CN106761901A - 矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术及装备 - Google Patents
矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术及装备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106761901A CN106761901A CN201611092782.1A CN201611092782A CN106761901A CN 106761901 A CN106761901 A CN 106761901A CN 201611092782 A CN201611092782 A CN 201611092782A CN 106761901 A CN106761901 A CN 106761901A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal
- rock
- air
- gas
- impact
- 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
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000005065 mining Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 claims description 4
- 230000006854 communication Effects 0.000 claims description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK 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
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明专利公开一种矿用冲击煤岩体防止煤岩动力灾害的技术及装备。该技术将多个气动冲击器构件径向整合于管状设备中，利用冲击器构件径向冲击钻孔壁；产生的高强度应力波在煤岩体中传播，并对煤岩体造成拉压、剪切破坏；最终使钻孔周围一定范围的裂隙网络快速发育，使煤岩体有效卸压，促进瓦斯解吸和渗流，降低煤层瓦斯含量，释放煤体中的应力，防止煤与瓦斯突出、冲击地压等防止煤岩动力灾害。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术及装备，应用于煤矿安全领域。
背景技术
我国煤矿井下条件十分复杂，存在大量致密度较高、透气性较差的高瓦斯、低透气性煤岩体，这些煤岩层内部积聚着大量不同形式的能量，却得不到有效的卸压，因此，严重制约了快速掘进、回采的进度，同时也给安全工作带来了不小的挑战。
在遇到此类高瓦斯致密煤岩层时，往往要进行瓦斯抽放卸压，然而，其高致密性使得抽放效果甚微，既造成了人力资源的浪费，又造成了资金的浪费。但是，如若不进行抽放或抽放效果不理想，此类煤层内部的瓦斯会一直存在，无法得到释放，在采掘过程中，一旦出现震动、放炮等扰动，极易出现煤与瓦斯突出事故；同时，对于深部煤体巷道围岩而言，由于巷帮高集中应力的存在，使得巷帮、围岩极易发生垮塌、大位移、大变形等冲击地压事故。以上事故均会造成非常大的经济损失和不良的社会影响，因此，需要借助煤层增透卸压技术对煤层透气性进行改造。
然而，现存的常用卸压手段还存在一定问题，例如，深孔爆破技术由于使用的是乳化炸药进行增透，属于热爆炸的范畴，在井下高瓦斯环境下会受到一定的制约，加上威力巨大，极易诱发突出，同时，在接线、安装过程中也存在一定的触电、爆炸事故，因此该法具有很大的危险性；水力割缝技术在理论上具有较大可行性，但在较大地应力的真实情况下，煤层在割缝后会自动“愈合”，因此割缝效果较差。
气动冲击器技术作为矿用凿岩技术的一种，已经在矿井地面得到了很广泛的应用，技术相对比较成熟。然而，将其应用于井下煤层增透，是史无前例的，因此，该技术具有一定的难度和前瞻性。
发明内容
本发明专利的目的在于提供一种矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术及装备，保证煤岩体增透卸压过程的安全、可靠、高效进行。
该套技术及装备针对井下使用，可根据孔径、深度等钻孔参数合理选型或加长，实现不同孔径、不同深度钻孔全方位卸压，达到促进瓦斯解吸和渗流，降低煤层瓦斯含量，释放煤体中的应力，防止煤与瓦斯突出、冲击地压等防止煤岩动力灾害的目的。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
钻孔工作完成后，将设备放入孔内并用卡盘固定；在井下压风管路持续供风下，气动冲击器构件(冲击钎头)对钻孔壁360°进行冲击；对于钻孔周边一定范围内的煤岩体，产生的高强度应力波在传播过程中造成拉压、剪切破坏，形成大量连续、不连续裂隙网络，使得原本封闭的瓦斯解吸-扩散-渗流通道全面开启；同时，对于不同力学性质的煤岩体，应力波冲击频率及能量可以调节，适合于不同煤岩层。
同时，本发明采取以下装备设计方案：
将多个气动冲击器构件按一定方位、顺序径向固定于圆管中；圆管多节连接，可以拆卸，便于加工冲击器构件以及井下拆装；单个冲击器由细软管供应高压空气，驱动作业；高压空气由井下压风管路提供，作业结束后，通过圆管与孔壁的环状间隙流出钻孔；与此同时，锤头为圆弧型，曲率大于钻孔壁，保证锤头在最大动能下不至于插入煤岩体，同时锤头可以最大限度产生高强度应力波，在煤岩体中产生裂隙和裂纹。
附图说明
附图1为本发明专利的概要图。气动冲击器构件错位、径向固定于圆管中，在高压空气的作用下，以一定频率径向往复冲击钻孔煤壁，产生的冲击波造成直接的剪切和压裂破坏；高压气体从软管进入，经冲击钎头间隙流出，最终从卡盘上小孔流出。
具体实施方式
本发明专利的中心思想是将气动冲击器应用于煤矿安全领域，利用气动冲击器对钻孔壁进行不同频率冲击，提高煤岩体内裂隙发育情况，进而防止煤岩动力灾害。下面对本发明作进一步的具体解释和描述：
1.设备的安装
首先，在煤岩中钻孔，保证钻孔直径与卡盘外径的耦合。撤出所有钻孔设备后，将该设备一节一节相连并慢慢送入钻孔中，到达指定位置后，利用卡盘与煤壁耦合，对管路起到一定的支撑作用，保证冲击器各向冲击距离相等，降低冲击不均匀的可能；同时空气腔与井下压风管路连接(配阀门)。
2.设备的运行
在完成步骤1且检查现场确认一切就绪后，开启阀门，设备运行。冲击器构件在高压空气的驱动下，往复运动，冲击孔壁，起到增透卸压的效果；高压空气经软管进入冲击器，在内部结构的分流下，驱动冲击器活塞往复运动，之后废气(乏风)经装置与煤壁的环状间隙流出。
3.设备的撤出
设备运行一段时间后，关闭阀门，设备停止运动。取下卡盘并将管路缓慢撤出。之后，可通过钻孔窥视煤壁或瓦斯抽放等途径确定增透效果。
Claims (8)
1.一种矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术，应用于煤矿安全领域，其特征是：将多个气动冲击器构件径向整合于圆管中，应用于硬煤增透卸压领域；利用气动冲击器构件冲击钻孔壁，对于钻孔周边一定范围内的煤岩体，产生的高强度应力波在传播过程中造成拉压、剪切破坏；最终在钻孔周围一定距离的煤岩体内产生大量裂隙，使煤岩体有效卸压，促进瓦斯解吸和渗流，降低煤层瓦斯含量，释放煤体中的应力，防止煤与瓦斯突出、冲击地压等防止煤岩动力灾害。
2.一种矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害装备，应用于煤矿安全领域，其特征是：将多个气动冲击器构件按一定方位、顺序固定于圆管内壁，圆管多节连接，并留有冲击孔；单个冲击器由细软管供应高压空气，驱动冲击器作业；高压空气由井下压风管路提供，经空气腔分流至各冲击器单体。
3.根据权利要求1所述的应力波，其特征是：对于不同力学性质的煤岩体，通过调节冲击间隔和风压，使得冲击频率以及应力波能量具有可调性，进而可以应用于不同矿区、不同煤岩层。
4.根据权利要求2所述的冲击器，其特征是：冲击钎头为圆弧型，曲率大于钻孔内壁，保证锤头在最大动能下不至于插入煤岩体，同时锤头可以最大限度产生应力波，在煤岩体中传播过程中对煤岩体造成损伤，产生裂隙和裂纹。
5.根据权利要求2所述的固定方式，其特征是：等边三角形顺序布置，即不同气动冲击锤构件之间断面夹角60°、沿筒壁一定距离逐个布置。
6.根据权利要求2所述的空气腔，其特征是：空气腔端面开有多个小孔，向多条细软管供应高压空气。
7.根据权利要求2所述的圆管，其特征是：圆管多节连接，并保证连接完成后，多个冲击器构件形成等边三角形排列，可以适用于长钻孔；单节长度既要考虑加工制作方便，又要考虑井下连接方便，一般取每节0.5米。
8.根据权利要求3所述的冲击应力波作用于煤体，使煤体产生大量裂隙和裂纹，其特征是：裂隙和裂纹可以有效促进煤岩体中瓦斯气体的解吸、扩散和渗流，降低煤层瓦斯含量，使煤岩体得到卸压，防止煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611092782.1A CN106761901B (zh) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | 矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术及装备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611092782.1A CN106761901B (zh) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | 矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术及装备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106761901A true CN106761901A (zh) | 2017-05-31 |
| CN106761901B CN106761901B (zh) | 2020-04-03 |
Family
ID=58915814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611092782.1A Active CN106761901B (zh) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | 矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术及装备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106761901B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108223010A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 黑龙江科技大学 | 矿山动力灾害一体化预警方法及装置 |
| CN110985108A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-10 | 华北科技学院 | 一种用于提升煤层瓦斯透气率的空气炮 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100044047A1 (en) * | 2008-08-19 | 2010-02-25 | Prowell Technologies Ltd. | Method for impulse stimulation of oil and gas well production |
| CN102080525A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-06-01 | 郑州大学 | 一种高压气体喷射掏穴卸压防突方法 |
| CN102852506A (zh) * | 2012-10-17 | 2013-01-02 | 中国矿业大学 | 一种高压气动爆破卸压增透方法 |
| CN102966372A (zh) * | 2012-12-17 | 2013-03-13 | 中国矿业大学 | 一种复杂煤层割缝诱喷卸压增透方法 |
| CN103234891A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-08-07 | 辽宁工程技术大学 | 低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验方法 |
-
2016
- 2016-12-02 CN CN201611092782.1A patent/CN106761901B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100044047A1 (en) * | 2008-08-19 | 2010-02-25 | Prowell Technologies Ltd. | Method for impulse stimulation of oil and gas well production |
| CN102080525A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-06-01 | 郑州大学 | 一种高压气体喷射掏穴卸压防突方法 |
| CN102852506A (zh) * | 2012-10-17 | 2013-01-02 | 中国矿业大学 | 一种高压气动爆破卸压增透方法 |
| CN102966372A (zh) * | 2012-12-17 | 2013-03-13 | 中国矿业大学 | 一种复杂煤层割缝诱喷卸压增透方法 |
| CN103234891A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-08-07 | 辽宁工程技术大学 | 低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108223010A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 黑龙江科技大学 | 矿山动力灾害一体化预警方法及装置 |
| CN110985108A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-10 | 华北科技学院 | 一种用于提升煤层瓦斯透气率的空气炮 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106761901B (zh) | 2020-04-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105971660B (zh) | 超声波空化与水力压裂联合激励煤层气抽采方法 | |
| CN108643877B (zh) | 煤矿井下煤层长钻孔分段压裂增透与抽采瓦斯方法 | |
| CN106320985B (zh) | 煤层高压水射流冲‑钻‑扩‑割一体化增透装置及其方法 | |
| CN103161493B (zh) | 气液固三相耦合爆破弱化冲击地压及增透方法 | |
| WO2019205558A1 (zh) | 一种脉冲水力致裂控制顶煤冒放性的方法及设备 | |
| WO2019205516A1 (zh) | 一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采系统 | |
| CN104632174A (zh) | 煤层液态二氧化碳压裂装置及方法 | |
| WO2019205515A1 (zh) | 一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采方法 | |
| CN105275443A (zh) | 一种煤矿井下高功率电爆震辅助水力压裂增透方法 | |
| CN104405434B (zh) | 一种低渗煤层区井筒气相压裂快速揭煤的方法及其装置 | |
| CN110195580A (zh) | 一种气液两相联合作用煤层增透方法 | |
| CN109267983B (zh) | 基于裸眼预置管柱完井的水平井重复压裂装置及方法 | |
| CN204419145U (zh) | 煤层液态二氧化碳压裂装置 | |
| CN108915686B (zh) | 一种煤巷冲击危险区钻孔轴-径双向卸压方法 | |
| CN104763368A (zh) | 大直径潜孔锤用孔口密封装置及其反循环施工工艺 | |
| CN110388206A (zh) | 一种等离子体上行致裂残采区遗留煤柱的方法和装置 | |
| CN104213896A (zh) | 煤层气储层压裂洞穴一体化完井方法 | |
| CN109372508B (zh) | 煤矿井下液压定向切顶设备及其施工方法 | |
| CN101012755A (zh) | 煤矿煤层钻孔增加抽放瓦斯量的设备 | |
| CN210289738U (zh) | 一种煤层水力压裂与水压爆破耦合增透装置 | |
| CN106761901A (zh) | 矿用煤岩体冲击防止煤岩动力灾害技术及装备 | |
| CN101581232B (zh) | 高压气体冲击破裂煤体瓦斯预抽方法 | |
| CN110410053A (zh) | 基于孔眼支护的煤矿顶板卸压方法 | |
| CN112855061B (zh) | 一种地面瓦斯抽采剪切失效钻井水力切割恢复系统及方法 | |
| CN101701505B (zh) | 套管固孔装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |