CN111237013B - 排水方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种排水方法及装置，排水方法包括：在巷道的煤壁上施工下行钻孔；利用钻杆将增透设备送入所述下行钻孔的预定位置处；将所述下行钻孔内注满水；对所述下行钻孔进行增透作业；向钻杆内注入高压气体，所述高压气体经钻杆与增透设备之间的出风口进入下行钻孔，将下行钻孔内的积水排出。利用本申请不仅可解决现有瓦斯抽采孔内积水排不净的问题，还可实现增透和排水的一体化施工，可极大地提高作业效率和瓦斯抽采效率，节省作业时间，保障矿井安全生产。

Description

排水方法及装置
技术领域
本申请涉及煤矿技术领域，具体涉及一种排水方法及装置。
背景技术
中国95％以上的煤层属于高瓦斯低渗透煤层，瓦斯抽采大都需要打设瓦斯抽采孔。而瓦斯抽采孔在打设过程中，需要向钻孔内注水，作业完成后，瓦斯抽采孔内的积水较多。目前，排水方法主要是依靠抽采负压将钻孔内积水排出的话，由于矿井瓦斯负压抽采系统接入瓦斯抽采孔后的抽采负压一般在13KPa～50KPa之间，只能将垂深在5m左右的积水排出，无法将瓦斯抽采孔内的积水全部排出，容易影响瓦斯抽采效果。
发明内容
有鉴于此，本申请提出一种排水方法及装置，以解决上述技术问题。
本申请提出一种排水方法，其包括：在巷道的煤壁上施工下行钻孔；利用钻杆将增透设备送入所述下行钻孔的预定位置处；将所述下行钻孔内注满水；对所述下行钻孔进行增透作业；向钻杆内注入高压气体，所述高压气体经钻杆与增透设备之间的出风口进入下行钻孔，将下行钻孔内的积水排出。
可选地，在巷道的煤壁上施工下行钻孔包括：在巷道的煤壁上开设钻场；在钻场的煤壁上沿着煤层倾角方向钻设预定深度的一开钻孔；在一开钻孔的孔底施工二开钻孔，所述一开钻孔和二开钻孔形成下行钻孔，其中，所述一开钻孔的孔径大于二开钻孔，所述一开钻孔的孔深小于二开钻孔。
可选地，在一开钻孔的孔底施工二开钻孔之前，还包括：在所述一开钻孔的预定深度处安装护孔管。
可选地，将下行钻孔内的积水排出之后，还包括：将钻杆和增透设备抽出下行钻孔，将护孔管与瓦斯抽采系统连接，开始抽采瓦斯。
可选地，对所述下行钻孔进行增透作业包括：由预定位置处开始增透作业，直至下行钻孔的孔底。
可选地，所述下行钻孔的倾角为-3-10°，所述预定位置为护孔管靠近所述下行钻孔孔底的末端。
本申请还提供一种排水装置，其包括压风机、钻具、增透设备，所述增透设备安设在钻具的钻杆上，增透设备与钻杆之间设置有出风口，所述钻具用于打设下行钻孔，并通过钻杆将增透设备送入所述下行钻孔的预定位置处，所述增透设备用于增透下行钻孔，所述压风机与钻具的钻杆连接，用于向下行钻孔内供入高压气体。
可选地，所述增透设备包括：防爆电池组，以及安装在防爆电池组上的控制板、储能电容器、能量控制器和能量转换器，所述控制板用于接收用户指令；所述防爆电池组安装在钻杆上，用于根据控制板的控制指令升压至预定电压后向储能电容器输出电能，所述储能电容器用于储存电能，所述能量控制器用于当储能电容器储存的电能达到能量控制器的击穿阈值时，将电能传递给能量转换器，能量转换器用于将电能转换为冲击波。
可选地，所述出风口上安装有逆止阀。
可选地，所述钻杆靠近增透设备的末端的外径逐渐变小，形成插接部，所述出风口设置在插接部的侧壁上，增透设备上设置有插接槽，插接部插入插接槽将钻杆与增透设备连接，插接部与插接槽之间形成出风通道，所述出风通道的开口朝向所述下行钻孔的孔口。
本申请提供的排水方法及装置通过施工下行钻孔，对下行钻孔进行注水和增透作业后，立即采用高压风流将下行钻孔内的积水全部排出，不仅可解决现有瓦斯抽采孔内积水排不净的问题，还可实现增透和排水的一体化施工，可极大地提高作业效率和瓦斯抽采效率，节省作业时间，保障矿井安全生产。
附图说明
图1是本申请的排水方法的流程图。
图2是本申请的下行钻孔的结构示意图。
图3是本申请的二开钻孔的结构示意图。
图4是本申请的排水装置的工作示意图。
图5是本申请的钻杆与增透设备的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例，对本申请的技术方案进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
图1示出了本申请的排水方法的流程图，如图1所示，本申请提供的排水方法，其包括：
S10，在巷道的煤壁上施工下行钻孔；
如图2所示，下行钻孔100由靠近地表的位置向远离地表的位置钻设形成的钻孔。
在本实施例中，下行钻孔100的开孔高度为1-1.8m，下行钻孔100沿着煤层倾角方向钻设，倾角为-3-10°。由外径89mm的通缆钻杆完成下行钻孔100施工。
S20，利用钻杆将增透设备送入所述下行钻孔的预定位置处；
将增透设备安装在钻杆的端部，在钻具的辅助下将增透设备和钻杆送入钻孔的预定位置处。
S30，将所述下行钻孔内注满水；
将增透设备送入预定位置处，开始向下行钻孔100内注水，并注满整个下行钻孔100。
S40，对所述下行钻孔进行增透作业；
增透设备开始作业，对下行钻孔预定位置至孔底段，进行增透施工。
S50，向钻杆内注入高压气体，所述高压气体经钻杆与增透设备之间的出风口进入下行钻孔，将下行钻孔内的积水排出。
通过钻杆调整出风口在下行钻孔100内的位置，分段连续将下行钻孔100内的积水排出，直至将下行钻孔内的积水全部排出。
本申请提供的排水方法通过施工下行钻孔，对下行钻孔进行注水和增透作业后，立即采用高压风流将下行钻孔内的积水全部排出，不仅可解决现有瓦斯抽采孔内积水排不净的问题，还可实现增透和排水的一体化施工，可极大地提高作业效率和瓦斯抽采效率，节省作业时间，保障矿井安全生产。
进一步地，S10，在巷道的煤壁上施工下行钻孔包括：
S11，在巷道的煤壁上开设钻场；
S12，在钻场的煤壁上沿着煤层倾角方向钻设预定深度的一开钻孔；
如图3所示，在本实施例中，一开钻孔101的孔深为6-9m，孔径约为153mm。
S13，在一开钻孔的孔底施工二开钻孔，所述一开钻孔和二开钻孔形成下行钻孔。
其中，所述一开钻孔的孔径大于二开钻孔，所述一开钻孔的孔深小于二开钻孔。
在本实施例中，二开钻孔102的孔径约为133m，钻孔深度≤100m。
通过二开方式施工下行钻孔100，可方便后续护孔管的安设，避免孔口坍塌。
进一步地，S13，在一开钻孔的孔底施工二开钻孔之前，还包括：
在所述一开钻孔101的预定深度处安装护孔管103。
所述护孔管103的外径小于一开钻孔的孔径，且大于二开钻孔的孔径。
在本实施例中，护孔管103可采用外径为139.7mm的DN125的非金属管材，采用速凝水泥浆或马丽散将护孔管103与煤壁进行固化。
通过设置护孔管103，不仅可避免孔口坍塌，还可方便与瓦斯抽采系统连接，方便瓦斯抽采。
在一个具体实施例中，护孔管103上安设有与瓦斯抽采系统连接的活套法兰盘，以进一步地方便与瓦斯抽采系统连接。
优选地，将下行钻孔内的积水排出之后，还包括：
将钻杆和增透设备抽出下行钻孔，将护孔管与瓦斯抽采系统连接，开始抽采瓦斯，以保证瓦斯的顺利抽采，进一步地提高瓦斯抽采效率。
可选地，S40，对所述下行钻孔进行增透作业包括：由预定位置处开始增透作业，直至下行钻孔的孔底。
在本实施例中，所述预定位置为护孔管靠近所述下行钻孔孔底的末端。
即，增透设备由护孔管103的末端一直增透至下行钻孔100的孔底，可保证下行钻孔100的增透效果，以便更好地抽采瓦斯。
基于同一发明构思，本申请还提供一种排水装置，如图4-5所示，其包括压风机200、钻具300、增透设备400。
所述增透设备400安设在钻具300的钻杆310上，增透设备400与钻杆310之间设置有出风口320。
所述钻具300用于打设下行钻孔100，并通过钻杆310将增透设备400送入所述下行钻孔100的预定位置处。
所述增透设备400用于增透下行钻孔100，所述压风机200与钻具300的钻杆310连接，用于向下行钻孔100内供入高压气体。
本申请提供的排水装置通过钻具施工下行钻孔，并采用钻杆将增透设备下入下行钻孔内，对下行钻孔进行注水和增透作业后，立即采用高压风流将下行钻孔内的积水全部排出，不仅可解决现有瓦斯抽采孔内积水排不净的问题，还可实现增透和排水的一体化施工，可极大地提高作业效率和瓦斯抽采效率，节省作业时间，保障矿井安全生产。
进一步地，排水装置还包括高压胶管210，压风机200可采用高压胶管210与钻杆310连接，高压胶管210上设置有阀门，通过阀门控制高压气体的通断。
在一个具体实施例中，压风机200采用矿用防爆空气压缩机，其可提供风压3～5±0.5MPa，高压胶管210为矿用孔径为75mm的单层编丝胶管，工作压力约为2.5MPa。
较佳地，增透设备400包括：防爆电池组，以及安装在防爆电池组上的控制板、储能电容器、能量控制器和能量转换器。
所述控制板用于接收用户指令，例如设定工作时间、作业参数和记录充放电次数及充放电电压等。
所述防爆电池组安装在钻杆上，用于根据控制板的控制指令升压至预定电压后向储能电容器输出电能。
在本实施例中，防爆电池组可采用矿用防爆锂离子电池组，额定电压为110V，额定电流为8Ah。
所述储能电容器用于储存电能，在本实施例中，储能量为6μF(微法)。
所述能量控制器用于当储能电容器储存的电能达到能量控制器的击穿阈值(≥30Kv)时，将电能传递给能量转换器。
能量转换器用于将电能转换为冲击波。高电压(≥30Kv)在能量转换器的窗口410处短路放电，形成冲击波。
冲击波以下行钻孔100内的水为介质，与煤层进行耦合后对煤体做功，冲击波产生频率为0.5次/min。根据设计参数，一次入孔可完成100～500次冲击。
增透设备400通过循环工作多次，完成增透作业。
在一个具体实施例中，增透设备400产生的冲击波冲量为180±30MPa，冲击波的脉宽小于50μs(±10μs)，虽然冲击波的冲量很高，但是其脉宽很短，可以不破坏下行钻孔100，保证下行钻孔100的结构稳定性，又能达到对煤体做功，在煤体中创造裂隙，达到疏通瓦斯渗流通道的目的。
增透设备400工作前，可在进入下行钻孔100之前，输入定时工作时间、工作参数等数值。
进一步地，所述出风口320上安装有逆止阀，可防止增透设备400在推送入下行钻孔以及增透作业时杂质窜入钻杆310内堵塞出风口320，保证排水的顺利进行。
进一步地，如图5所示，钻杆310靠近增透设备400的末端的外径逐渐变小，形成插接部311，所述出风口320设置在插接部的侧壁上。在本实施例中，出风口320有多个，均匀布设在插接部的周向侧壁上，即钻杆的杆壁上。
增透设备400上设置有插接槽420，插接槽420由槽底至槽口的方向逐渐变宽，插接部311插入插接槽420将钻杆310与增透设备400连接，插接部311与插接槽420之间形成出风通道330，出风通道330的宽度也由插接槽420槽底至槽口的方向逐渐变宽。所述出风通道330的开口朝向所述下行钻孔100的孔口。
通过设置出风通道330，当钻杆310内有高压风流时，可控制高压风流沿钻杆310的后方周向喷射，更好地进行排水。
以上，结合具体实施例对本申请的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本申请的思想。本领域技术人员在本申请具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本申请保护范围之内。

Claims (9)

1.一种排水方法，其特征在于，包括：
在巷道的煤壁上施工下行钻孔；
利用钻杆将增透设备送入所述下行钻孔的预定位置处；
将所述下行钻孔内注满水；
对所述下行钻孔进行增透作业；
向钻杆内注入高压气体，所述高压气体经钻杆与增透设备之间的出风口进入下行钻孔，将下行钻孔内的积水排出,
其中，所述钻杆靠近增透设备的末端的外径逐渐变小，形成插接部，所述出风口设置在插接部的侧壁上，增透设备上设置有插接槽，插接部插入插接槽将钻杆与增透设备连接，插接部与插接槽之间形成出风通道，所述出风通道的开口朝向所述下行钻孔的孔口用于使得高压气流沿钻杆的后方周向喷射。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在巷道的煤壁上施工下行钻孔包括：
在巷道的煤壁上开设钻场；
在钻场的煤壁上沿着煤层倾角方向钻设预定深度的一开钻孔；
在一开钻孔的孔底施工二开钻孔，所述一开钻孔和二开钻孔形成下行钻孔，其中，所述一开钻孔的孔径大于二开钻孔，所述一开钻孔的孔深小于二开钻孔。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在一开钻孔的孔底施工二开钻孔之前，还包括：
在所述一开钻孔的预定深度处安装护孔管。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将下行钻孔内的积水排出之后，还包括：
将钻杆和增透设备抽出下行钻孔，将护孔管与瓦斯抽采系统连接，开始抽采瓦斯。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述下行钻孔进行增透作业包括：
由预定位置处开始增透作业，直至下行钻孔的孔底。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述下行钻孔的倾角为-3-10°，所述预定位置为护孔管靠近所述下行钻孔孔底的末端。
7.一种排水装置，其特征在于，包括压风机、钻具、增透设备，所述增透设备安设在钻具的钻杆上，增透设备与钻杆之间设置有出风口，所述钻具用于打设下行钻孔，并通过钻杆将增透设备送入所述下行钻孔的预定位置处，所述增透设备用于增透下行钻孔，所述压风机与钻具的钻杆连接，用于向下行钻孔内供入高压气体，
所述钻杆靠近增透设备的末端的外径逐渐变小，形成插接部，所述出风口设置在插接部的侧壁上，增透设备上设置有插接槽，插接部插入插接槽将钻杆与增透设备连接，插接部与插接槽之间形成出风通道，所述出风通道的开口朝向所述下行钻孔的孔口。
8.如权利要求7所述的排水装置，其特征在于，所述增透设备包括：防爆电池组，以及安装在防爆电池组上的控制板、储能电容器、能量控制器和能量转换器，所述控制板用于接收用户指令；所述防爆电池组安装在钻杆上，用于根据控制板的控制指令升压至预定电压后向储能电容器输出电能，所述储能电容器用于储存电能，所述能量控制器用于当储能电容器储存的电能达到能量控制器的击穿阈值时，将电能传递给能量转换器，能量转换器用于将电能转换为冲击波。
9.如权利要求8所述的排水装置，其特征在于，所述出风口上安装有逆止阀。
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