CN104727795A - 低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法 - Google Patents
低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104727795A CN104727795A CN201510084278.6A CN201510084278A CN104727795A CN 104727795 A CN104727795 A CN 104727795A CN 201510084278 A CN201510084278 A CN 201510084278A CN 104727795 A CN104727795 A CN 104727795A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- jet
- exploitation
- thin
- coal
- hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/006—Production of coal-bed methane
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F7/00—Methods or devices for drawing- off gases with or without subsequent use of the gas for any purpose
Abstract
低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,包括以下步骤:设计极薄分层水射流开采参数,加工和测试、安装极薄分层水射流开采装置;测定水射流开采半径及对应的射流参数;施工排渣孔和中间的开采孔;开始在极薄分层进行水射流采煤;开采至设计位置后,关闭极薄分层水射流开采装置;将射流开采钻孔和排渣钻孔联入抽放管路抽放;重复步骤(5)-(7),进行下一次钻孔施工和射流开采;进行极薄分层开采卸压效果检验。本发明使煤层百米钻孔瓦斯流量成数倍增长,大大缩短了瓦斯抽放时间;钻孔抽放半径成数倍增加,减少钻进工程量;使掘进及回采期间的瓦斯超限几率大为减少,为煤矿安全高效回采、掘进提供了宝贵时间及安全保障。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全生产技术领域,具体涉及一种低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法。
背景技术
2011年10月16日由国家安全生产监督管理总局、国家发展和改革委员会、国家能源局、国家煤矿安全监察局以安监总煤装〔2011〕163号印发《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》有下列情况之一的矿井必须进行瓦斯抽采,并实现抽采达标:(一)开采有煤与瓦斯突出危险煤层的;(二)一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m/min或者一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m/min的;(三)矿井绝对瓦斯涌出量大于或等于40m/min的;(四)矿井年产量为1.0~1.5Mt,其绝对瓦斯涌出量大于30m/min的;(五)矿井年产量为0.6~1.0Mt,其绝对瓦斯涌出量大于25m/min的;(六)矿井年产量为0.4~0.6Mt,其绝对瓦斯涌出量大于20m/min的;(七)矿井年产量等于或小于0.4Mt,其绝对瓦斯涌出量大于15m/min的。
预抽瓦斯效果应当满足如下标准:
对瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面,评价范围内煤的可解吸瓦斯量满足表1规定的,判定采煤工作面评价范围瓦斯抽采效果达标。
表1 采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标
由于我国大部分矿区煤层透气性偏低,对于大型以上高瓦斯矿井,采煤工作面瓦斯预抽通常效率较低,直接预抽煤层瓦斯时钻孔有效抽采半径小,抽采效果差,瓦斯抽采周期长,往往以密集布孔、高工程投入为代价进行预抽。
1、现有保护层开采技术
开采保护层能够有效地对被保护的突出煤层瓦斯预抽和区域消突,《防治煤与瓦斯突出规定》四十五条规定,对于具备开采保护层条件的突出矿井必须优先采用开采保护层措施;开采保护层能均匀地使被保护的突出煤层区域性卸压和消突,技术工艺过程较成熟简单,安全可靠,而对于其应用和推广最大的问题包括两方面:一方面是国内很多矿区的突出煤层为单一煤层或煤层间距太大,找不到适合的保护层进行开采;另一方面是当开采的保护层本身具有突出危险或煤层太薄赋存不稳定时,保护层本身开采难度较大。此外,现有技术条件下保护层开采工程成本加高,周期较长,因此主要应用于突出矿井的区域防突,较少用于高瓦斯矿井的瓦斯预抽。
2、水力冲孔技术
水力冲孔是在突出煤层中直接应用的一种防治突出措施,它是以岩柱或者煤柱作为安全屏障,冲孔时,随着钻孔的前进,煤、水、瓦斯经过孔道向孔外排出,孔道周围煤体剧烈向孔道方向移动,同时发生煤体的膨胀变形和顶底板的相向位移,引起在冲孔一定影响范围内的地应力降低,煤层卸压,裂隙增加,使煤层透气性增高,促进瓦斯的解吸和排放,煤的强度增高和湿度增加。钻孔冲出一定数量的煤体后形成孔径较大的空洞,一方面有利于提高冲孔后的瓦斯抽放效果,另外其抽放影响半径相对较大,减少了钻孔施工量,同时也缩短了预抽时间,解决了常规预抽煤层瓦斯方式的不足。存在的主要问题:存在冲孔时间较长、冲孔需要的水量大、出现应力分布不均和应力集中以至于增加煤与瓦斯突出危险性等问题。对于高瓦斯矿井工作面预抽而言,水力冲孔存在主要问题为冲孔时间较长、冲孔需要的水量大、出现应力分布不均和应力集中,且冲孔效果受煤的硬度影响极大。水力冲孔目前主要应用于突出煤层的区域消突。
3、水力割缝技术
水力割缝法提高瓦斯抽放量的基本原理是: 在钻孔内运用高压水射流对钻孔两侧的煤体进行切割, 在钻孔两侧形成1条具有一定深度的扁平缝槽,利用水流将切割下来的煤块带出孔外, 由于增加了煤体暴露面积, 且扁平缝槽相当于局部范围内开采了一层极薄的保护层, 因此使得钻孔附近煤体得到了局部卸压, 改善了瓦斯流动条件。水力割缝法也是一种以水作为动力的水力化卸压措施。存在的问题:由于水力割缝主要是针对相对较硬的高瓦斯或突出煤层的增透和瓦斯抽采,水力割缝的压力高、割缝深度较浅、割缝时间较长,出煤量少,效率较低。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处,提供一种低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法。该方法通过顺层钻孔对本煤层极薄分层进行水力射流开采,在整个煤层开采范围内形成均匀卸压区域,达到区域卸压增透的效果,实现高瓦斯低透性软煤层或存在软分层的高瓦斯低透性煤层的高效区域卸压增透,提高回采工作面、煤巷条带的区域瓦斯预抽效率、缩短抽放时间、加大抽放半径、减少钻进工程量、最大限度消除瓦斯灾害。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,包括以下步骤,
(1)、设计极薄分层水射流开采参数,加工和测试极薄分层水射流开采装置;
(2)、安装极薄分层水射流开采装置;
(3)、测定水射流开采半径及对应的射流参数;
(4)、按照测定的开采半径,施工排渣孔和中间的开采孔;
(5)、开始在极薄分层进行水射流采煤;
(6)、开采至设计位置后,关闭高压水泵,暂停开采;
(7)、将射流开采钻孔和排渣钻孔联入抽放管路抽放;
(8)、重复步骤(5)-(7),进行下一次钻孔施工和射流开采;
(9)、进行极薄分层开采卸压效果检验。
所述步骤(1)中采用水射流进行开采,开采参数包括极薄分层开采层位、极薄分层开采厚度、顺层钻孔施工参数和水力射流参数,水力射流参数包括射流压力、流量和喷嘴移动速率;极薄分层水射流开采装置包括孔口套管、煤瓦斯水分离运输系统、射流导向钻进-喷浆固孔-射流开采一体化钻头、钻机、水循环利用系统、高压供水系统及其它配套设施。
所述步骤(3)中在设计的极薄分层层位施工首个开采顺层孔,并在其周边同一层位施工一系列半径测定孔,旋转钻杆至射流喷嘴位于极薄分层层位,打开高压供水系统,在首个开采顺层孔中进行射流,通过周边的测定孔观察出水和排渣情况,确定射流开采半径及对应的射流参数。
所述步骤(4)中,顺层孔施工采用射流导向钻进-喷浆固孔-射流开采一体化钻头,钻头在正前方安装水力射流喷嘴,射流为束状,引导钻头沿设计的直线方向钻进,在钻头的两侧安装有喷浆喷嘴,在钻进使得同时实现喷浆固孔。
所述步骤(5)中,施工顺层钻孔至设计位置后,旋转钻杆,将射流喷嘴旋转至开采的极薄分层层方位,打开高压供水系统的高压供水泵开始在极薄分层进行水射流采煤。
所述步骤(6)中,在水射流开采时安照设计的速度沿顺层孔由内至外移动钻杆和开采喷嘴,至距孔口5-10m后关闭高压水泵暂停开采。
每次极薄分层水射流开采,采用1个顺层孔射流开采,同时采用1-2个同一层位顺层孔排渣;所述开采与排渣顺层钻孔的间距设计以试验测出的实际有效开采半径为依据
与射流导向钻进-喷浆固孔-射流开采一体化钻头配套的钻杆采用内外双层通道密封钻杆,钻杆内层通道连接高压水流,用于射流导向钻进和射流开采;钻杆外层通道连接进浆管,用于喷浆固孔。
开采顺层孔和排渣顺层孔孔口均连接煤瓦斯水分离装置,所采用的煤瓦斯水分离装置顶部连接瓦斯抽放软管,煤瓦斯水分离装置两侧采用过滤孔板将煤瓦斯水分离装置上部的煤水初步过滤后经软管排入排水沟,沿排水沟进入井底污水仓,经分体式超高速泥水分离机对污水井下净化处理后排入净水仓,从而实现水资源的循环利用;定期打开煤瓦斯水分离装置底部的卸煤阀门,将煤瓦斯水分离装置下部沉淀的煤渣卸入下方的矿车中,利用轨道运出。
所述极薄分层水射流开采的厚度应通过理论计算进行确定,以开采后其它分层充分卸压为准;极薄分层水射流开采措施预抽效果检验采用残余瓦斯压力含量或其它效果检验指标,应满足区域预抽的检验标准,同时应在空白处施工检验孔,检验卸压后预抽均匀性。
采用上述技术方案,本发明与其它相接近的现有技术的区别为:
1)与现有保护层技术的区别
现有的保护层技术需要满足开采保护层条件,即在开采的突出煤层上部或下部存在能起到保护作用的保护层,且保护层本身无突出危险或突出危险较小,同时具备开采条件。现有的保护层开采工程周期较长,成本较高,通常用于突出煤层的区域消突。本发明一般适合应用于煤层相对较软或存在软分层的低透性高瓦斯矿井,只需在工作面施工顺层钻孔进行水力射流开采。本发明应用工程周期较短,成本较低,能达到现有现有保护层开采的卸压增透效果。
2)与现有的水力采煤技术的区别
现有的水力采煤技术主要是采用高压水力对整个煤层进行开采,开采效率较低,且难以解决瓦斯超限问题,过去主要在开采不稳定煤层、急倾斜煤层、边角煤以及块段不规则储量小的地方小型矿井应用,目前少有应用。本发明是利用工作面顺层钻孔对开采煤层的极薄分层进行射流开采,开采工艺简单,安全高效,主要目的是通过极薄分层开采,在整个煤层开采范围内形成均匀卸压区域,从而达到工作面快速预抽达标的目的。
3)与现有水力冲孔技术区别
现有水力冲孔主要是通过高压水力对钻孔壁进行冲刷扩孔以达到钻孔周边卸压增透的效果,水力冲孔时间长,受煤层硬度变化影响极大,且易出现应力分布不均和应力集中现象。本发明工艺简单,速度快,成本低,能在整个煤层开采范围内形成均匀卸压区域,能有效解决水力冲孔造成的应力分布不均和应力集中现象。
4)与现有水力割缝技术区别
水力割缝法也是一种以水作为动力的水力化卸压措施。水力割缝主要是针对相对较硬的高瓦斯或突出煤层的增透和瓦斯抽采,水力割缝的压力较高、割缝深度较浅、割缝时间较长,用水量和出煤量较少,效率较低;本发明主要是针对煤层相对较软或存在软分层的高瓦斯非突出矿井,射流压力相对较低,用水量和出煤量相对较大,需要配套的气水煤分离及相应处理系统和水循环利用系统,本发明应用工程周期较短,成本较低,效率较高,能实现区域性卸压增透。
本发明可在低透性高瓦斯煤层不具备开采保护层条件下,通过工作面顺层钻孔进行极薄分层水力射流开采和排渣,使整个工作面区域性均匀卸压,极大增强煤层透气性。本发明水力射流开采针对性强,效率高,同时能较好避免其它水力冲孔、水力压裂、水力割缝等水力强化措施存在的应力集中、卸压不均等现象。本发明区域卸压增透所需时间短,应用工程成本低,工艺相对简单,充分提高抽放效率、缩短抽放时间、加大抽放半径、减少钻进工程量、最大限度消除瓦斯灾害。本发明可广泛适用于低透气性高瓦斯软煤层或存在稳定软分层的低透性高瓦斯煤层的区域瓦斯高效抽采。
本发明可以大大增加煤层透气性,现实工作面快速区域性预抽。井下经试验表明,采用低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法后,煤层透气性系数增大1000~1500倍,瓦斯抽采率达到60%-80%,完全达到了区域瓦斯预抽指标要求,且所耗费的时间、人力及物力不到现有保护层开采技术所需的20%,同时也低于其它增透瓦斯抽采和密集钻孔瓦斯抽采所耗费的时间、人力及物力。实施低透性软煤层极薄分层水射流开采增透后,煤层百米钻孔瓦斯流量成数倍增长,大大缩短了瓦斯抽放时间;钻孔抽放半径成数倍增加,减少钻进工程量;使掘进及回采期间的瓦斯超限几率大为减少,为煤矿安全高效回采、掘进提供了宝贵时间及安全保障。
附图说明
图1 是本发明的射流导向钻进及护孔液固孔钻进示意图;
图2 是本发明当中薄分层水力射流开采示意图;
图3 是本发明当中射流开采系统布置示意图;
图4 是本发明当中射流开采钻孔煤、水和气分离运输系统示意图;
图5 是本发明当中排渣钻孔煤、水和气分离运输系统;
图6 是本发明当中水射流开采钻孔和测定孔布置示意图;
图7 是本发明当中水射流开采及排渣方式示意图。
具体实施方式
本发明的低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,包括以下具体步骤:
(1)、设计极薄分层水射流开采参数,加工和测试极薄分层水射流开采装置;
开采参数包括极薄分层开采层位、极薄分层开采厚度、顺层钻孔施工参数和水力射流参数,水力射流参数包括射流压力、流量和喷嘴移动速率;开采装备包括孔口套管、煤瓦斯水分离运输系统、射流导向钻进-喷浆固孔-射流开采一体化装备、钻机、水循环利用系统、高压供水系统及其它配套设施。
软煤硬度系数一般在0.1-0.6之间,水射流开采层位尽量布置在软煤区域。同时,射流开采的极薄分层开采层位应尽量与煤瓦斯水分离器及煤渣运输矿车的高度相匹配,水射流开采层位离巷道底板高度应不低于运煤矿车的高度,以满足开采的煤瓦斯水高效分离处理和运输。
低透性软煤层极薄分层开采厚度应满足薄分层开采后煤层充分卸压膨胀。参考分层开采技术规范,当分层开采后,被分层最大膨胀变形量大于3‰时,被分层可以充分卸压增透。
低透性软煤层极薄分层水射流开采过程中射流喷嘴移动的速度和射流开采半径呈负相关性,射流开采半径随着射流喷嘴移动速度的增大而减少;当射流喷嘴移动速度增加到一定程度时,射流喷嘴移动速度的增加射流开采半径影响不大。根据实验室测定结果类比,当煤体硬度0.4-0.6范围时,射流压力24-36MP是,初步设定喷嘴移动速度0.1-0.3m/min,射流开采半径0.8-1.6m。
低透性软煤层极薄分层水射流开采半径主要受煤体硬度系数、射流压力、射流流量及时间控制,其中煤体硬度系数和射流流量较为关键。当设计水射流开采半径、厚度、煤体硬度增大时,水射流水量、压力随之增大,时间增加。
水射流参数设计包括水射流流量、压力和时间等参数,应根据设计水射流开采半径、厚度和煤体硬度来设计。水射流设计参数值仅为第一个水射流开采钻孔初次开采提供参考,其它钻孔水射流开采的具体参数应根据实际开采情况进行调整。低透性软煤层极薄分层水射流参数初步设计如表2所示。
表2 低透性软煤层极薄分层水射流开采初步设计参数
松软煤层成孔及水射流开采需要满足两个条件,一个是防止塌孔,另一个是钻孔轨迹保持平行。为了同时满足这两项条件,射流导向钻进-喷浆液固孔-射流开采一体化装备综合应用了喷射护孔液加固钻孔壁技术和高压水力射流导向钻进技术。喷射护孔液加固钻孔壁和高压水力射流导向钻进如图1所示。图1中的的附图标记分别为:1为钻杆,2为钻杆内护孔液通道,3为钻杆和高压水射流管接头,4为高压水射流管支撑片,5为高压水射流管,6为高压水射流通道,7为护孔液喷头,8为水力射流开采喷嘴液,9为一级钻头,10为高压水射流导向钻进喷嘴,11为二级扩孔钻头,12为钻孔壁加固器,钻孔壁加固器12为焊接在喷浆喷嘴后方的弹性金属片。在钻进过程中钻杆及其内置高压水射流管5分别连接护孔液泵和高压水射流泵,一级钻头9正前方高压射流形成小直径孔洞,二级扩孔钻头12进行扩孔和钻进。同时,护孔液喷头7向钻孔壁喷射护孔液,护孔液渗入钻孔上部煤壁松散煤颗粒中,钻孔壁加固器12将钻孔压实,使护孔浆液与煤颗粒紧密粘结形成稳定的保护层。在钻杆1外表面焊接排渣螺纹,采用机械和水力协调排渣,提高排渣能力。一级钻头9两侧的水力射流开采喷嘴液8和前方的高压水射流导向钻进喷嘴10采用液压控制开关。高压水射流导向钻进喷嘴10水射流开采钻孔导向钻进结束后,关闭护孔液泵和管路阀门,增大高压水射流压力至设定值,如图2所示,利用液压控制开关打开水力射流开采喷嘴8,同时闭合钻头前方的高压水射流导向钻进喷嘴10。
(2)、安装极薄分层水射流开采装置
高压水泵和射流开采操作平台布置在掘进巷道附近5x5硐室中,如图3所示。13为操作平台,14为防护墙,15为高压水泵,16为高压水管,17为巷道,18为钻机,19为瓦斯抽放软管,20为煤瓦斯水分离装置,21为钻杆,22为钻头,23为操作和设备控制硐室、硐室调度安装电话和视频、瓦斯监控设施。
对水射流开采系统、供水系统、防超限气水分离装置、煤泥水分离除渣循环水处理系统及防爆摄像头等试验设施进行安装和调试。 水射流开采系统由水箱、高压泵、高压软管、高压旋转接头、钻机、高压密封钻杆、射流喷头及喷嘴等设备组成,射流范围0 - 200m, 射流半径0.5 – 2.0m,射流压力0 - 50MPa。
表3水射流开采设备
配套设施主要包括:
1、煤、瓦斯和水处理系统(自行设计加工);
2、水循环利用系统(采用分体式超高速泥水分离机)
3、防爆摄像头;
4、钻孔窥视仪。
煤、水和气高效处理系统如图4和图5所示,24为煤壁,25为排渣钻孔,26为Y形管,27为排渣管,28为瓦斯抽放软管,29为瓦斯抽采管道,30为瓦斯抽放软管,31为煤、水和气分离器,32为过滤孔板,33为矿车,34为分离器支架,35为排水管,36为进水管和进浆管,37为钻机。从排渣孔流出的煤、水和气混合物经Y形管进行初步分离,瓦斯经抽放软管30进入负压抽放系统。煤渣和水混合物经管道进入煤、水和气分离器31,煤渣沉淀后,上部的煤水经煤、水和气分离器31一侧的过滤孔板32过滤后进入排水管35,将水排入地沟。煤、水和气分离器31顶部积聚的瓦斯由瓦斯抽放软管30排放至瓦斯抽采管道29。当煤、水和气分离器31底部的煤渣沉积量较大时,打开煤、水和气分离器31底部的开关,将煤渣自动卸入煤、水和气分离器31下方的运煤矿车33,经轨道运输至煤仓。经初步过滤后煤粉和水混合液经排水沟进入污水仓,经分体式超高速泥水分离机对污水井下净化处理后排入净水仓,从而实现水资源的循环利用。
(3)、测定水射流开采半径及对应的射流参数。
为了确定合理极薄分层水射流开采半径、压力、流量和喷嘴横移速度,需要施工了3组钻孔进行水射流试验。每组钻孔包括1个射流孔和8个半径测试孔,钻孔长度20m,直径75mm,均近似平行,且处于同一平面,8个半径测试孔距离射流孔的间距L分别为0.6,0.8,1,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0(m),如图6所示,38为射流孔,39为半径测试孔,40为工作面。试验煤层硬度系数为0-0.6,水射流开采的射流压力25-37MP,流量为500-900L/min,横移速度0.1-0.3m/min。
(4)、按照测定的开采半径,施工排渣孔和中间的开采孔。
按照测定测定的开采半径,采用射流导向钻进-喷浆液固孔-射流开采一体化装备先施工两侧的排渣钻孔,然后施工中间的开采孔。钻孔直径95mm或113cm,长度60-140m,钻孔轨迹近似保持平行,与开采的极薄分层位于同一平面。
(5)、开始在极薄分层进行水射流采煤。
中间的开采孔施工至设计长度后,旋转钻杆,将射流喷嘴旋转至开采的极薄分层层方位,调节高压供水泵压力,利用液压传感器关闭钻头正前方的射流导向钻进喷嘴,打开钻头后方两侧射流开采喷嘴,开始在极薄分层进行水射流采煤。射流和排渣如图7所示。
图7中的附图标记分别为:41为薄分层水射流开采采空区,42为高压水射流,43为薄分层水射流开采钻头,44为密封钻杆,45为薄分层水射流开采钻孔,46为薄分层水射流排渣钻孔,47为瓦斯抽放管道,48和50均为煤、水和气自动分离系统,49为钻机,51为运输煤渣矿车,52为煤渣轨道,53为排水沟,54为煤壁。
(6)、开采至设计位置后,关闭高压水泵15,暂停开采。
在水射流开采时安照设计的速度沿顺层孔由内至外移动钻杆和开采喷嘴,至距孔口5-10m后关闭高压水泵15暂停开采。
(7)、将射流开采钻孔和排渣钻孔联入抽放管路抽放。
密封射流开采钻孔和排渣钻孔孔口的Y形管排渣口,将Y形管瓦斯抽采口联入抽放管路抽放。
(8)、重复(5)-(7)步骤,进行下一次钻孔施工和射流开采。
在区域瓦斯预抽范围重复进行钻孔施工和极薄分层射流开采,采空区垮塌后上部和下部分层形成区域性卸压增透区域。
(9)、进行极薄分层开采卸压效果检验。
极薄分层水射流开采的厚度应通过理论计算进行确定,以开采后其它分层充分卸压为准;极薄分层水射流开采措施预抽效果检验采用残余瓦斯压力含量或其它效果检验指标,应满足区域预抽的检验标准,同时应在空白处施工检验孔,检验卸压后预抽均匀性。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,其特征在于:包括以下步骤,
(1)、设计极薄分层水射流开采参数,加工和测试极薄分层水射流开采装置;
(2)、安装极薄分层水射流开采装置;
(3)、测定水射流开采半径及对应的射流参数;
(4)、按照测定的开采半径,施工排渣孔和中间的开采孔;
(5)、开始在极薄分层进行水射流采煤;
(6)、开采至设计位置后,关闭高压水泵,暂停开采;
(7)、将射流开采钻孔和排渣钻孔联入抽放管路抽放;
(8)、重复步骤(5)-(7),进行下一次钻孔施工和射流开采;
(9)、进行极薄分层开采卸压效果检验。
2.根据权利要求1所述的低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,其特征在于:所述步骤(1)中采用水射流进行开采,开采参数包括极薄分层开采层位、极薄分层开采厚度、顺层钻孔施工参数和水力射流参数,水力射流参数包括射流压力、流量和喷嘴移动速率;极薄分层水射流开采装置包括孔口套管、煤瓦斯水分离运输系统、射流导向钻进-喷浆固孔-射流开采一体化钻头、钻机、水循环利用系统、高压供水系统及其它配套设施。
3.根据权利要求2所述的低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,其特征在于:所述步骤(3)中在设计的极薄分层层位施工首个开采顺层孔,并在其周边同一层位施工一系列半径测定孔,旋转钻杆至射流喷嘴位于极薄分层层位,打开高压供水系统,在首个开采顺层孔中进行射流,通过周边的测定孔观察出水和排渣情况,确定射流开采半径及对应的射流参数。
4.根据权利要求2或3所述的低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,其特征在于:所述步骤(4)中,顺层孔施工采用射流导向钻进-喷浆固孔-射流开采一体化钻头,钻头在正前方安装水力射流喷嘴,射流为束状,引导钻头沿设计的直线方向钻进,在钻头的两侧安装有喷浆喷嘴,在钻进使得同时实现喷浆固孔。
5.根据权利要求4所述的低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,其特征在于:所述步骤(5)中,施工顺层钻孔至设计位置后,旋转钻杆,将射流喷嘴旋转至开采的极薄分层层方位,打开高压供水系统的高压供水泵开始在极薄分层进行水射流采煤。
6.根据权利要求5所述的低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,其特征在于:所述步骤(6)中,在水射流开采时安照设计的速度沿顺层孔由内至外移动钻杆和开采喷嘴,至距孔口5-10m后关闭高压水泵暂停开采。
7.根据权利要求2或3所述的低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,其特征在于:每次极薄分层水射流开采,采用1个顺层孔射流开采,同时采用1-2个同一层位顺层孔排渣;所述开采与排渣顺层钻孔的间距设计以试验测出的实际有效开采半径为依据
根据权利要求2或3所述的低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,其特征在于:与射流导向钻进-喷浆固孔-射流开采一体化钻头配套的钻杆采用内外双层通道密封钻杆,钻杆内层通道连接高压水流,用于射流导向钻进和射流开采;钻杆外层通道连接进浆管,用于喷浆固孔。
8.根据权利要求2或3所述的低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,其特征在于:开采顺层孔和排渣顺层孔孔口均连接煤瓦斯水分离装置,所采用的煤瓦斯水分离装置顶部连接瓦斯抽放软管,煤瓦斯水分离装置两侧采用过滤孔板将煤瓦斯水分离装置上部的煤水初步过滤后经软管排入排水沟,沿排水沟进入井底污水仓,经分体式超高速泥水分离机对污水井下净化处理后排入净水仓,从而实现水资源的循环利用;定期打开煤瓦斯水分离装置底部的卸煤阀门,将煤瓦斯水分离装置下部沉淀的煤渣卸入下方的矿车中,利用轨道运出。
9.根据权利要求2或3所述的低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法,其特征在于:所述极薄分层水射流开采的厚度应通过理论计算进行确定,以开采后其它分层充分卸压为准;极薄分层水射流开采措施预抽效果检验采用残余瓦斯压力含量或其它效果检验指标,应满足区域预抽的检验标准,同时应在空白处施工检验孔,检验卸压后预抽均匀性。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510084278.6A CN104727795B (zh) | 2015-02-14 | 2015-02-14 | 低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510084278.6A CN104727795B (zh) | 2015-02-14 | 2015-02-14 | 低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104727795A true CN104727795A (zh) | 2015-06-24 |
CN104727795B CN104727795B (zh) | 2018-06-05 |
Family
ID=53452136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510084278.6A Expired - Fee Related CN104727795B (zh) | 2015-02-14 | 2015-02-14 | 低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104727795B (zh) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107191187A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-09-22 | 中国中煤能源集团有限公司 | 一种沿空留巷切顶卸压方法 |
CN108518182A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-09-11 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 顶板多含水层枝状定向钻孔超前区域水体探放方法及装置 |
CN108678802A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-10-19 | 华北理工大学 | 一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置及方法 |
CN109403948A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-03-01 | 河南理工大学 | 一种射流冲孔出煤量的计量方法以及集煤装置 |
CN110984944A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-10 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种提升条带状高水饱油藏开发效果的压裂方法 |
CN112539078A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-23 | 安徽理工大学 | 一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统 |
CN112668222A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-16 | 太原理工大学 | 一种井下煤仓装煤过程中仓壁受力特征的模拟方法 |
CN113931659A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-14 | 华北水利水电大学 | 一种采空区深成桩成桩装置 |
CN114893127A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-08-12 | 陕西太合工程技术服务有限责任公司 | 一种薄煤层定向水力钻采一体化开采装置和方法 |
CN115059443A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-09-16 | 徐州博安科技发展有限责任公司 | 一种射流式煤层割缝形成装置 |
CN115717529A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-02-28 | 焦作煤业(集团)有限责任公司 | 一种煤层内保护层构建效果评价方法 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997021900A1 (en) * | 1995-12-08 | 1997-06-19 | The University Of Queensland | Fluid drilling system |
CN2538851Y (zh) * | 2002-07-19 | 2003-03-05 | 周茂胜 | 钻孔高压喷射扩孔压灌混凝土异型桩的成桩装置 |
US20030136585A1 (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-24 | Tobishima Corporation & Fuji Research Institute Corp. | Device and method for extracting a gas hydrate |
CN1587640A (zh) * | 2004-09-21 | 2005-03-02 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种海洋天然气水合物开采钻进方法和装置 |
CN101963066A (zh) * | 2010-03-03 | 2011-02-02 | 北京鑫源九鼎科技有限公司 | 煤层顺层水力压裂抽放瓦斯的方法 |
CN102116168A (zh) * | 2011-01-26 | 2011-07-06 | 河南理工大学 | 低渗透、松软煤层抽采瓦斯系统及方法 |
CN102155254A (zh) * | 2011-02-28 | 2011-08-17 | 中国矿业大学 | 一种低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法 |
CN102619552A (zh) * | 2012-02-24 | 2012-08-01 | 煤炭科学研究总院沈阳研究院 | 导向槽定向水力压穿增透及消突方法 |
CN102797465A (zh) * | 2012-09-10 | 2012-11-28 | 河南理工大学 | 煤矿井下超薄虚拟保护层水力开采方法 |
CN103556944A (zh) * | 2013-11-13 | 2014-02-05 | 河南理工大学 | 用于松软突出煤层钻进双层内排渣防堵钻具及其使用方法 |
-
2015
- 2015-02-14 CN CN201510084278.6A patent/CN104727795B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997021900A1 (en) * | 1995-12-08 | 1997-06-19 | The University Of Queensland | Fluid drilling system |
US20030136585A1 (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-24 | Tobishima Corporation & Fuji Research Institute Corp. | Device and method for extracting a gas hydrate |
CN2538851Y (zh) * | 2002-07-19 | 2003-03-05 | 周茂胜 | 钻孔高压喷射扩孔压灌混凝土异型桩的成桩装置 |
CN1587640A (zh) * | 2004-09-21 | 2005-03-02 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种海洋天然气水合物开采钻进方法和装置 |
CN101963066A (zh) * | 2010-03-03 | 2011-02-02 | 北京鑫源九鼎科技有限公司 | 煤层顺层水力压裂抽放瓦斯的方法 |
CN102116168A (zh) * | 2011-01-26 | 2011-07-06 | 河南理工大学 | 低渗透、松软煤层抽采瓦斯系统及方法 |
CN102155254A (zh) * | 2011-02-28 | 2011-08-17 | 中国矿业大学 | 一种低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法 |
CN102619552A (zh) * | 2012-02-24 | 2012-08-01 | 煤炭科学研究总院沈阳研究院 | 导向槽定向水力压穿增透及消突方法 |
CN102797465A (zh) * | 2012-09-10 | 2012-11-28 | 河南理工大学 | 煤矿井下超薄虚拟保护层水力开采方法 |
CN103556944A (zh) * | 2013-11-13 | 2014-02-05 | 河南理工大学 | 用于松软突出煤层钻进双层内排渣防堵钻具及其使用方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
长春地质学院主编: "《岩心钻探工人读本》", 31 October 1979, 地质出版社 * |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107191187A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-09-22 | 中国中煤能源集团有限公司 | 一种沿空留巷切顶卸压方法 |
CN107191187B (zh) * | 2017-07-07 | 2019-11-05 | 中国中煤能源集团有限公司 | 一种沿空留巷切顶卸压方法 |
CN108518182A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-09-11 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 顶板多含水层枝状定向钻孔超前区域水体探放方法及装置 |
CN108678802A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-10-19 | 华北理工大学 | 一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置及方法 |
CN108678802B (zh) * | 2018-04-25 | 2023-08-08 | 华北理工大学 | 一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置及方法 |
CN109403948A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-03-01 | 河南理工大学 | 一种射流冲孔出煤量的计量方法以及集煤装置 |
CN109403948B (zh) * | 2018-10-25 | 2024-02-23 | 河南理工大学 | 一种射流冲孔出煤量的计量方法以及集煤装置 |
CN110984944B (zh) * | 2019-11-22 | 2022-03-29 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种提升条带状高水饱油藏开发效果的压裂方法 |
CN110984944A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-10 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种提升条带状高水饱油藏开发效果的压裂方法 |
CN112539078A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-23 | 安徽理工大学 | 一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统 |
CN112539078B (zh) * | 2020-11-23 | 2022-08-19 | 安徽理工大学 | 一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统 |
CN112668222A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-16 | 太原理工大学 | 一种井下煤仓装煤过程中仓壁受力特征的模拟方法 |
CN112668222B (zh) * | 2020-12-24 | 2023-03-03 | 太原理工大学 | 一种井下煤仓装煤过程中仓壁受力特征的模拟方法 |
CN113931659A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-14 | 华北水利水电大学 | 一种采空区深成桩成桩装置 |
CN114893127A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-08-12 | 陕西太合工程技术服务有限责任公司 | 一种薄煤层定向水力钻采一体化开采装置和方法 |
CN115059443B (zh) * | 2022-07-26 | 2022-11-08 | 徐州博安科技发展有限责任公司 | 一种射流式煤层割缝形成装置 |
CN115059443A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-09-16 | 徐州博安科技发展有限责任公司 | 一种射流式煤层割缝形成装置 |
CN115717529A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-02-28 | 焦作煤业(集团)有限责任公司 | 一种煤层内保护层构建效果评价方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104727795B (zh) | 2018-06-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104727795A (zh) | 低透性软煤层极薄分层水射流开采增透方法 | |
CN102094670B (zh) | 二氧化碳置换矿井采空区瓦斯的方法 | |
CN106437632B (zh) | 一种煤矿老采空区瓦斯抽采方法 | |
CN101575983A (zh) | 煤矿井下定向压裂增透消突方法及压裂增透消突装置 | |
CN104747075A (zh) | 松软煤层喷浆防塌钻进方法 | |
CN107575249B (zh) | 一种高压泥浆护壁方法及装置 | |
CN102606190A (zh) | 煤矿下向穿层孔抽采消突方法及其装置 | |
CN104975868A (zh) | 基于定向钻进的顶板高位走向大直径长钻孔瓦斯抽采方法 | |
CN102913274B (zh) | 一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统及其方法 | |
CN102704872A (zh) | 气举反循环泥浆循环系统 | |
CN108468566A (zh) | 基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法 | |
CN207847676U (zh) | 一种高突矿井采煤工作面u型通风系统 | |
CN110067597A (zh) | 一种矿井俯角负压探放老空区积水的方法 | |
CN112228142A (zh) | 缓倾斜煤层巷道设计及邻近层和采空区瓦斯抽采方法 | |
CN113653531B (zh) | 一种疏放低渗透顶板水的方法 | |
CN110748377B (zh) | 一种废弃矿井内瓦斯气、水双采装置 | |
CN103195470A (zh) | 钻孔施工瓦斯涌出收集装置 | |
CN216197973U (zh) | 一种井下钻孔瓦斯防控系统 | |
CN113756857B (zh) | 地面高效抽采多层位老空区煤层气的防灭火抽采方法 | |
CN111197497B (zh) | 石门揭煤高压水力冲孔综合增透方法 | |
CN109098688B (zh) | 一种矿井井下超深钻孔内软骨料安全防堵施工工艺 | |
CN112855259A (zh) | 一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置及使用方法 | |
CN209277931U (zh) | 一种煤矿井下本煤层瓦斯抽采钻孔一体化装置 | |
CN102966376A (zh) | 一种矿体真空负压快速疏干法 | |
CN105604605B (zh) | 复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180605 Termination date: 20210214 |