CN110344758A - 一种高瓦斯极松软煤层瓦斯抽采钻孔的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高瓦斯极松软煤层瓦斯抽采钻孔的施工方法，先在开设大钻孔内塞入环形气囊，接着换上小钻头继续钻进；当发生喷孔现象时，对环形气囊进行充气，使其分别与中空钻杆和大钻孔的孔壁压紧接触并产生摩擦力；此时瓦斯抽排装置通过抽排管与中空钻杆连接开始抽采，使瓦斯及部分粒径较小的煤粉会通过气孔进入中空钻杆并到达煤粉过滤室，筛网对瓦斯与煤粉进行分离，煤粉被留在煤粉过滤室内，而瓦斯到达瓦斯抽排装置被抽排到指定位置收集；持续抽采直至消除喷孔现象。在发生喷孔现象时，对钻孔进行封堵防止瓦斯及煤粉从钻孔中喷出到巷道内，然后对钻孔内的瓦斯及煤粉进行分离抽采，直至消除喷孔现象，从而保证巷道内施工设备及人员的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种瓦斯抽采钻孔的施工方法，具体是一种高瓦斯极松软煤层瓦斯抽采钻孔的施工方法。
背景技术
我国煤炭资源丰富，作为我国主要能源使用，在能源结构体系中占据重要位置。在煤炭开采过程中，可能会发生瓦斯突出事故，需要对即将开采的区域进行有效的卸压，待即将开采的区域条件符合要求时，才能布置工作面，进行回采工作。当前，我国普遍采用开采保护层或瓦斯抽采的方法来治理矿井瓦斯灾害。在高瓦斯极松软煤层瓦斯治理中，瓦斯抽采是煤层卸压最有效和可行的技术手段，不但能够有效降低待开采区域的煤层瓦斯压力，还能够抽采得到较高浓度的瓦斯，实现瓦斯的资源化利用，将瓦斯变成一种可利用的清洁能源。然而其煤层硬度太低，极易形成粉末状，在高瓦斯压力的作用下，钻头一见煤就会发生瓦斯喷孔甚至突出事故，所以顺层钻孔技术并不适用于高瓦斯极松软煤层，而要采用底板巷穿层钻孔的施工方法，当钻头穿过整个煤层，进入顶板不小于0.5m时，停止施工，进行封孔，同时连接抽采系统，进行瓦斯抽采。
在高瓦斯极松软煤层穿层钻孔施工过程中，当钻孔从岩层揭露到煤层时，会发生喷孔现象，导致巷道中局部区域瓦斯浓度异常升高，严重时喷出的煤粉会掩埋机器，造成矿井大面积停工，因此，要想实现高瓦斯极松软煤层穿层钻孔顺利施工，就必须解决钻孔揭煤即喷的问题。目前，国内已经提出相关的技术及装置来解决喷孔问题，如专利号CN201510923415.0的发明，通过防喷孔装置将喷出的煤与瓦斯进行集中收集，并通过负压将煤与瓦斯进行分离，但是其只适用于煤与瓦斯喷出量较小的钻孔，由于高瓦斯极松软煤层的煤质松软，在发生喷孔时喷出的瓦斯及煤粉量大，如在某煤矿调查发现，当钻孔直径为87mm时，其喷出粉煤量能达到80吨，因此现有的装置难以及时处理，从而会对施工设备及人员的安全性造成影响。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高瓦斯极松软煤层瓦斯抽采钻孔的施工方法，在钻进到煤层发生喷孔现象时，能立即对钻孔进行封堵防止瓦斯及煤粉从钻孔中喷出到巷道内，然后对钻孔内的瓦斯及煤粉进行分离抽采，直至消除喷孔现象，从而保证巷道内施工设备及人员的安全性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高瓦斯极松软煤层瓦斯抽采钻孔的施工方法，该方法的具体步骤为：
A、探测钻孔位置与煤层之间的岩层厚度及扩孔：通过已知的勘探方法对所需钻孔的岩壁(即底抽巷道的岩壁)与煤层之间的岩层厚度进行探测；在中空钻杆端部安装Φ132mm的钻头Ⅰ，用钻头Ⅰ在岩壁上开出一个深度为1m的大钻孔，然后退出钻头Ⅰ，将环形气囊塞入大钻孔内，并通过O型环使环形气囊沿大钻孔的孔壁环形布置，所述中空钻杆的圆周面开设多个气孔；
B、瓦斯抽采钻孔的钻进：将钻头Ⅰ从中空钻杆端部拆下并安装Φ87mm的钻头Ⅱ，将钻头Ⅱ穿过环形气囊中部形成的通孔，然后沿着大钻孔的方向继续进行钻孔施工，在钻孔过程中根据步骤A探测的岩层厚度和钻孔中流出的水煤渣颜色分辨钻头Ⅱ是否已经穿过岩层进入煤层，当钻头Ⅱ进入煤层后并发生喷孔现象时，立即停止钻头Ⅱ的钻进；
C、环形气囊充气：开启充气装置通过充气管向环形气囊中注入高压气体，并通过装在充气管上的压力表观察环形气囊内的气压，环形气囊膨胀后充满整个大钻孔、使其分别与中空钻杆和大钻孔的孔壁压紧接触并产生摩擦力，此时在大钻孔外部的环形气囊与中空钻杆接触的位置涂抹表面活化剂，若涂抹的表面活化剂有气泡产生，则说明环形气囊与中空钻杆之间留有间隙，则继续保持充气装置工作，直至表面活化剂无气泡产生或通过压力表观察环形气囊内部的压力值达到环形气囊的最大承受压力值时停止充气装置工作；若涂抹的表面活化剂无气泡产生，则说明环形气囊与中空钻杆之间无间隙，停止充气装置并保持环形气囊内的气体压力，对大钻孔完成封堵瓦斯的施工；
D、抽排瓦斯：将中空钻杆与钻机的连接端分离，并将第一抽排管的一端与中空钻杆的该端连通，第一抽排管的另一端与煤粉过滤室的一端连通，煤粉过滤室的另一端通过第二抽排管与瓦斯抽排装置连通，煤粉过滤室与第二抽排管的连接处装有筛网；开启瓦斯抽排装置，由于从煤层沿着钻孔喷出的瓦斯在大钻孔处受到环形气囊的封堵，中空钻杆内部处于负压，此时瓦斯及部分粒径小于气孔的煤粉经过气孔进入中空钻杆内，再经第一抽排管进入煤粉过滤室内，在煤粉过滤室内，瓦斯经过筛网进入第二抽排管并达到瓦斯抽排装置，煤粉无法通过筛网被留在煤粉过滤室内；持续进行瓦斯抽采，当抽采的瓦斯浓度降低至60％且趋于稳定后，说明喷孔现象结束，将充气装置与环形气囊断开连接，并使环形气囊内的高压气体排出，此时环形气囊的中部重新形成通孔，中空钻杆与环形气囊之间无压力作用；
E、清理钻杆及钻孔：断开中空钻杆与第一抽排管的连接，将注水泵与中空钻杆的端部连接，向中空钻杆注水清理中空钻杆及钻孔中的煤粉，注水一段时间后将注水泵与中空钻杆断开连接，使钻孔及中空钻杆内的水煤混合物流出，然后再次将注水泵与中空钻杆连接，如此循环往复多次后，完成中空钻杆及钻孔内的煤粉清理过程；
F、继续钻孔：将中空钻杆与钻机相连，继续在煤层中钻进，若再次出现喷孔现象，则重复步骤C至E，直至钻孔穿透煤层全厚、并进入顶板不小于0.5m后停止钻进；
G、钻孔封孔：将中空钻杆从钻孔中退出，并拆除环形气囊，最后使用普通水泥和高效水泥以泥浆泵压力注浆方式进行封孔。
进一步，所述充气装置为高压气泵。
进一步，所述筛网为双层，且每层筛网均为1500目。
与现有技术相比，本发明先在所需钻孔的岩壁上开设大钻孔，然后在大钻孔内塞入环形气囊，接着换上直径较小的钻头穿过未充气的环形气囊中心通孔沿着大钻孔向煤层钻进，在钻孔达到煤层后发生喷孔现象时停止钻进；此时对环形气囊进行充气，使其分别与中空钻杆和大钻孔的孔壁压紧接触并产生摩擦力，并检测其与中空钻杆和大钻孔的孔壁的气密性，若达到要求保持环形气囊的压力值，喷孔现象产生的煤粉及瓦斯被封堵在大钻孔内；此时瓦斯抽排装置及煤粉过滤室通过抽排管与中空钻杆连接，使中空钻杆内部产生负压，钻孔内的瓦斯及部分粒径较小的煤粉会通过气孔进入中空钻杆内，粒径较大的煤粉留在钻孔内，完成瓦斯与煤粉的一次分离；然后瓦斯及部分粒径较小的煤粉随着抽排管到达煤粉过滤室，通过筛网对瓦斯与煤粉进行二次分离，煤粉被留在煤粉过滤室内，而瓦斯经过瓦斯抽排装置被抽排到指定容器内收集；持续抽采直至喷孔现象结束，拆卸抽排管及使环形气囊内的高压气体排出；然后恢复钻孔的钻进工作。因此本发明在钻进到煤层发生喷孔现象时，能立即对钻孔进行封堵防止瓦斯及煤粉从钻孔中喷出到巷道内，然后对钻孔内的瓦斯及煤粉进行分离抽采，直至消除喷孔现象，从而保证巷道内施工设备及人员的安全性。
附图说明
图1是本发明的施工流程图；
图2是本发明中的瓦斯抽排实施示意图；
图3是本发明的中空钻杆结构示意图。
图中：1-环形气囊，2-岩层，3-煤层，4-中空钻杆，5-气孔，6-充气管，7-压力表，8-充气装置，9-第一抽排管，10-第二抽排管，11-瓦斯抽排装置，12-筛网，13-煤粉过滤室，14-O型环。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步说明。
如图所示，本发明的具体步骤为：
A、探测钻孔位置与煤层3之间的岩层厚度及扩孔：通过已知的勘探方法对所需钻孔的岩壁(即底抽巷道的岩壁)与煤层3之间的岩层厚度进行探测；在中空钻杆4端部安装Φ132mm的钻头Ⅰ，用钻头Ⅰ在岩壁上开出一个深度为1m的大钻孔，然后退出钻头Ⅰ，将环形气囊1塞入大钻孔内，并通过O型环14使环形气囊1沿大钻孔的孔壁环形布置，所述中空钻杆4的圆周面开设多个气孔5；
B、瓦斯抽采钻孔的钻进：将钻头Ⅰ从中空钻杆4端部拆下并安装Φ87mm的钻头Ⅱ，将钻头Ⅱ穿过环形气囊1中部形成的通孔，然后沿着大钻孔的方向继续进行钻孔施工，在钻孔过程中根据步骤A探测的岩层厚度和钻孔中流出的水煤渣颜色分辨钻头Ⅱ是否已经穿过岩层2进入煤层3，当钻头Ⅱ进入煤层3后并发生喷孔现象时，立即停止钻头Ⅱ的钻进；
C、环形气囊1充气：开启充气装置8通过充气管6向环形气囊1中注入高压气体，并通过装在充气管6上的压力表7观察环形气囊1内的气压，环形气囊1膨胀后充满整个大钻孔、使其分别与中空钻杆4和大钻孔的孔壁压紧接触并产生摩擦力，此时在大钻孔外部的环形气囊1与中空钻杆4接触的位置涂抹表面活化剂，若涂抹的表面活化剂有气泡产生，则说明环形气囊1与中空钻杆4之间留有间隙，则继续保持充气装置8工作，直至表面活化剂无气泡产生或通过压力表7观察环形气囊1内部的压力值达到环形气囊1的最大承受压力值时停止充气装置8工作；若涂抹的表面活化剂无气泡产生，则说明环形气囊1与中空钻杆4之间无间隙，停止充气装置8并保持环形气囊1内的气体压力，对大钻孔完成封堵瓦斯的施工；
D、抽排瓦斯：将中空钻杆4与钻机的连接端分离，并将第一抽排管9的一端与中空钻杆4的该端连通，第一抽排管9的另一端与煤粉过滤室13的一端连通，煤粉过滤室13的另一端通过第二抽排管10与瓦斯抽排装置11连通，煤粉过滤室13与第二抽排管10的连接处装有筛网12；开启瓦斯抽排装置11，由于从煤层3沿着钻孔喷出的瓦斯在大钻孔处受到环形气囊1的封堵，中空钻杆4内部处于负压，此时瓦斯及部分粒径小于气孔的煤粉经过气孔5进入中空钻杆4内，再经第一抽排管9进入煤粉过滤室13内，在煤粉过滤室13内瓦斯经过筛网12进入第二抽排管10并达到瓦斯抽排装置11，煤粉无法通过筛网12被留在煤粉过滤室13内；持续进行瓦斯抽采，当抽采的瓦斯浓度降低至60％且趋于稳定后，说明喷孔现象结束，将充气装置8与环形气囊1断开连接，并使环形气囊1内的高压气体排出，此时环形气囊1的中部重新形成通孔，中空钻杆4与环形气囊1之间无压力作用；
E、清理钻杆及钻孔：断开中空钻杆4与第一抽排管9的连接，将注水泵与中空钻杆4的端部连接，向中空钻杆4注水清理中空钻杆4及钻孔中的煤粉，注水一段时间后将注水泵与中空钻杆4断开连接，使钻孔及中空钻杆4内的水煤混合物流出，然后再次将注水泵与中空钻杆4连接，如此循环往复多次后，完成中空钻杆及钻孔内的煤粉清理过程；
F、继续钻孔：将中空钻杆4与钻机相连，继续在煤层3中钻进，若再次出现喷孔现象，则重复步骤C至E，直至钻孔穿透煤层全厚、并进入顶板不小于0.5m后停止钻进；
G、钻孔封孔：将中空钻杆4从钻孔中退出，并拆除环形气囊，最后使用普通水泥和高效水泥以泥浆泵压力注浆方式进行封孔。
上述的瓦斯抽排装置11为现有设备。
进一步，所述充气装置8为高压气泵。
进一步，所述筛网12为双层，且每层筛网12均为1500目。采用双层及1500目结构，能有效使粒径较小的煤粉留在煤粉过滤室13内，保证达到瓦斯抽排装置11的瓦斯内尽可能的不含杂质。
Claims (3)
1.一种高瓦斯极松软煤层瓦斯抽采钻孔的施工方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
A、探测钻孔位置与煤层之间的岩层厚度及扩孔：通过已知的勘探方法对所需钻孔的岩壁与煤层之间的岩层厚度进行探测；在中空钻杆端部安装Φ132mm的钻头Ⅰ，用钻头Ⅰ在岩壁上开出一个深度为1m的大钻孔，然后退出钻头Ⅰ，将环形气囊塞入大钻孔内，并通过O型环使环形气囊沿大钻孔的孔壁环形布置，所述中空钻杆的圆周面开设多个气孔；
B、瓦斯抽采钻孔的钻进：将钻头Ⅰ从中空钻杆端部拆下并安装Φ87mm的钻头Ⅱ，将钻头Ⅱ穿过环形气囊中部形成的通孔，然后沿着大钻孔的方向继续进行钻孔施工，在钻孔过程中根据步骤A探测的岩层厚度和钻孔中流出的水煤渣颜色分辨钻头Ⅱ是否已经穿过岩层进入煤层，当钻头Ⅱ进入煤层后并发生喷孔现象时，立即停止钻头Ⅱ的钻进；
C、环形气囊充气：开启充气装置通过充气管向环形气囊中注入高压气体，并通过装在充气管上的压力表观察环形气囊内的气压，环形气囊膨胀后充满整个大钻孔、使其分别与中空钻杆和大钻孔的孔壁压紧接触并产生摩擦力，此时在大钻孔外部的环形气囊与中空钻杆接触的位置涂抹表面活化剂，若涂抹的表面活化剂有气泡产生，则说明环形气囊与中空钻杆之间留有间隙，则继续保持充气装置工作，直至表面活化剂无气泡产生或通过压力表观察环形气囊内部的压力值达到环形气囊的最大承受压力值时停止充气装置工作；若涂抹的表面活化剂无气泡产生，则说明环形气囊与中空钻杆之间无间隙，停止充气装置并保持环形气囊内的气体压力，对大钻孔完成封堵瓦斯的施工；
D、抽排瓦斯：将中空钻杆与钻机的连接端分离，并将第一抽排管的一端与中空钻杆的该端连通，第一抽排管的另一端与煤粉过滤室的一端连通，煤粉过滤室的另一端通过第二抽排管与瓦斯抽排装置连通，煤粉过滤室与第二抽排管的连接处装有筛网；开启瓦斯抽排装置，由于从煤层沿着钻孔喷出的瓦斯在大钻孔处受到环形气囊的封堵，中空钻杆内部处于负压，此时瓦斯及部分粒径小于气孔的煤粉经过气孔进入中空钻杆内，再经第一抽排管进入煤粉过滤室内，在煤粉过滤室内，瓦斯经过筛网进入第二抽排管并达到瓦斯抽排装置，煤粉无法通过筛网被留在煤粉过滤室内；持续进行瓦斯抽采，当抽采的瓦斯浓度降低至60％且趋于稳定后，说明喷孔现象结束，将充气装置与环形气囊断开连接，并使环形气囊内的高压气体排出，此时环形气囊的中部重新形成通孔，中空钻杆与环形气囊之间无压力作用；
E、清理钻杆及钻孔：断开中空钻杆与第一抽排管的连接，将注水泵与中空钻杆的端部连接，向中空钻杆注水清理中空钻杆及钻孔中的煤粉，注水一段时间后将注水泵与中空钻杆断开连接，使钻孔及中空钻杆内的水煤混合物流出，然后再次将注水泵与中空钻杆连接，如此循环往复多次后，完成中空钻杆及钻孔内的煤粉清理过程；
F、继续钻孔：将中空钻杆与钻机相连，继续在煤层中钻进，若再次出现喷孔现象，则重复步骤C至E，直至钻孔穿透煤层全厚、并进入顶板不小于0.5m后停止钻进；
G、钻孔封孔：将中空钻杆从钻孔中退出，并拆除环形气囊，最后使用普通水泥和高效水泥以泥浆泵压力注浆方式进行封孔。
2.根据权利要求1所述的一种高瓦斯极松软煤层瓦斯抽采钻孔的施工方法，其特征在于，所述充气装置为高压气泵。
3.根据权利要求1所述的一种高瓦斯极松软煤层瓦斯抽采钻孔的施工方法，其特征在于，所述筛网为双层，且每层筛网均为1500目。
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