CN108412537A - 一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，在矿山煤岩的掘进工作面内施工钻孔，通过将机械切割与水力射流扩孔相结合的方法在矿山煤岩内构建洞穴，改善矿山煤岩的渗透性且提高瓦斯的抽采效率，利用机械切割来切削矿山煤岩的岩体，所述用来切割的机械上设置两组高压射流喷头喷射高压水，一组与用来切割的机械钻进方向垂直，另一组与用来切割的机械钻进方向反向平行。本发明所述的工艺可以适用于矿山煤岩中卸压增透、提高瓦斯抽采效率的施工工艺，机械刚形体切割综合高压水射流切割煤岩体扩孔，在此基础上通过高压水射流及其虹吸效应综合排渣，总体提高对煤岩体的切割破坏效率，实现高效扩孔。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯开采技术领域，具体为一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺。
背景技术
我国含煤地层多以侏罗纪和石炭二叠纪为主，大多数煤层属于低透气性松软煤层，许多矿区发生多期隆起、拗陷、褶皱和断裂等活动，在构造挤压和剪切应力作用下地质条件异常复杂，在部分煤质较硬矿区也存在局部结构破坏而形成构造煤发育，表现为煤质松软、煤层渗透性差，原始煤体瓦斯抽采困难。我国含煤地层多以煤层群条件赋存，随着开采强度的增加逐年向深部延伸，进入深部开采后上下煤层逐渐都省级为高突煤层，失去保护层开采条件，深部高地应力和瓦斯压力致使煤岩动力和瓦斯灾害更加严重。
根据《防突规定》，对于高瓦斯与突出煤层，在开采前需要采取区域性瓦斯防治措施，降低煤层瓦斯含量消除其突出危险性，保护层开采和预抽煤层瓦斯是最经济有效的区域性瓦斯治理措施，不具备保护层开采条件的矿区或矿井必须选用底板或顶板岩巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯的区域防突措施，保证煤层掘进时的安全性。
在我国现有的煤炭资源中大部分为突出煤层，此类型的煤层在进行开采前，按照规定都是需对煤层进行瓦斯抽采处理来降低煤层中瓦斯的含量，以保证煤炭开采过程中的操作安全。在我国现行的瓦斯治理手段大部分以煤层抽采为主，而随着煤层开采深度的增加、煤层中的地应力逐步增大，瓦斯开采难度也会逐渐增大，从而造成煤炭资源开采成本的增加、难度增大。
想要提高瓦斯抽采效率，需要提高煤层的透性，大部分矿井为了提高煤层透性所采用的方法是卸压增透的方法。现有的卸压增透工艺主要包括煤层注水、水力压裂、水力切割、深孔爆破和酸液处理等措施。通过采用这些工艺对煤层卸压增透处理后，再进行瓦斯抽采的时候工作效率有显著的提高，但是这些工艺在实施过程中大多都存在着使用范围受限、操作复杂、附属设备过多、成本太高、施工周期过长或存在一定的安全问题等缺点。所以寻找一种适用范围更广、更高效、更安全的瓦斯抽采工艺，成为急需解决的问题。
根据现阶段煤层卸压增透工艺的使用情况来看，机械扩孔利用机械刚性结构在煤层中旋转实现对煤体的切割，特别在较硬煤层中效果显著。但在使用过程中需控制扩孔进度，不能产生太多煤渣，否则将导致大量煤渣存留在钻孔内无法排出，出现压钻、死钻等情况；水力射流利用高压水经高压射流喷头加速后以高能量冲击煤岩体来实现对煤岩的切割，但由于受到水压与高压射流喷头能力的影响，扩孔的范围很难进一步增加，并且在硬质煤岩中，水力射流并不能达到预期效果。
因此，找到一种解决上述问题的矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，显得尤为重要。
发明内容
为了解决传统瓦斯抽采存在使用范围受限、操作复杂、附属设备过多、成本太高、施工周期过长或存在一定的安全问题等缺点，本发明的目的是提出矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，通过将机械扩孔与水力射流扩孔相结合的新方法，提高卸压增透效果，达到提高瓦斯抽采效率的目的。
本发明为了解决上述问题所采取的技术方案为：
一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，在矿山煤岩的掘进工作面内施工钻孔，通过将机械切割与水力射流扩孔相结合的方法在矿山煤岩内构建洞穴，改善矿山煤岩的渗透性且提高瓦斯的抽采效率，利用机械切割来切削矿山煤岩的岩体，用来切割的机械上设置两组高压射流喷头喷射高压水，一组与用来切割的机械钻进方向垂直，另一组与用来切割的机械钻进方向反向平行。
优选的，所述水力射流扩孔是在机械切割出的钻孔内使用沿机械前进方向喷射高压水以使钻孔内的煤体受到破坏，增加钻孔周围煤体的透气性，快速解吸瓦斯。
优选的，所述矿山煤岩为硬质煤层或松软煤岩，其中在松软煤岩中效果更为显著。
传统上的煤层瓦斯抽采方法中，由于煤层开采存在诸多的危险性和不确定性，开采前的瓦斯抽采施工要求的极为严格，出于施工安全的考虑，除了在机械刚性体切割的基础上还需要综合高压水射流切割煤岩体扩孔，在扩孔的同时使用两组水流方向的高压射流喷头对钻孔周围的煤层进行卸压增透的处理，且上述处理都是同时施工进行的，这样能在最大程度上降低煤层中瓦斯的含量，确保开采施工的安全。
另外，需要说明的是，由于煤层开采的危险性和不确定性，本领域技术人员很难进行其他瓦斯抽采方法的实际实验测试，所以在传统瓦斯抽采方法中，本领域技术人员不可能在存在重大安全隐患的情况下以实验的方法贸然取消两组水流方向的高压射流喷头其中的一组。
本发明的有益效果：
第一、本发明所述的一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，摒弃了传统的公知的卸压增透、提高瓦斯抽采效率的方法，打破了本领域技术人员对卸压增透、提高瓦斯抽采效率方法的传统认知局限，在传统机械切割的基础上增加了水力射流的方法来进一步提高卸压增透的效果；
第二、本发明所述的一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，通过利用机械切割来切削硬质或松软煤岩体，在机械结构上安装不同方向的高压射流喷头喷射高压水，冲击、破坏煤岩体，机械结构上的高压射流喷头分为两个方向，一个方向与用来切割的机械钻进方向垂直，实现在机械结构范围外继续破坏、切割径向煤岩体，增加扩孔范围；
第三、本发明所述的一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，通过利用机械切割来切削硬质或松软煤岩体，同时由于其中一组高压水流方向与用来切割的机械钻进方向反向平行，即向外喷射高压水，实现射流排渣与虹吸效应排渣，相较于传统的钻孔排渣方式，通过本工艺可以提高排渣速度，提高扩孔效率；
综上所述，本发明所述的一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，可以适用于矿山煤岩中卸压增透、提高瓦斯抽采效率的施工工艺，该工艺适用于硬质煤层与松软煤岩，在松软煤岩中效果更为显著，机械刚形体切割综合高压水射流切割煤岩体扩孔，在此基础上通过高压水射流及其虹吸效应综合排渣，总体提高对煤岩体的切割破坏效率，实现高效扩孔。
附图说明
图1为本发明所述的一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺的工作原理示意图；
图中标记：1、密封盖，2、齿轮滑套，3、铰轴A，4、连杆，5、钻具壳体，6、喷头A，7、喷头B，8、刀架。
具体实施方式
结合以下具体实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护范围不局限于以下实施例。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，在矿山煤岩的掘进工作面内施工钻孔，通过将机械切割与水力射流扩孔相结合的方法在矿山煤岩内构建洞穴，改善矿山煤岩的渗透性且提高瓦斯的抽采效率，利用机械切割来切削矿山煤岩的岩体，所述用来切割的机械上设置两组高压射流喷头喷射高压水，一组与用来切割的机械钻进方向垂直，另一组与用来切割的机械钻进方向反向平行。
进一步的，所述水力射流扩孔是在机械切割出的钻孔内使用沿机械前进方向喷射高压水以使钻孔内的煤体受到破坏，增加钻孔周围煤体的透气性，快速解吸瓦斯。
进一步的，所述矿山煤岩为硬质煤层或松软煤岩，其中在松软煤岩中效果更为显著。
工作原理：
矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，在矿山煤岩的掘进工作面内施工钻孔，通过将机械切割与水力射流扩孔相结合的方法在矿山煤岩内构建洞穴，改善矿山煤岩的渗透性且提高瓦斯的抽采效率，利用机械切割来切削矿山煤岩的岩体，所述用来切割的机械上设置两组高压射流喷头喷射高压水，一组与用来切割的机械钻进方向垂直，另一组与用来切割的机械钻进方向反向平行。
以附图1所述的此类型机械扩孔钻头为例进行机械刚性切割与水力切割工艺实施。
机械扩孔钻头结构如附图1所示，通过从钻杆上端通入压力水，密封盖1闭死，压力水推动齿轮滑套2向下滑动，齿轮滑套2向下滑动带动铰轴A3转动，通过齿轮滑套2上外齿条带动连杆4运动，使连杆4张开一定的角度，刀架8开始切割煤体，同时在煤体反作用下，连杆4继续打开至最大限度。此时通入高压水，高压水通过钻具壳体5上内的水道，从喷头A6与喷头B7中射流。喷头A6朝向钻杆方向，向外冲击煤渣，增加排渣效率；喷头B7朝向煤体，在高压水的作用下继续切割煤体，增加扩孔范围，最终提高卸压增透效果，提高瓦斯抽采效率。
以上所述，仅仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做出任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本发明，任何实习本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述所述技术内容做出的些许更动或修饰均为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，在矿山煤岩的掘进工作面内施工钻孔，通过将机械切割与水力射流扩孔相结合的方法在矿山煤岩内构建洞穴，改善矿山煤岩的渗透性且提高瓦斯的抽采效率，其特征在于：利用机械切割来切削矿山煤岩的岩体，用来切割的机械上设置两组高压射流喷头喷射高压水，一组与用来切割的机械钻进方向垂直，另一组与用来切割的机械钻进方向反向平行。
2.如权利要求1所述的一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，其特征在于：所述水力射流扩孔是在机械切割出的钻孔内使用沿机械前进方向喷射高压水以使钻孔内的煤体受到破坏，增加钻孔周围煤体的透气性，快速解吸瓦斯。
3.如权利要求1所述的一种矿山煤岩用煤层卸压增透的工艺，其特征在于：所述矿山煤岩为硬质煤层或松软煤岩。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180817 |