装置、干燥装置、抽气泵、加热装置、爆炸容器，其中抽气泵的入口经阀门控制管路与抽气管外露端相连接，空气压缩机和抽气泵经管路与干燥装置的入口相连，干燥装置的出口经管路与加热装置的入口相连，加热装置的出口经阀门控制管路与爆炸容器的入口相连，爆炸容器的出口经阀门控制管路与冲击管外露端相连接，爆炸容器上安设有检测阀门，点火装置的点火头与爆炸容器相连；

c．启动抽气泵，将钻孔内瓦斯气体抽出送入干燥装置内，同时启动空气压缩机，将空气送入干燥装置，与瓦斯气体进行混合，混合气体经干燥后送入加热装置加热；

d．混合气体加热至设定温度后，将混合气体送入爆炸容器内；

e．通过爆炸容器上的检测阀门，利用便携式瓦斯浓度检测仪检测爆炸容器内的瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到可引爆范围时，且爆炸容器内的压力达到目标值时，关闭抽气泵、空气压缩机、加热装置和相关阀门；

f．启动点火装置，引爆爆炸容器内的瓦斯，并开启冲击管道阀门，高能气体经由冲击管进入冲击钻孔，对冲击钻孔内的煤体进行增透；

g．冲击钻孔增透后，关闭冲击管道阀门，将抽气管联入瓦斯抽采管道进行瓦斯抽采；

h．启动空气压缩机，开启爆炸容器上的检测阀门，利用空气冲洗爆炸容器；

i．重复步骤a～h，完成下一个冲击钻孔的作业，周而复始，完成所有冲击钻孔的作业。

2.根据权利要求1所述的一种钻孔内割-爆耦合式煤体增透方法，其特征在于：打穿层钻孔时，抽采钻孔与强化抽采钻孔孔底端中心连线距离为6～8m；打顺层钻孔时，抽采钻孔和强化抽采钻孔孔口端中心连线距离为3~5m。