CN114320445B - 一种低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法，包括采用空心钻杆、钻头、定向钻机、高压胶管、气动脉冲发生器和矿用防爆空气压缩机，钻头设置于空心钻杆出口处，钻高压胶管分别连接空心钻杆进口处与矿用防爆空气压缩机出口处，气动脉冲发生器设于高压胶管上，用于提供冲孔所需空气脉冲动力。通过采用煤层气动脉冲冲孔增透方式，解决了低透气性松软煤层常规冲孔过程中遇到问题，在低透气性松软高瓦斯煤层冲孔卸压增透，既提高了瓦斯抽采效率，又避免了水力冲孔过程中的塌孔、堵孔、埋钻现象；避免了废水对地表以及地下水体的污染。

Description

一种低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法

技术领域

本发明涉及卸压瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种适用于松软的高突煤层的低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法。

背景技术

我国煤矿瓦斯赋存条件复杂，其中高瓦斯煤层占比高达50％，而其中近半数为低透气性松软煤层。根据《防治煤与瓦斯突出细则》，对于高瓦斯与突出煤层，在开采前需要采取区域性瓦斯防治措施，降低煤层瓦斯含量消除其突出危险性，其中预抽煤层瓦斯是最经济有效的区域性瓦斯治理措施。针对我国松软高突煤层的煤体结构松软、透气性差、瓦斯含量高压力大、瓦斯抽采难度大和高瓦斯灾害危险程度高等特殊条件，需要进行穿层钻孔钻抽采瓦斯，普通钻孔瓦斯抽采效果不甚理想，需要采取辅助手段进行卸压抽采，最常见的的手段就是穿层钻孔以及水力冲孔。然而在一些松软的高突煤层中，水力冲孔后抽采钻孔周围煤体变形过程缓慢，用时长，影响抽采效率，且在冲孔过程中高压水过度浸润煤体，造成堵孔。因此，需要一种采取一种高效的瓦斯卸压抽采方法，在提高煤层透气性的同时提高瓦斯抽采效果。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中松软高突煤层特点的问题，提供一种操作简便、节能减排、减少污染、安全性高、效果好的低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法。

技术方案：本发明的一种低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法，包括采用冲孔增透装置，所述增透装置包括钻头、空心钻杆、定向钻机、气动脉冲发生器、高压胶管、矿用防爆空气压缩机，所述钻头设置于钻杆出口处，所述钻高压胶管分别连接钻杆进口处与矿用防爆空气压缩机出口处，所述气动脉冲发生器设置于高压胶管上；低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法包括如下步骤：

S1、在煤层底板岩石巷道内，使用钻机向上覆煤岩层施工钻孔，根据顶板岩性条件不同，施工钻孔穿过煤层段并进入煤层顶板至0.5m后终孔，形成预留钻孔7；

S2、向预留钻孔内送入空心钻杆和设在空心钻杆上的钻头，待钻头到达煤层顶板处，启动矿用防爆空气压缩机和气动脉冲发生器，气动脉冲发生器通过防爆空气压缩机供给的气源，自动发生脉冲波，提供冲孔所需的空气动力；同时启动钻机选择自上而下间歇反复冲孔的方式进行冲孔，分段设定计量单位，记录每一分段计量单位的出煤量；

S3、当每一分段计量单位冲孔半小时后计量单位出煤量较少时，提高空压机风压并关闭脉冲阀，进行局部强化冲孔，提高冲煤量和增透效果；

S4、全煤段施工完成后，退出设备，按照现有技术进行孔口密封并进行瓦斯抽采；

S5、重复上述步骤，在预先设计的不同位置施工，并且进行瓦斯抽采。

所述的气动脉冲的压力大小为0.5～1.25MPa。

所述分段设定计量单位的段长为0.4-0.6m。

所述向上覆煤岩层施工钻孔的直径为113mm。

所述的空心钻杆和钻头的直径分别为94mm、75mm，空心钻杆为三棱钻杆。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明针对松软高突煤层的煤层特点，采用煤层气动脉冲冲孔增透方式，避免了低透气性松软煤层常规冲孔过程中遇到问题，作为一种无水化技术，与传统的技术对比，节约大量水资源，降低了废水对地表以及地下水体的污染。由于在一些松软的高突煤层中，水力冲孔后抽采钻孔周围煤体变形过程缓慢，用时长，影响抽采效率，本发明在当含煤瓦斯体受到单次冲击时，单点冲击会以波的形式向周围扩散，对周围的煤体造成振动；当含煤瓦斯体受到连续规律的脉动冲击时，规律性的冲击会以连续的振动波对周围煤体造成破坏。因此，周围煤体受到外界连续冲击时，钻孔周围的煤体不断破碎，形成大小不一、相互贯通的裂隙网络，避免了常规水力冲孔造成的裂隙堵塞，为瓦斯运移提供了运移通道，因此达到了对松软高突煤体的增透卸压。其操作简便，节能减排，减少污染，安全性高，使用效果好，具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明所提出的低透气性松软煤层气动脉冲冲孔装置的结构示意图。

图中：1-钻头，2-空心钻杆，3-定向钻机，4-气动脉冲发生器，5-高压胶管，6-矿用防爆空气压缩机，7-预留钻孔，8-煤层，9-煤层顶板。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

本发明的低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法，包括采用冲孔增透装置，所述增透装置包括钻头1、空心钻杆2、定向钻机3、气动脉冲发生器4、高压胶管5、矿用防爆空气压缩机6，钻头1与空心钻杆2顶部出口相连，钻杆2尾部进口通过高压胶管与防爆空气压缩机相连接，在空气压缩机上设置气动脉冲发生器，同时空心钻杆与定向钻机相连接，输出动力，钻头钻孔处设置除尘防喷装置，装置出口与煤渣收集相连接。所述钻高压胶管5分别连接钻杆2进口处与矿用防爆空气压缩机6出口处，所述气动脉冲发生器4设置于高压胶管5上；低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法包括如下步骤：

S1、在煤层8底板岩石巷道内，使用定向钻机3向上覆煤岩层施工钻孔，所述向上覆煤岩层施工钻孔的直径为113mm。根据顶板岩性条件不同，施工钻孔穿过煤层段并进入煤层顶板9至0.5m后终孔，形成预留钻孔7；然后退出钻头与钻杆；

S2、向预留钻孔7内送入空心钻杆2和设在空心钻杆2上的钻头1，待钻头1到达煤层顶板9处，启动矿用防爆空气压缩机6和气动脉冲发生器4，气动脉冲发生器4通过防爆空气压缩机供给的气源，自动发生脉冲波，提供冲孔所需的空气动力；所述的气动脉冲的压力大小为0.5～1.25MPa。同时启动钻机3选择自上而下间歇反复冲孔的方式进行冲孔，分段设定计量单位，以0.4-0.6m为一分段计量单位，记录每一分段计量单位的出煤量；底抽巷与煤层之间的相对位置自上而下分别为煤层顶板、煤层、煤层底板、底抽巷。所述的空心钻杆2和钻头1的直径分别为94mm、75mm，空心钻杆为三棱钻杆。

S3、当每一分段冲孔半小时后计量单位出煤量较少时，加大矿用防爆空气压缩机6风量并关闭气动脉冲发生器4，以提高空压机风压，保持高风压进行局部强化冲孔，提高冲煤量和增透效果；

S4、在全煤段施工完成后，退出设备，按照现有技术进行孔口密封并进行瓦斯抽采；

S5、根据煤层的实际情况，重复上述步骤，在预先设计的不同位置施工，并且进行瓦斯抽采，提高抽采效率。瓦斯抽采装置包括钻孔瓦斯抽采管路、区域抽采管路以及抽采设备，钻孔瓦斯抽采管路连接各个钻孔，区域抽采管路与各钻孔管路相并连后，与抽采设备相连接。

Claims (1)

1.一种低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法，包括采用冲孔增透装置，所述增透装置包括钻头、空心钻杆、定向钻机、高压胶管、矿用防爆空气压缩机，其特征在于：所述钻头与空心钻杆顶部出口相连，钻杆尾部进口通过高压胶管与防爆空气压缩机相连接，在空气压缩机上设置有气动脉冲发生器，同时空心钻杆与定向钻机相连接，输出动力，钻头钻孔处设置有除尘防喷装置，除尘防喷装置出口与煤渣收集箱相连接；所述高压胶管分别连接钻杆进口处与矿用防爆空气压缩机出口处，所述气动脉冲发生器设置于高压胶管上，针对松软高突煤层的煤层特点，采用煤层气动脉冲冲孔增透方式，避免低透气性松软煤层常规冲孔过程中遇到问题，低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法包括如下步骤：

S1、在煤层底板岩石巷道内，使用定向钻机向上覆煤岩层施工钻孔，根据顶板岩性条件不同，施工钻孔穿过煤层段并进入煤层顶板至0.5m后终孔，形成预留钻孔，然后退出钻头与钻杆；

S2、向预留钻孔内送入空心钻杆和设在空心钻杆上的钻头，待钻头到达煤层顶板处，启动矿用防爆空气压缩机和气动脉冲发生器，气动脉冲发生器通过防爆空气压缩机供给的气源，自动发生脉冲波，提供冲孔所需的空气动力；同时启动钻机选择自上而下和间歇反复冲孔的方式进行冲孔，分段设定计量单位，以0.4-0.6m为一分段计量单位，记录每一分段计量单位的出煤量；底抽巷与煤层之间的相对位置自上而下分别为煤层顶板、煤层、煤层底板、底抽巷；

当含煤瓦斯体受到单次冲击时，单点冲击会以波的形式向周围扩散，对周围的煤体造成振动；当含煤瓦斯体受到连续规律的脉动冲击时，规律性的冲击会以连续的振动波对周围煤体造成破坏；因此，周围煤体受到外界连续冲击时，钻孔周围的煤体不断破碎，形成大小不一、相互贯通的裂隙网络，避免了常规水力冲孔造成的裂隙堵塞，为瓦斯运移提供了运移通道，达到对松软高突煤体的增透卸压；

S3、当每一分段计量单位冲孔半小时后计量单位出煤量较少时，加大矿用防爆空气压缩机风量并关闭脉冲阀，以提高空压机风压，保持高风压进行局部强化冲孔，提高冲煤量和增透效果；

S4、全煤段施工完成后，退出设备，按照现有技术进行孔口密封并进行瓦斯抽采；

S5、根据煤层的实际情况，重复上述步骤，在预先设计的不同位置施工，并且进行瓦斯抽采，提高抽采效率；

所述的气动脉冲的压力大小为0.5～1.25MPa；

所述分段设定计量单位的段长为0.3-0.5m；

所述向上覆煤岩层施工钻孔的直径为113mm；

所述的空心钻杆和钻头的直径分别为94mm、75mm，空心钻杆为三棱钻杆。