[發明專利]高瓦斯低透氣性煤層沖孔割縫卸壓增透瓦斯抽采方法

無效

• 申請號: 200910182121.1
• 申請日: 2009-07-14
• 公開（公告）號: CN101644166A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 林柏泉;翟成;吳海進;張連軍;楊威
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21C41/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 唐惠芬

技術領域

本發明涉及一種高瓦斯低透氣性煤層沖孔割縫卸壓增透瓦斯抽采方法，尤其適用于高瓦斯低透氣性煤層區域性瓦斯抽采。

技術背景

高瓦斯低透氣性煤層的開采往往伴隨著大量瓦斯涌出，特別是隨著煤炭生產的高效集約化和開采深度的增加，瓦斯涌出量越來越大，瓦斯爆炸和瓦斯突出危險的威脅越來越嚴重，瓦斯災害已成為制約高效集約化開采技術發展和安全生產的最重要因素。因此，如何有效地解決高瓦斯煤層開采過程中的瓦斯涌出問題，對煤礦安全生產具有十分重要的意義。我國自20世紀70年代以來對低透氣性高瓦斯和突出危險煤層進行了多種瓦斯抽采卸壓增透技術的探索性試驗研究。

解決高瓦斯低透氣性煤層開采過程中的瓦斯涌出問題的主要措施是瓦斯抽采。通過瓦斯抽采，不僅可以有效地減少煤層開采過程中的瓦斯涌出，確保煤礦生產的安全性；同時，抽采出來的高濃度瓦斯又可加以利用，實現雙能源開采。目前采用的高瓦斯低透氣性煤層卸壓增透措施主要有深孔松動爆破、深孔控制爆破和水射流等，采用這些方法后，鉆孔有效影響范圍在200～1000mm，煤體透氣性提高10～40倍左右，瓦斯抽采濃度可達5～20％，抽采時間要1年以上才能夠進行采煤作業。這些方法均存在鉆孔有效影響范圍小、工作面鉆孔施工工作量大和抽采效率低的問題，需要采取卸壓增透的方法，擴大鉆孔有效影響范圍，提高本煤層瓦斯抽采效果。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種高瓦斯低透氣性煤層沖孔割縫卸壓增透瓦斯抽采方法，以提高鉆孔割縫后卸壓影響范圍，結合抽采鉆孔密封，增加單鉆孔瓦斯流量及煤層瓦斯抽采效率。

技術方案：本發明高瓦斯低透氣性煤層沖孔割縫卸壓增透瓦斯抽采方法：

(1)用鉆機將帶有高壓密封的通孔鉆桿向煤層順層或穿層鉆孔至設定位置；

(2)啟動鉆機進行退鉆作業，同時啟動高壓泵站，通過鉆孔內的高壓密封通孔鉆桿將一定壓力和流量的高壓射流對鉆孔兩側的煤體進行邊退鉆邊切割，使鉆孔兩側形成一定寬度和高度的扁平縫槽；

(3)對煤層段進行割縫；在穿層鉆孔情況下，對煤層段全長進行割縫；對煤層順層鉆孔，在距離鉆孔孔口5～10m處停止割縫作業，直接退出鉆桿；

(4)在鉆孔中插入封孔管進行常規封孔密封，并對煤層進行瓦斯抽采；

(5)繼續下一個鉆孔的鉆進、割縫、密封和瓦斯抽采作業。

所述的一定壓力為25～30MPa，流量為40～80L/min；所述在鉆孔兩側形成的扁平縫槽半徑為400～700mm、縫寬為20～30mm。

有益效果：本發明的沖孔割縫卸壓增透瓦斯抽采方法，將高壓射流技術與鉆孔施工技術相結合，實現鉆進和割縫一體化。鉆機在進行高壓射流割縫措施后，首先增加了煤體暴露面積，相當于局部范圍內開采了一層極薄的保護層，達到層內自我解放，給煤層內部卸壓、瓦斯釋放和流動創造了良好的條件，其結果是造成了縫槽上下煤體的一定范圍的較充分卸壓，增大了煤層的透氣性能；其次，割縫在煤體中形成的縫槽或空間在地應力的作用下，使縫槽周圍的煤體向縫槽空間移動，因而更擴大了縫槽卸壓、排瓦斯范圍。由于高壓射流割縫的切割、沖擊作用，鉆孔周圍一部分煤體被高壓水擊落沖走，形成扁平縫槽空間，這一縫槽可以使周圍煤體發生位移和膨脹，增加了煤體中的裂隙，大大改善了煤層中的瓦斯流動狀態，鉆孔有效影響范圍在1000～3000mm，煤體透氣性可提高200～300倍左右，給煤層內部卸壓、瓦斯釋放和流動創造了良好的條件。可將高瓦斯低透氣性煤層轉變為容易抽采煤層，通過封孔管、匯流管和支管將鉆孔連入抽采管網，單孔瓦斯抽采量平均可達0.3m³/min，瓦斯抽采濃度可達30～60％，回采工作面瓦斯抽放率達到50％以上，割縫卸壓增透后，瓦斯抽放鉆孔數減少10～20％。實現高瓦斯低透氣性突出煤層瓦斯的安全、高效、均勻抽采，變高瓦斯突出危險煤層為低瓦斯無突出危險煤層。退出鉆桿后，插入封孔管實施封孔，對煤層進行瓦斯抽采。其方法簡單，操作容易，效果好，具有廣泛的實用性。

具體實施方式

本發明高瓦斯低透氣性煤層沖孔割縫卸壓增透瓦斯抽采方法：將高壓射流技術與鉆孔施工技術相結合，實現鉆進和割縫一體化。首先用鉆機向煤層順層或穿層鉆孔，鉆孔施工階段，與普通的鉆孔施工基本一致，鉆桿為帶有高壓密封的通孔鉆桿。當鉆孔鉆至設定位置，設定位置根據地質信息確定煤層順層或穿層鉆孔的角度、鉆孔深度等；啟動鉆機進行退鉆作業，同時啟動高壓泵站，水流經過高壓泵站加壓，經鉆桿將高壓水射流輸送至鉆頭部位的正向噴嘴射出，與鉆機共同完成鉆進作業，鉆孔內的高壓密封通孔鉆桿將壓力為25～30Mpa、流量為40～80L/min的高壓射流對鉆孔兩側的煤體進行邊退鉆邊切割，使鉆孔兩側形成一定寬度和高度的扁平縫槽；鉆進結束后，鉆機停止轉動，只進行退鉆作業，高壓泵加壓，水壓達到預定壓力值后，根據需要，可將水與高壓磨料發生裝置產生的磨料粒子相混合，形成液固兩相流體，與此同時鉆頭壓控裝置完成射流直向鉆孔至側向割縫的切換，進行割縫作業。當鉆頭鉆進到煤層預定位置后，停止鉆進，啟動高壓泵站，在鉆孔內運用壓力25～30MPa、流量40～80L/min的高壓射流對鉆孔兩側的煤體進行切割，割縫過程中的煤流量在5kg/min左右，在鉆孔兩側形成一條半徑400～700mm、縫寬20～30mm的扁平縫槽。利用高壓射流將切割下來的煤體帶出孔外。穿層鉆孔情況下，對煤層段全長進行割縫；針對高瓦斯低透氣性煤層的順層鉆孔，為了保證作業安全和有利于對孔口進行密封抽采，需要留有一定的超前距，根據需要可以在距離孔口5～10m處停止割縫作業，直接退鉆。退出鉆桿后，插入封孔管實施封孔，封孔長度不小于10m，封孔管長度不小于12m、直徑50mm；通過封孔管、匯流管和支管將鉆孔連入抽采管網，對煤層進行瓦斯抽采，鉆孔孔口負壓不低于20KPa，鉆孔抽采時間不低于6個月。重復上述過程，繼續下一個鉆孔的鉆進、割縫、密封和瓦斯抽采作業。