CN108868871A - 水力冲孔后应力快速平衡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种水力冲孔后应力快速平衡方法，用以解决卸压增透容易形成空洞，制约巷道高效掘进和煤层安全开采的问题；在冲孔孔洞内下入抽采筛管，抽采筛管上设置筛网；抽采筛管下部连接封孔管，封孔管设置在抽采钻孔中；封孔管下部连接水平的抽采支管；充填料制备；检验管路是否通畅；注浆封孔；将携带有煤粒的胍胶经混合装置制成携砂液，打开注浆泵通过充填管压入到冲孔孔洞中；通过注浆泵注入二氧化氯破胶剂破胶，交替注携砂液‑破胶剂‑携砂液直至注入设计体积的煤粒；通过注浆泵泵入清水，进行联抽。本发明不降低煤的品质，有效地防止了冲孔孔洞中瓦斯积聚、应力突然释放，增大了钻孔抽采半径，对提高煤层瓦斯抽采率有着显著效果。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采中空洞充填的技术领域，尤其涉及一种水力冲孔后应力快速平衡方法，实现软煤水力冲孔后形成较大孔洞充填防止孔洞瓦斯积聚、应力突然释放以及防止孔洞坍塌维持的孔洞平衡。
背景技术
我国的能源储存现状是“富煤、贫油、少气”，煤炭开采在我国国民经济发展中占有重要地位。但是，我国煤矿瓦斯地质条件十分复杂，煤层瓦斯含量高、渗透率低。矿井瓦斯抽采普遍存在抽采浓度低、流量小、效果差的特点，采掘过程中瓦斯灾害严重。针对这一难题，相继研究出水力割缝、水力冲孔、水力掏槽等一系列卸压增透措施来消除煤层突出的危险性。卸压增透措施通过钻孔排出了大量煤体，增加了煤层内的裂隙通道，提高了煤层透气性，但在煤层内形成空洞，形成潜在的危险源----“瓦斯包”；煤体内部应力分布不均，造成后期采掘过程支护困难，严重制约了巷道的高效掘进和煤层的安全开采。目前，针对采空区以及钻孔进行充填的设备种类较多，基本都为注水泥砂浆或化学制剂，只能起到加固作用，不能进行瓦斯抽采；只能通过在充填钻孔周围重新施工钻孔进行抽采，大大增加了施工量，降低了钻孔的利用率。同时，由于注入了大量非煤物质，会不同程度的降低采掘时煤的品质，影响煤炭销售给后期洗选增加难度。所以，一种既能卸压增透，又可以防止瓦斯积聚、内应力不均，还能保证钻孔的透气性的充填方法及装置对改善煤矿安全生产状况具有重要意义。
发明内容
针对卸压增透容易形成空洞，制约巷道高效掘进和煤层安全开采的技术问题，本发明提出一种水力冲孔后应力快速平衡方法，冲孔后用高携砂能力的胍胶将筛选出强度较高的一二类煤颗粒压入冲孔孔洞中，在保证不降低煤的品质的情况下，有效地防止了冲孔孔洞中瓦斯积聚和应力突然释放，增大钻孔的抽采半径。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种水力冲孔后应力快速平衡方法，其步骤如下：
步骤一：在底抽巷中施工，钻破煤层顶板后得到上行冲孔钻孔；在冲孔钻孔内利用钻冲一体化进行水力冲孔增透，在煤层中形成冲孔孔洞；
步骤二：在冲孔孔洞内下入充填装置的抽采筛管，抽采筛管上设置筛网；抽采筛管下部连接封孔管，封孔管设置在抽采钻孔中，封孔管下部连接水平的抽采支管；
步骤三：充填料制备：选取巷道掘进煤或水力冲孔出煤中一二类煤进行破碎，筛选出5~10目煤粒，放入煤粒仓中；同时，制备胍胶；
步骤四：将与注浆泵连接的充填管的出口设置在冲孔孔洞内的抽采筛管附近，同时检验管路是否通畅；
步骤五：注浆封孔：利用“一堵一注”封孔方法将抽采钻孔与封孔管之间的空隙进行封孔，并封孔至煤层交接面；
步骤六：充填：将携带有煤粒的胍胶经混合装置制成携砂液，打开注浆泵通过充填管压入到冲孔孔洞中，胍胶经筛网、抽采筛管、封孔管排出注入储液箱中，进行循环使用；
步骤七：通过注浆泵注入二氧化氯破胶剂破胶，破胶后排出液体不在进入储液箱，交替注携砂液-破胶剂-携砂液直至注入设计体积的煤粒；
步骤八：通过注浆泵泵入清水，将封孔管的下部接入抽采支管，进行联抽。
所述携砂液中的煤粒为在选取煤矿井下煤层未受破坏、沉积结构清晰或条带结构能够识别的区域，采掘质地坚硬的块煤井下进行破碎，并筛选出5~10目煤粒；所述胍胶为设置在储液罐中0.45%的胍胶，胍胶的体积按砂比为60%计算得出，胍胶与煤粒在混合装置进行充分混合。
所述冲孔孔洞中煤粒的注入设计体积为：，式中，为充填料所需的煤粒体积，为冲孔孔洞冲孔期间所冲出的煤量体积，μ为计算系数，一般取1.3~2。
所述抽采筛管、充填管和封孔管安装前应先探孔，如出现塌孔，用钻机进行顺孔，安装好抽采筛管、充填管和封孔管后，用注浆泵注清水检查抽采筛管、充填管和封孔管是否畅通。
所述携砂液注入冲孔孔洞的体积为总体积的1/3时，注浆泵接入清水洗管，然后通过注浆泵注二氧化氯破胶剂破胶，清水洗管，破胶后排出液体不在进入储液箱，重复以上步骤，交替注携砂液-清水-破胶剂-清水-携砂液直至携砂液全部注入。
所述充填装置包括抽采筛管、封孔管、充填管、储液灌、煤粒仓、混合装置和注浆泵，所述抽采筛管设置在冲孔孔洞内，抽采筛管外侧固定有筛网；所述抽采筛管下部与封孔管相连接，封孔管设置在抽采钻孔中，封孔管下部与设置在底抽巷的抽采支管相连接；所述充填管的出口设置在冲孔孔洞内，充填管上设有注浆泵，充填管下部与混合装置相连接，混合装置分别与储液灌和煤粒仓相连接。
所述筛网为16目的筛网，筛网为圆柱形筛网，筛网的直径大于抽采筛管，筛网的长度为钻孔见煤段长度，筛网两端通过扎带固定在抽采筛管上。
所述充填管固定在距离抽采筛管的端头30-50cm处。
本发明的有益效果：通过冲孔形成较大直径的孔洞，增加有效抽采半径，利用胍胶的高携砂能力将筛选出强度较高的一二类煤颗粒送入冲孔孔洞中，既防止了冲孔后煤层内部应力分布不均匀和冲孔孔洞中“瓦斯包”的形成，又因为充填的是颗粒较大的颗粒煤，对煤储层的污染较小，钻孔的透气性得到保障，也不存在充填其他物质造成煤的品质降低后期洗选困难等问题。本发明在保证不降低煤的品质的情况下，有效地防止了冲孔孔洞中瓦斯积聚、应力突然释放，增大了钻孔抽采半径，对提高煤层瓦斯抽采率有着显著效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的施工布置图。
图2为本发明筛网的结构示意图。
图中，1为冲孔钻孔，2为抽采筛管，3为封孔管，4为充填管，5为筛网，6为扎带，7为注浆管，8为水泥封孔段，9为聚氨酯封孔段，10为抽采支管，11为注浆泵，12为煤粒仓，13为混合装置，14为储液罐，15为底抽巷，16为煤层，17为冲孔孔洞，18为充填煤粒体，19为抽采钻孔，20为钻头，21为钻机，22为冲孔喷嘴，23钻杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种水力冲孔后应力快速平衡方法，其步骤如下：
步骤一：在底抽巷中施工，钻破煤层顶板后得到上行冲孔钻孔；在冲孔钻孔内利用钻冲一体化进行水力冲孔增透，在煤层中形成冲孔孔洞。
步骤二：在冲孔孔洞内下入充填装置的抽采筛管，抽采筛管上设置筛网；抽采筛管下部连接封孔管，封孔管设置在抽采钻孔中，封孔管下部连接水平的抽采支管。
步骤三：充填料制备：选取巷道掘进煤或水力冲孔出煤中一二类煤进行破碎，筛选出5~10目煤粒，放入煤粒仓中；同时，制备胍胶；
携砂液中的煤粒为在选取煤矿井下煤层未受破坏、沉积结构清晰或条带结构能够识别的区域，采掘质地坚硬的块煤井下进行破碎，并筛选出5~10目煤粒；所述胍胶为设置在储液罐中0.45%的胍胶，胍胶的体积按砂比为60%计算得出，胍胶与煤粒在混合装置进行充分混合。
冲孔孔洞中煤粒的注入设计体积为：，式中，为充填料所需的煤粒体积，为冲孔孔洞冲孔期间所冲出的煤量体积，μ为计算系数，一般取1.3~2。
步骤四：将与注浆泵连接的充填管的出口设置在冲孔孔洞内的抽采筛管附近，同时检验管路是否通畅。
抽采筛管、充填管和封孔管安装前应先探孔，如出现塌孔，用钻机进行顺孔，安装好抽采筛管、充填管和封孔管后，用注浆泵注清水检查抽采筛管、充填管和封孔管是否畅通。
步骤五：注浆封孔：利用“一堵一注”封孔方法将抽采钻孔与封孔管之间的空隙进行封孔，并封孔至煤层交接面。
步骤六：充填：将携带有煤粒的胍胶经混合装置制成携砂液，打开注浆泵通过充填管压入到冲孔孔洞中，胍胶经筛网、抽采筛管、封孔管排出注入储液箱中，进行循环使用。
步骤七：通过注浆泵注入二氧化氯破胶剂破胶，破胶后排出液体不在进入储液箱，交替注携砂液-破胶剂-携砂液直至注入设计体积的煤粒。
携砂液注入冲孔孔洞的体积为总体积的1/3时，注浆泵接入清水洗管，然后通过注浆泵注二氧化氯破胶剂破胶，清水洗管，破胶后排出液体不在进入储液箱，重复以上步骤，交替注携砂液-清水-破胶剂-清水-携砂液直至携砂液全部注入。
步骤八：通过注浆泵泵入清水，将封孔管的下部接入抽采支管，进行联抽。
联抽的作用是：为了抽采煤层中的瓦斯，防治煤与瓦斯突出。
本发明充填料是以胍胶为载体，用胍胶的高携砂能力将筛选出强度较高的一二类煤颗粒送入冲孔孔洞中，将筛网筛分出的较高强度的煤粒注入冲孔孔洞中，二氧化氯破胶后煤粒支撑冲孔孔洞，使应力较快的进入平衡状态，并使钻孔有较大的作用半径。防止了冲孔后煤层内部应力分布不均匀和冲孔孔洞中“瓦斯包”的形成，又因为充填的是颗粒较大的颗粒煤，所以对煤储层的污染较小，钻孔的透气性得到保障，也不存在充填其他物质造成煤的品质降低后期洗选困难等问题。
实施例2
如图1和图2所示，一种水力冲孔后应力快速平衡的方法，所述充填装置包括抽采筛管2、封孔管3、充填管4、储液灌14、煤粒仓12、混合装置13和注浆泵11，所述抽采筛管2设置在冲孔孔洞17内，抽采筛管2外侧固定有筛网5；抽采筛管2下部与封孔管3相连接，封孔管3设置在抽采钻孔19中，封孔管3下部与设置在底抽巷15的抽采支管10相连接；所述充填管4的出口设置在冲孔孔洞17内，充填管4上设有注浆泵11，充填管14下部与混合装置13相连接，混合装置13分别与储液灌14和煤粒仓12相连接。
筛网5为16目的筛网，筛网5为圆柱形筛网，筛网5的直径大于抽采筛管2，筛网5的长度为钻孔见煤段长度，筛网5两端通过扎带6固定在抽采筛管2上。
充填管14固定在距离抽采筛管2的端头30-50cm处。离端头太远，空洞上部容易出现充不满，离端头太近，充填管容易顶到顶板堵塞。
其他结构和原理与实施例1相同。
实施例3
如图1和图2所示，一种水力冲孔后应力快速平衡方法，针对松软低渗煤层瓦斯治理，本实例中，主采煤层为二1煤，煤厚3.2m，相对瓦斯含量为16m3/t，瓦斯压力为1.4MPa，其步骤如下：
（1）在底抽巷15中施工上行冲孔钻孔1，当钻头25进入煤层16的顶板后，关停钻机26，接入高压水，高压水经钻杆28到达冲孔喷嘴27进行水力冲孔，形成冲孔孔洞17，并记录出煤量为2.1m3，然后移动钻机26进行下一组抽采钻孔19；
（2）抽采钻孔19钻穿煤层16后，直接退出钻杆28，下入抽采筛管2和封孔管3，用注浆管7进行“一堵一注”封孔，形成聚氨酯封孔段9和水泥浆封孔段8；
（3）充填料制备，巷道掘进或回采时，煤矿井下选取煤层未受破坏、沉积结构清晰或条带结构能够识别的区域，采掘质地坚硬的块煤井下进行破碎，并筛选出5~10目煤粒放入煤粒仓12中，在储液罐14中配置0.45%的胍胶，将1.4m3的煤粒从煤粒仓12输送至混合装置13中，胍胶的体积按砂比为60%计算得出为2.3m3，在混合装置13进行充分搅拌；
（4）将圆柱形16目的筛网5通过两端的铁丝扎带6固定到抽采筛管2上，筛管2和筛网5长度为3m，充填管4固定在距离筛管2的端部0.3m处，用封孔管3将装置下入冲孔钻孔1中，用注浆泵11检验充填管4是否畅通；
（5）注浆封孔，采用“一堵一注”封孔方法，形成水泥封孔段8和聚氨酯封孔段9；
（6）充填，注浆泵11将携带有煤粒的胍胶经混合装置13、充填管4压入到冲孔孔洞17中，胍胶经筛网5、抽采筛管2、封孔管3排出注入储液箱14中进行循环使用；注入1/3时，注浆泵11接入清水洗管，然后注40L二氧化氯破胶剂破胶，清水洗管，破胶后排出液体不在进入储液箱14，重复以上步骤，交替注携砂液-清水-破胶剂-清水-携砂液直至携砂液全部注入；
（7）充填完毕后，注清水将煤粒将破胶后的残余液体冲出，冲孔孔洞17内形成透气较好的煤粒充填体18，使煤层内部应力很快达到平衡，排水后，将封孔管3接入抽采支管10，进行联抽。
其他结构和原理与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种水力冲孔后应力快速平衡方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：在底抽巷中施工，钻破煤层顶板后得到上行冲孔钻孔；在冲孔钻孔内利用钻冲一体化进行水力冲孔增透，在煤层中形成冲孔孔洞；
步骤二：在冲孔孔洞内下入充填装置的抽采筛管，抽采筛管上设置筛网；抽采筛管下部连接封孔管，封孔管设置在抽采钻孔中，封孔管下部连接水平的抽采支管；
步骤三：充填料制备：选取巷道掘进煤或水力冲孔出煤中一二类煤进行破碎，筛选出5~10目煤粒，放入煤粒仓中；同时，制备胍胶；
步骤四：将与注浆泵连接的充填管的出口设置在冲孔孔洞内的抽采筛管附近，同时检验管路是否通畅；
步骤五：注浆封孔：利用“一堵一注”封孔方法将抽采钻孔与封孔管之间的空隙进行封孔，并封孔至煤层交接面；
步骤六：充填：将携带有煤粒的胍胶经混合装置制成携砂液，打开注浆泵通过充填管压入到冲孔孔洞中，胍胶经筛网、抽采筛管、封孔管排出注入储液箱中，进行循环使用；
步骤七：通过注浆泵注入二氧化氯破胶剂破胶，破胶后排出液体不在进入储液箱，交替注携砂液-破胶剂-携砂液直至注入设计体积的煤粒；
步骤八：通过注浆泵泵入清水，将封孔管的下部接入抽采支管，进行联抽。
2.根据权利要求1所述的水力冲孔后应力快速平衡方法，其特征在于，所述携砂液中的煤粒为在选取煤矿井下煤层未受破坏、沉积结构清晰或条带结构能够识别的区域，采掘质地坚硬的块煤井下进行破碎，并筛选出5~10目煤粒；所述胍胶为设置在储液罐中0.45%的胍胶，胍胶的体积按砂比为60%计算得出，胍胶与煤粒在混合装置进行充分混合。
3.根据权利要求1所述的水力冲孔后应力快速平衡方法，其特征在于，所述冲孔孔洞中煤粒的注入设计体积为：，式中，为充填料所需的煤粒体积，为冲孔孔洞冲孔期间所冲出的煤量体积，μ为计算系数，一般取1.3~2。
4.根据权利要求1所述的水力冲孔后应力快速平衡方法，其特征在于，所述抽采筛管、充填管和封孔管安装前应先探孔，如出现塌孔，用钻机进行顺孔，安装好抽采筛管、充填管和封孔管后，用注浆泵注清水检查抽采筛管、充填管和封孔管是否畅通。
5.根据权利要求1所述的水力冲孔后应力快速平衡方法，其特征在于，所述携砂液注入冲孔孔洞的体积为总体积的1/3时，注浆泵接入清水洗管，然后通过注浆泵注二氧化氯破胶剂破胶，清水洗管，破胶后排出液体不在进入储液箱，重复以上步骤，交替注携砂液-清水-破胶剂-清水-携砂液直至携砂液全部注入。
6.根据权利要求1所述的水力冲孔后应力快速平衡方法，其特征在于，所述充填装置包括抽采筛管（2）、封孔管（3）、充填管（4）、储液灌（14）、煤粒仓（12）、混合装置（13）和注浆泵（11），所述抽采筛管（2）设置在冲孔孔洞（17）内，抽采筛管（2）外侧固定有筛网（5）；所述抽采筛管（2）下部与封孔管（3）相连接，封孔管（3）设置在抽采钻孔（19）中，封孔管（3）下部与设置在底抽巷（15）的抽采支管（10）相连接；所述充填管（4）的出口设置在冲孔孔洞（17）内，充填管（4）上设有注浆泵（11），充填管（14）下部与混合装置（13）相连接，混合装置（13）分别与储液灌（14）和煤粒仓（12）相连接。
7.根据权利要求6所述的水力冲孔后应力快速平衡方法，其特征在于，所述筛网（5）为16目的筛网，筛网（5）为圆柱形筛网，筛网（5）的直径大于抽采筛管（2），筛网（5）的长度为钻孔见煤段长度，筛网（5）两端通过扎带（6）固定在抽采筛管（2）上。
8.根据权利要求6或7所述的水力冲孔后应力快速平衡方法，其特征在于，所述充填管（14）固定在距离抽采筛管（2）的端头30-50cm处。
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