CN111119980A - 均匀自卸压增透钻孔方法 - Google Patents

均匀自卸压增透钻孔方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111119980A
CN111119980A CN201911308930.2A CN201911308930A CN111119980A CN 111119980 A CN111119980 A CN 111119980A CN 201911308930 A CN201911308930 A CN 201911308930A CN 111119980 A CN111119980 A CN 111119980A
Authority
CN
China
Prior art keywords
drilling
pressure
drill
pressure water
cutting
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
Application number
CN201911308930.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111119980B (zh
Inventor
张永将
徐遵玉
赵旭生
李成成
陆占金
杨慧明
刘永三
季飞
黄振飞
国林东
徐军见
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd
Original Assignee
CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd filed Critical CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd
Priority to CN201911308930.2A priority Critical patent/CN111119980B/zh
Publication of CN111119980A publication Critical patent/CN111119980A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111119980B publication Critical patent/CN111119980B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
    • E21C41/16—Methods of underground mining; Layouts therefor
    • E21C41/18—Methods of underground mining; Layouts therefor for brown or hard coal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

本发明公开了一种均匀自卸压增透钻孔方法，包括以下步骤S1：驱动钻杆转动并配合低压水钻孔，钻孔完成后停钻，S2：调整钻杆的喷嘴至初始切割位置；3：将钻杆内低压水切换为高压水用于切割煤层，切割过程同步退钻距离L形成割缝槽；S4：将高压水切换为低压水，钻头转动进行排渣；S5：排渣完成后，进钻距离L，钻杆停止转动并调整喷嘴切割位置与上一切割位置中心夹角为α；S6：重复步骤S2至S4直至完成周向切割；S7：退钻距离L并重复步骤S2至S6直至切割至预设位置；本发明在煤层中钻孔周围形成的轴向布置的割缝槽，可同时降低钻孔周围的各个方向的应力水平，对钻孔周围煤层进行均匀卸压，同时可提高煤层透气性，提高钻孔瓦斯抽采效果。

Description

均匀自卸压增透钻孔方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下泄压治理技术领域，特别涉及一种均匀自卸压增透钻孔方法。
背景技术
在煤矿采掘工程中，煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害可能共存于同一矿井或煤层不同区域。为降低高地应力、提高预抽瓦斯效果，采用了钻孔掏穴、深孔爆破、水力化措施及复合措施强化卸压增透，对卸压、增透及提高低透气性取得一定效果。在一些矿井采取上述卸压增透措施后仍出现诱发突出、巷道垮塌等事故，泄压效果欠佳；此外不能对煤层进行均匀卸压增透，无法从根本上保证工作面的安全高效生产。
有鉴于此，本发明的一种顺煤层钻孔割缝卸压增透方法，实现煤层整体卸压和增透，降低了煤层各个方向的应力水平，提高煤层透气性及钻孔瓦斯抽采效果，保障了工作面安全高效回采。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种均匀自卸压增透钻孔方法，实现煤层整体卸压和增透，降低了煤层各个方向的应力水平，提高煤层透气性及钻孔瓦斯抽采效果，保障了工作面安全高效回采。
本发明的均匀自卸压增透钻孔方法，包括以下步骤：
S1：利用高压水力割缝装置驱动钻杆转动并配合低压水钻孔，钻孔完成后停钻，
S2：调整钻杆的喷嘴至初始切割位置；
S3：将钻杆内低压水切换为高压水用于切割煤层，切割过程同步退钻距离L形成割缝槽；
S4：将高压水切换为低压水，钻头转动进行排渣；
S5：排渣完成后，进钻距离L，钻杆停止转动并调整喷嘴切割位置与上一切割位置中心夹角为α；
S6：重复步骤S2至S4直至完成周向切割；
S7：退钻距离L并重复步骤S2至S6直至切割至预设位置；
进一步，步骤S5中α为45°。
进一步，步骤S2中喷嘴初始切割位置的射流方向与煤层层面平行。
进一步，步骤S1中高压水力割缝装置的低压水压力小于15MPa。
进一步，步骤S3中高压水力割缝装置的高压水压力为60～100MPa。
进一步，所述退钻距离L为1-5m。
进一步，所述割缝槽厚度为30-80mm、深度为1-3m。
进一步，步骤S3中退钻速度为0.1-0.5m/s。
本发明的有益效果：
本发明在煤层中钻孔周围形成的轴向布置的割缝槽，可同时降低钻孔周围的各个方向的应力水平，对钻孔周围煤层进行均匀卸压，同时可提高煤层透气性，提高钻孔瓦斯抽采效果，保障了工作面安全高效回采；；
本发明通过轴向方向连续相接的若干个L行程的割缝操作，形成在轴向方向连续的割缝槽，其兼顾了割缝效果以及排渣效果，防止在切割过程中的卡钻现象，提高切割效率并降低切割过程中的故障率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为割缝结构示意图；
图2为图1的A-A剖视结构示意图；
图3为初始割缝结构示意图；
图4为相对初始位置旋转45°后割缝结构示意图；
图5为相对初始位置旋转90°后割缝结构示意图；
图6为相对初始位置旋转135°后割缝结构示意图；
具体实施方式
图1为割缝结构示意图；图2为图1的A-A剖视结构示意图；图3为初始割缝结构示意图；图4为相对初始位置旋转45°后割缝结构示意图；图5为相对初始位置旋转90°后割缝结构示意图；图6为相对初始位置旋转135°后割缝结构示意图；
本实施例中采用高压水力割缝装置实现钻孔，高压水力割缝装置包括钻机、安装于钻机上的钻杆以及水辫装置，钻机具有钻头用于驱动钻杆转动，钻机还可器驱动钻杆进钻或者退钻，钻杆为中空结构，通过水辫为钻杆提供高压或低压水并，其中钻杆靠近头部的外圆处径向相对开设有一对喷嘴，通过喷嘴喷射高压水用于切割煤层，具体高压水力割缝装置采用现有结构，具体不在赘述；
如图所示，本实施例提供了一种均匀自卸压增透钻孔方法，包括以下步骤：
S1：利用高压水力割缝装置驱动钻杆转动并配合低压水钻孔，钻孔完成后停钻，调整钻杆的喷嘴至初始切割位置；具体为高压水力割缝装置驱动钻杆转动并进钻用于对煤层钻孔，钻孔至预设深度时，用低压水配合钻杆钻孔，防止射流水损伤钻孔内壁，保证钻孔内壁完整性，利于钻孔时的排渣；
S2：调整钻杆的喷嘴至初始切割位置；停钻并调整钻头使得喷嘴位于初始切割位置，其中初始切割位置可人为设定，用喷嘴的射流方向表征喷嘴的切割位置，可设定水平或与水平一任意夹角的射流方向为初始位置；
S3：将钻杆内低压水切换为高压水用于切割煤层，切割过程同步退钻距离L形成割缝槽；钻杆停止后，通过喷嘴喷出的高压射流水切割钻孔内壁，在切割过程中通过水力割缝装置驱动钻杆同步退钻形成沿钻孔轴向方向延伸的割缝槽；通过该结构利于在轴向L距离内形对煤层整体卸压和增透，在该方向降低煤层的应力水平；
S4：将高压水切换为低压水，钻头转动进行排渣；通过低压水利于将切割后的碎渣随着钻杆转动排出，同时可防止射流水损伤钻孔内壁，保证钻孔以及割缝槽的完整性。
S5：排渣完成后，进钻距离L，钻杆停止转动并调整喷嘴切割位置与上一切割位置中心夹角为α；完成上一切割程序后，转动α角度重新进行切割，在与上一个割缝槽中心角α处切割形成新的割缝槽，在该方向降低煤层的应力水平；
S6：重复步骤S2至S4直至完成周向切割；完成周向切割含义为转动若干个α角，完成360°的切割，即在钻孔周向均匀形成若干个割缝槽，在各个方向均降低煤层的应力水平；
S7：退钻距离L并重复步骤S2至S6直至切割至预设位置；预设位置可以为喷嘴完全退出钻孔的位置，或者是喷嘴退至钻孔内的某一位置，具体位置以及实际地质条件确定；退钻L距离继续切割，即接着上一个L距离的割缝槽在轴向方向继续切割，使得每个L距离的割缝槽在轴向方向对接形成连续完整的割缝槽，提高煤层卸压和增透效果。
本实施例中，步骤S5中α为45°。将α设定为45°，即在顺时针或者逆时针方向转动三次即可实现周向的切割，如图2所示，通过四次切割形成米字形的割缝槽结构，利于在周向均匀对煤层卸压和增透，而且兼顾了切割效率，通过较少次数的转动即可实现周向切割，其切割效率高。
本实施例中，步骤S2中喷嘴初始切割位置的射流方向与煤层层面平行。通过与煤层层面平行的初始切割位置可首先对垂直于煤层的方向进行泄压，可减小泄压过程中的安全隐患。
本实施例中，步骤S1中高压水力割缝装置的低压水压力小于15MPa。步骤3中高压水力割缝装置的高压水压力为60～100MPa。通过该范围内高压水压可形成良好的切割效果并利于控制切割的颗粒大小，结合该范围内的低压水压利于排渣。
本实施例中，所述退钻距离L为1-5m。通过钻孔深度确定该退钻距离，本实施例优选L为3m，通过该退钻距离的设定，可将每次切割形成的割缝槽轴向长度控制在一定范围内，即保证泄压的效果，也保证煤层内部结构的稳定性，也利于排渣。
本实施例中，所述割缝槽厚度为30-80mm、深度为1-3m。本实施例优选割缝槽厚度为50mm，深度为2m；结合图3所示，割缝槽的深度为该割缝槽水平方向的尺寸，割缝槽的厚度为该割缝槽竖向方向的尺寸，依据不同的煤层地质条件可选用相适配的高压水压力，使得割缝槽深度控制于1-3m内，通过控制喷嘴的大小控制割缝槽的厚度，通过该尺寸的割缝槽，即保证良好的泄压效果，同时保证煤层的稳定性。
本实施例中，步骤S3中退钻速度为0.1-0.5m/s。本实施优选退钻速度为0.2m/s，通过该范围内的退钻速度提高切割效果。
结合图1所示，钻杆1向煤层2内钻进形成钻孔3，本实施例中从内向外进行了六次切割循环，形成六组轴向距离为L的割缝槽，结合图2所示，各组割缝槽形成了轴向方向连续贯通的呈米字形的槽体结构；
结合图3所示，在初始切割时，调整喷嘴4的射流方向与煤层层面平行，本实施例中煤层的层面为水平方向，此时的割缝槽5水平延伸，此割缝槽切割完成并排渣后，如图4所示，喷嘴顺时针转动45°，在该L行程内进行下一个割缝槽的切割操作，此时形成的割缝槽与初始的割缝槽中心角呈45°，此割缝槽切割完成并排渣后，如图5所示，喷嘴顺时针继续转动45°，在该L行程内进行下一个割缝槽的切割操作，此时形成的割缝槽与初始的割缝槽中心角呈90°，此割缝槽切割完成并排渣后，如图6所示，喷嘴顺时针转动45°在该L行程内进行下一个割缝槽的切割操作，此时形成的割缝槽与初始的割缝槽中心角呈135°，该割缝槽切割完成后，形成了该L行程内的米字形割缝槽的切割；然后退钻L距离，进行下一个L行程内的割缝槽的切割，依次类推直至切割至预定位置。本发明在煤层中钻孔周围形成的轴向布置的割缝槽，可同时降低钻孔周围的各个方向的应力水平，对钻孔周围煤层进行均匀卸压，同时可提高煤层透气性，提高钻孔瓦斯抽采效果；
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：利用高压水力割缝装置驱动钻杆转动并配合低压水钻孔，钻孔完成后停钻，
S2：调整钻杆的喷嘴至初始切割位置；
S3：将钻杆内低压水切换为高压水用于切割煤层，切割过程同步退钻距离L形成割缝槽；
S4：将高压水切换为低压水，钻头转动进行排渣；
S5：排渣完成后，进钻距离L，钻杆停止转动并调整喷嘴切割位置与上一切割位置中心夹角为α；
S6：重复步骤S2至S4直至完成周向切割；
S7：退钻距离L并重复步骤S2至S6直至切割至预设位置；
2.根据权利要求1所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：步骤S5中α为45°。
3.根据权利要求1所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：步骤S2中喷嘴初始切割位置的射流方向与煤层层面平行。
4.根据权利要求1所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：步骤S1中高压水力割缝装置的低压水压力小于15MPa。
5.根据权利要求1所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：步骤S3中高压水力割缝装置的高压水压力为60～100MPa。
6.根据权利要求1所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：所述退钻距离L为1-5m。
7.根据权利要求5所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：所述割缝槽厚度为30-80mm、深度为1-3m。
8.根据权利要求1所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：步骤S3中退钻速度为0.1-0.5m/s。
CN201911308930.2A 2019-12-18 2019-12-18 均匀自卸压增透钻孔方法 Active CN111119980B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911308930.2A CN111119980B (zh) 2019-12-18 2019-12-18 均匀自卸压增透钻孔方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911308930.2A CN111119980B (zh) 2019-12-18 2019-12-18 均匀自卸压增透钻孔方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111119980A true CN111119980A (zh) 2020-05-08
CN111119980B CN111119980B (zh) 2021-08-17

Family

ID=70499522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911308930.2A Active CN111119980B (zh) 2019-12-18 2019-12-18 均匀自卸压增透钻孔方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111119980B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114000873A (zh) * 2021-10-20 2022-02-01 中煤科工开采研究院有限公司 一种煤层钻切冲一体化设备及其扩孔方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU877071A1 (ru) * 1980-01-11 1981-10-30 Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Горного Дела Им. А.А.Скочинского Способ дегазации угольных пластов
CN104563990A (zh) * 2015-01-06 2015-04-29 中国矿业大学 一种钻冲割一体化与注热协同强化煤层瓦斯抽采方法
CN105422069A (zh) * 2015-11-30 2016-03-23 中国矿业大学 一种高瓦斯突出煤层“钻-冲-割”耦合卸压增透方法
CN107575204A (zh) * 2017-10-26 2018-01-12 重庆大学 一种煤矿井下割缝保压导向压裂增透方法
CN108086901A (zh) * 2017-12-12 2018-05-29 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种穿层钻孔网状割缝增透方法
CN108331609A (zh) * 2018-01-22 2018-07-27 中煤科工集团重庆研究院有限公司 顺层钻孔割缝卸压增透方法
CN109653722A (zh) * 2019-01-21 2019-04-19 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种煤层水力割缝与下筛管联动的抽采瓦斯装置及方法
CN110145233A (zh) * 2019-04-03 2019-08-20 山东唐口煤业有限公司 一种冲击地压煤层“钻-割-压-抽-注”多灾害协同防治方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU877071A1 (ru) * 1980-01-11 1981-10-30 Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Горного Дела Им. А.А.Скочинского Способ дегазации угольных пластов
CN104563990A (zh) * 2015-01-06 2015-04-29 中国矿业大学 一种钻冲割一体化与注热协同强化煤层瓦斯抽采方法
CN105422069A (zh) * 2015-11-30 2016-03-23 中国矿业大学 一种高瓦斯突出煤层“钻-冲-割”耦合卸压增透方法
CN107575204A (zh) * 2017-10-26 2018-01-12 重庆大学 一种煤矿井下割缝保压导向压裂增透方法
CN108086901A (zh) * 2017-12-12 2018-05-29 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种穿层钻孔网状割缝增透方法
CN108331609A (zh) * 2018-01-22 2018-07-27 中煤科工集团重庆研究院有限公司 顺层钻孔割缝卸压增透方法
CN109653722A (zh) * 2019-01-21 2019-04-19 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种煤层水力割缝与下筛管联动的抽采瓦斯装置及方法
CN110145233A (zh) * 2019-04-03 2019-08-20 山东唐口煤业有限公司 一种冲击地压煤层“钻-割-压-抽-注”多灾害协同防治方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEI YANG ，ET AL: "Optimal coal discharge of hydraulic cutting inside coal seams for stimulating gas production: A case study in Pingmei coalfield", 《JOURNAL OF NATURAL GAS SCIENCE AND ENGINEERING》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114000873A (zh) * 2021-10-20 2022-02-01 中煤科工开采研究院有限公司 一种煤层钻切冲一体化设备及其扩孔方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111119980B (zh) 2021-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110617044B (zh) 一种超高压水射流割缝系统及其使用方法
CN106320985B (zh) 煤层高压水射流冲‑钻‑扩‑割一体化增透装置及其方法
CN111255454A (zh) 一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法
CN111322048B (zh) 一种坚硬顶板冲击地压分段控向压裂治理方法
CN102094668B (zh) 上抽巷高压水力掏穴卸压消突方法
CN103924925B (zh) 一种水力喷射自进式钻孔增加煤层透气性方法及装置
CN104131832A (zh) 一种高瓦斯煤层冲割压抽一体化的卸压增透瓦斯抽采方法
CN110195580B (zh) 一种气液两相联合作用煤层增透方法
CN110685683A (zh) 一种前混式磨料水射流定向切割顶板的放顶装置及方法
CN105298421B (zh) 连续管磨料射流限速旋转切割工具
CN112855155B (zh) 一种沿空留巷厚硬顶板分段定向水力压裂方法
CN111119980B (zh) 均匀自卸压增透钻孔方法
CN113914818A (zh) 一种瓦斯抽采失效钻孔封孔段二次注浆修复方法
CN110529134A (zh) 用于土压平衡盾构机的高压水力辅助掘进刀盘
CN203145829U (zh) 基于锚索钻机的小孔径钻孔与水力割缝一体化装置
CN114000826A (zh) 一种利用超前预混合脉冲磨料水射流破煤增透装置及方法
CN113389548B (zh) 一种煤矿回采工作面快速通过无煤区的方法
CN208416512U (zh) 一种钻冲压一体化装置
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
CN204572026U (zh) 一种多功能锚杆装置
CN205297592U (zh) 一种tbm掘进隧洞掌子面前方高应力风险解除装置及结构
CN107575164A (zh) 一种随钻条件下的高压水力径向钻进导向装置及方法
CN115680496A (zh) 一种提高煤层钻孔扩孔效率的装置和方法
CN113622925B (zh) 一种高压水冲孔冻结膨胀破岩tbm刀盘及其使用方法
CN210134806U (zh) 煤层瓦斯抽采钻孔修复设备

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