CN112682090B - 基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法、系统及瓦斯抽采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法、系统及瓦斯抽采方法，属于煤矿瓦斯抽采技术领域。互联方法，包括如下步骤：在回采工作面的顺槽内施工瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔，冲击施工钻孔用于容纳导向管；在冲击施工钻孔中设置导向管；通过导向管对煤层进行冲击钻孔，瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔通过冲击钻孔连通。互联系统，包括开设在煤层上的瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔，冲击施工钻孔内设置有导向管；抽采方法，实施如上述互联方法后，对瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔封堵后进行抽采。本发明能够在松软低透煤层中互联形成良好的贯通网络，提高松软低透煤层的瓦斯抽采效率，大幅度降低煤层瓦斯抽采难度，保障煤炭的生产安全。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，涉及一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法、系统及瓦斯抽采方法。
背景技术
煤矿瓦斯是煤伴生且主要以吸附状态储集于煤层中的一种非常规天然气，其主要成分为甲烷，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。瓦斯是矿井安全生产的主要威胁，特别是在我国的西南地区，多数矿井为煤与瓦斯突出矿井，且主采煤层透气性系数小，煤质松软，属松软低透煤层，常规措施的瓦斯抽采难度极大。此外，我国西南地区的煤矿多数地质条件复杂，煤矿井下回采工作面的巷道较窄，难以采用大功率的高效钻进工艺对煤层实施大面积瓦斯抽采。多数矿井仍采用传统的瓦斯抽采钻孔抽采煤层瓦斯的工艺，但受煤层瓦斯地质因素的限制，大多数矿井的瓦斯抽采效率低、抽采效果差，难以在工作面回采前实现瓦斯抽采达标，不仅影响了矿井的正常采掘衔接，同时降低了煤矿的安全效益。
目前，虽然也有了诸多的水力化的增透措施对此类松软低透煤层实施强化抽采，但由于煤层质地松软，在应用水力化增透措施时，往往效果欠佳。这是由于松软煤层遇水则极易形成“糊状”的煤泥，在地应力的作用下将导致钻孔的堵塞，并且往往在普通钻孔施工的完成后的一定时期内，发生塌孔的情况，使得瓦斯抽采钻孔失效。因而寻求某种适宜于该类瓦斯地质条件的瓦斯强化抽采工艺已成为煤矿安全工作者竞相追逐的热点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法、系统及瓦斯抽采方法，能够在松软低透煤层中互联形成良好的贯通网络，提高松软低透煤层的瓦斯抽采效率，大幅度降低煤层瓦斯抽采难度，在回采前实现瓦斯抽采达标，保障煤炭的生产安全。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法，包括如下步骤：
瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔施工，在回采工作面的顺槽内开设瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔，冲击施工钻孔用于容纳导向管；导向管设置，在冲击施工钻孔中设置导向管，导向管包括弯段及直段，直段沿冲击施工钻孔设置，弯段朝向瓦斯抽采钻孔弯曲；冲击钻孔，通过导向管对煤层进行冲击钻孔，瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔通过冲击钻孔连通。
可选地，瓦斯抽采钻孔、冲击施工钻孔与煤层的倾向平行，瓦斯抽采钻孔、冲击施工钻孔沿煤层的走向依次设置。
可选地，瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔均至少为一个，瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔依次交替设置。
可选地，重复“导向管设置”步骤及“冲击钻孔”步骤若干次，开设若干冲击钻孔，使瓦斯抽采钻孔与施工钻孔之间通过冲击钻孔互联。
可选地，重复“导向管设置”步骤时，调整导向管的弯段的位置与方向以调整冲击钻孔方向与位置。
可选地，“瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔施工”步骤在回采工作面运输顺槽内进行，瓦斯抽采钻孔的终孔位置距离回采工作面回风顺槽15m。
可选地，“瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔施工”步骤中，冲击施工钻孔采用大直径钻孔施工而成或者沿冲击施工钻孔的延伸方向连续施工2个或多个钻孔并相互连接形成。
可选地，“冲击钻孔”步骤中，采用连续冲击装置及往复滑块进行冲击钻孔，连续冲击装置通过导向管的弯段进入煤层中，往复滑块与连续冲击装置之间设置有若干推进钢球，往复滑块通过推进钢球将冲击力传递至连续冲击装置，驱动连续冲击装置沿导向管弯段的延伸方向冲击钻孔。
可选地，“冲击钻孔”步骤中，将连续冲击装置及若干推进钢球依次放入导向管内，向导向管内持续添加推进钢球，使连续冲击装置进入到预定位置。
可选地，连续冲击装置包括冲击部及沿冲击部的冲击方向设置的外管，外管内沿外管的延伸方向设置有冲击块，外管的一端连接在冲击部上，外管的另一端设置有用于推进钢球通过的开口，推进钢球作用在冲击块上，推进钢球驱动冲击块沿外管的延伸方向撞击在冲击部上。
可选地，冲击部与冲击块之间设置有弹簧，弹簧沿外管的延伸方向设置；弹簧靠近冲击块的一端与冲击块之间还设置有承击块，承击块在冲击块及弹簧的作用下沿外管的延伸方向往复滑动；外管的内壁上设置有导向槽，导向槽沿外管的延伸方向设置，承击块上设置有与导向槽配合的导向凸起，导向凸起在导向槽内滑动。
可选地，冲击部包括沿冲击方向依次设置的端部冲击头、导渣头及定位端头，外管通过定位端头连接在冲击部上；导渣头为光顺的旋转体，导渣头的母线为圆弧线，导渣头的最大直径大于外管的直径，导渣头上设置有若干沿导渣头的轴线方向设置的截齿，若干截齿绕导渣头的轴线方向均匀设置。
一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联系统，包括开设在煤层上的瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔，冲击施工钻孔内设置有导向管，导向管包括弯段及直段，直段沿冲击施工钻孔设置，弯段朝向瓦斯抽采钻孔弯曲，瓦斯抽采钻孔与冲击施工钻孔之间设置有冲击钻孔，瓦斯抽采钻孔与冲击施工钻孔之间通过冲击钻孔互相连通，冲击钻孔通过导向管冲击施工而成。
一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联瓦斯抽采方法，实施如上所述的基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法后，对瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔封堵后进行瓦斯抽采。
可选地，瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔分别与钻孔孔口连管连接后并入瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采。
本发明的有益效果在于：(1)在冲击钻孔的形成过程中通过连续冲击作业使得冲击钻孔的孔壁得以加固，使得松软低透煤层内的钻孔通过连续冲击形成的冲击钻孔相互贯通，形成良好的贯通网络，增加了瓦斯抽采钻孔的连通面积，解决了松软低透煤层瓦斯抽采过程中因常规瓦斯抽采钻孔易塌孔造成钻孔堵塞而影响瓦斯抽采效果的难题，切实提高了松软低透煤层的瓦斯抽采效率，可大幅度降低煤层瓦斯抽采难度，使得工作面在回采前实现瓦斯抽采达标，进一步保障煤炭的安全生产；(2)施工冲击钻孔时，采用了连续冲击工艺，且连续冲击装置上设置的圆弧导渣头可使得煤屑经圆弧挤压，达到加固冲击钻孔孔壁的效果；(3)可依据现场的工程实际，任意调整导向管，进而使得冲击钻孔的延伸方向可调，且在任意位置均可实现作业，可完全形成松软低透煤层网络化抽采瓦斯的格局，提高矿井的瓦斯抽采效果。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为基于冲击工艺的煤层钻孔互联系统的结构示意图；
图2为导向管的结构示意图；
图3为连续冲击装置的结构示意图；
图4为截齿的结构示意图；
图5为往复滑块的结构示意图。
附图标记：运输顺槽1、回采工作面2、回风顺槽3、瓦斯抽采钻孔4、冲击施工钻孔5、冲击钻孔6、钻孔孔口连管7、瓦斯抽采管路8、弯段9、直段10、端部冲击头11、截齿12、导渣头13、定位端头14、弹簧15、导向槽16、承击块17、冲击块18、外管19、钻杆20、推进钢球21、往复滑块22、曲柄连杆机构23、防爆电机24。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图5，为一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联系统，包括开设在煤层上的瓦斯抽采钻孔4及冲击施工钻孔5，冲击施工钻孔5内设置有导向管，导向管包括弯段9及直段10，直段10沿冲击施工钻孔5设置，弯段9朝向瓦斯抽采钻孔4弯曲，瓦斯抽采钻孔4与冲击施工钻孔5之间设置有冲击钻孔6，瓦斯抽采钻孔4与冲击施工钻孔5之间通过冲击钻孔6互相连通，冲击钻孔6通过导向管冲击施工而成。
实际实施时，包括如下步骤：
S1:瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔施工，在回采工作面的顺槽内开设瓦斯抽采钻孔4及冲击施工钻孔5，冲击施工钻孔5用于容纳导向管；
S2:导向管设置，在冲击施工钻孔5中设置导向管，导向管包括弯段9及直段10，弯段9与直段10之间通过螺纹连接。直段10沿冲击施工钻孔5设置，弯段9朝向瓦斯抽采钻孔4弯曲；
S3:冲击钻孔6，通过导向管对煤层进行冲击钻孔6，瓦斯抽采钻孔4及冲击施工钻孔5通过冲击钻孔6连通。
步骤S3中，采用连续冲击装置及往复滑块22进行冲击钻孔6，连续冲击装置通过导向管的弯段9进入煤层中，往复滑块22与连续冲击装置之间设置有若干推进钢球21，往复滑块22通过推进钢球21将冲击力传递至连续冲击装置，驱动连续冲击装置沿导向管弯段9的延伸方向冲击钻孔6。
连续冲击装置包括冲击部及沿冲击部的冲击方向设置的外管19，外管19内沿外管19的延伸方向设置有冲击块18，外管19的一端连接在冲击部上，外管19的另一端设置有用于推进钢球21通过的开口，推进钢球21作用在冲击块18上，推进钢球21驱动冲击块18沿外管19的延伸方向撞击在冲击部上。
冲击部与冲击块18之间设置有弹簧15，弹簧15沿外管19的延伸方向设置；弹簧15靠近冲击块18的一端与冲击块18之间还设置有承击块17，承击块17在冲击块18及弹簧15的作用下沿外管19的延伸方向往复滑动；外管19的内壁上设置有导向槽16，导向槽16沿外管19的延伸方向设置，承击块17上设置有与导向槽16配合的导向凸起，导向凸起在导向槽16内滑动。冲击部包括沿冲击方向依次设置的端部冲击头11、导渣头13及定位端头14，外管19通过定位端头14连接在冲击部上；导渣头13为光顺的旋转体，导渣头13的母线为圆弧线，导渣头13的最大直径大于外管19的直径，导渣头13上设置有若干沿导渣头13的轴线方向设置的截齿12，若干截齿12绕导渣头13的轴线方向均匀设置。
实际生产过程中，步骤S1中，瓦斯抽采钻孔4及冲击施工钻孔5均各为若干个，若干瓦斯抽采钻孔4及若干冲击施工钻孔5依次交替设置，瓦斯抽采钻孔4、冲击施工钻孔5与煤层的倾向平行，瓦斯抽采钻孔4、冲击施工钻孔5沿煤层的走向依次设置。重复步骤S2及步骤S3若干次，以在同一冲击施工钻孔5中开设若干冲击钻孔6，瓦斯抽采钻孔4与施工钻孔之间通过冲击钻孔6互联，形成良好的贯通网络。增加了瓦斯抽采钻孔4的连通面积，提高了松软低透煤层的瓦斯抽采效率。重复步骤S2时，导向管通过钻杆20置入冲击施工钻孔5中，可以通过调整导向管的弯段9的位置与方向以调整冲击钻孔6方向与位置。使得冲击钻孔6的延伸方向可调，且在任意位置均可实现作业，可完全形成松软低透煤层网络化抽采瓦斯的格局，提高矿井的瓦斯抽采效果。
本实施例中，步骤S2在回采工作面2运输顺槽1内进行，瓦斯抽采钻孔4的终孔位置距离回采工作面2回风顺槽3为15m。如矿井具备施工大直径钻孔的专用设备，则冲击施工钻孔5采用大直径钻孔设备直接施工而成。如矿井不具备施工大直径钻孔的专用设备，则冲击施工钻孔5由沿冲击施工钻孔5的延伸方向连续施工2个或多个钻孔并相互连接形成。冲击施工钻孔5为大直径钻孔是为了在后续的S3步骤中，为连续冲击形成冲击钻孔6的施工提供作业空间，以便冲击施工钻孔5的直径可以容纳带有弯段9的导向管。
本实施例中，往复滑块22采用防爆电机24驱动，防爆电机24与往复滑块22之间设置有曲柄连杆机构23，防爆电机24旋转，驱动往复滑块22往复运动。步骤S2施工完毕后，随即可将连续冲击装置放入导向管内，然后将导向管放置于冲击施工钻孔5的预定位置；开启防爆电机24，使曲柄连杆机构23转动，进而带动往复滑块22做往复式运动，往复滑块22与连续冲击装置尾部的推进钢球21连接，待连续冲击装置进入煤层一定深度后，随即添加推进钢球21。待连续冲击装置进入煤层的预定深度，形成了冲击钻孔6后，可将推进钢球21连同连续冲击装置退出。步骤S3中施工冲击钻孔6时，由于采用了连续冲击工艺，且连续冲击装置上设置的圆弧导渣头13可使得煤屑经圆弧挤压，达到加固冲击钻孔6孔壁的效果。
实际瓦斯抽采时，对瓦斯抽采钻孔4及冲击施工钻孔5进行封堵。回风顺槽3中设置有瓦斯抽采管路8，瓦斯抽采钻孔4及冲击施工钻孔5分别通过钻孔孔口连管7与瓦斯抽采管路8连接。瓦斯抽采钻孔4及冲击施工钻孔5通过钻孔孔口连管7并入瓦斯抽采管路8后进行瓦斯抽采。
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 (10)
1.一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法，其特征在于，包括如下步骤：
瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔施工，在回采工作面的顺槽内施工瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔，冲击施工钻孔用于容纳导向管；
导向管设置，在冲击施工钻孔中设置导向管，导向管包括弯段及直段，直段沿冲击施工钻孔设置，弯段朝向瓦斯抽采钻孔弯曲；
冲击钻孔，通过导向管对煤层进行冲击钻孔，瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔通过冲击钻孔连通；
“冲击钻孔”步骤中，采用连续冲击装置及往复滑块进行冲击钻孔，连续冲击装置通过导向管的弯段进入煤层中，往复滑块与连续冲击装置之间设置有若干推进钢球；将连续冲击装置及若干推进钢球依次放入导向管内，向导向管内持续添加推进钢球，使连续冲击装置进入到预定位置；往复滑块通过推进钢球将冲击力传递至连续冲击装置，驱动连续冲击装置沿导向管弯段的延伸方向冲击钻孔。
2.根据权利要求1所述的一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法，其特征在于：瓦斯抽采钻孔、冲击施工钻孔与煤层的倾向方向平行，瓦斯抽采钻孔、冲击施工钻孔沿煤层的走向依次设置。
3.根据权利要求1所述的一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法，其特征在于：瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔均至少为一个，瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔依次交替设置。
4.根据权利要求1所述的一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法，其特征在于：重复“导向管设置”步骤及“冲击钻孔”步骤若干次，开设若干冲击钻孔，使瓦斯抽采钻孔与冲击施工钻孔之间通过冲击钻孔互联。
5.根据权利要求4所述的一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法，其特征在于：重复“导向管设置”步骤时，调整导向管的弯段的位置与方向以调整冲击钻孔方向与位置。
6.根据权利要求1所述的一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法，其特征在于：“瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔施工”步骤在回采工作面运输顺槽内进行，瓦斯抽采钻孔的终孔位置距离回采工作面回风顺槽15m。
7.根据权利要求1所述的一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法，其特征在于：“瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔施工”步骤中，冲击施工钻孔采用大直径钻孔施工而成或者沿冲击施工钻孔的延伸方向连续施工2个或多个钻孔并相互连接形成。
8.根据权利要求1所述的一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法，其特征在于：
连续冲击装置包括冲击部及沿冲击部的冲击方向设置的外管，外管内沿外管的延伸方向设置有冲击块，外管的一端连接在冲击部上，外管的另一端设置有用于推进钢球通过的开口，推进钢球作用在冲击块上，推进钢球驱动冲击块沿外管的延伸方向撞击在冲击部上；
冲击部与冲击块之间设置有弹簧，弹簧沿外管的延伸方向设置；
弹簧靠近冲击块的一端与冲击块之间还设置有承击块，承击块在冲击块及弹簧的作用下沿外管的延伸方向往复滑动；
外管的内壁上设置有导向槽，导向槽沿外管的延伸方向设置，承击块上设置有与导向槽配合的导向凸起，导向凸起在导向槽内滑动；
冲击部包括沿冲击方向依次设置的端部冲击头、导渣头及定位端头，外管通过定位端头连接在冲击部上；
导渣头为光顺的旋转体，导渣头的母线为圆弧线，导渣头的最大直径大于外管的直径，
导渣头上设置有若干沿导渣头的轴线方向设置的截齿，若干截齿绕导渣头的轴线方向均匀设置。
9.一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联系统，其特征在于：包括开设在煤层上的瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔，冲击施工钻孔内设置有导向管，导向管包括弯段及直段，直段沿冲击施工钻孔设置，弯段朝向瓦斯抽采钻孔弯曲，瓦斯抽采钻孔与冲击施工钻孔之间设置有冲击钻孔，瓦斯抽采钻孔与冲击施工钻孔之间通过冲击钻孔互相连通，冲击钻孔通过导向管内的连续冲击装置及往复滑块冲击施工而成；连续冲击装置通过导向管的弯段进入煤层中，往复滑块与连续冲击装置之间设置有若干推进钢球；连续冲击装置及若干推进钢球依次放入导向管内，向导向管内持续添加推进钢球以使连续冲击装置进入到预定位置；往复滑块通过推进钢球将冲击力传递至连续冲击装置，驱动连续冲击装置沿导向管弯段的延伸方向冲击钻孔。
10.一种基于冲击工艺的煤层钻孔互联瓦斯抽采方法，其特征在于：实施如权利要求1~8任一项所述的基于冲击工艺的煤层钻孔互联方法后，对瓦斯抽采钻孔及冲击施工钻孔封堵后进行瓦斯抽采。
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