[發(fā)明專利]碎軟低滲煤層隨鉆定向造穴增透區(qū)域瓦斯治理裝備與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010786800.6
• 申請(qǐng)日: 2020-08-07
• 公開（公告）號(hào): CN111980745B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 褚志偉;李泉新;郝世俊;方俊;劉建林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司
• 主分類號(hào): E21F7/00
• 分類號(hào): E21F7/00;E21B7/04;E21B7/18
• 代理公司: 北京天奇智新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

一種碎軟低滲煤層隨鉆定向造穴增透區(qū)域瓦斯治理裝備與方法。裝備包括雙級(jí)可調(diào)高壓泵車、窄體全方位定向鉆機(jī)、煤渣分離計(jì)量裝置、高壓密封鉆桿、定向造穴裝置、無線隨鉆測(cè)量裝置、螺桿馬達(dá)和鉆頭，先利用該裝備施工定向造穴增透鉆孔的主孔，然后采用沖洗液流量控制方式，不提鉆更換鉆具，自由切換定向鉆進(jìn)與造穴增透模式，進(jìn)行分支孔鉆進(jìn)和造穴增透；由此，本發(fā)明整體上集合了定向鉆進(jìn)工藝長(zhǎng)距離精確軌跡控制和水力沖孔造穴提高煤層透氣性的優(yōu)點(diǎn)，可一次對(duì)多個(gè)待掘煤巷和回采工作面進(jìn)行超前區(qū)域瓦斯抽采，覆蓋范圍大，抽采效率高，治理成本低，為煤巷掘進(jìn)和工作面煤層回采提供了安全保障。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦井下坑道鉆進(jìn)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碎軟低滲煤層隨鉆定向造穴增透區(qū)域瓦斯治理裝備與方法。

背景技術(shù)

碎軟低滲煤層瓦斯含量高、壓力大，且煤層透氣性較差，采掘過程中易發(fā)生煤與瓦斯突出事故，瓦斯預(yù)抽治理是確保安全高效開采的關(guān)鍵。

但是由于碎軟低滲煤層鉆進(jìn)過程中易出現(xiàn)噴孔、塌孔、卡鉆等孔內(nèi)異常現(xiàn)象，順煤層鉆進(jìn)困難，無法長(zhǎng)距離成孔。同時(shí)，受煤層透氣性差影響，鉆孔有效抽采半徑小，瓦斯抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間長(zhǎng)。

因此，目前碎軟低滲煤層瓦斯預(yù)抽治理、防治煤與瓦斯突出事故的常用技術(shù)手段為“底板巖巷+穿層鉆孔+水力沖孔造穴增透”，其基本原理如下：先在回采工作面兩側(cè)煤巷下部施工底板巖巷；然后在底板巖巷內(nèi)施工上仰穿層鉆孔，穿過底板巖石，進(jìn)入煤層；鉆孔施工完成后，在其煤層孔段進(jìn)行水力沖孔造穴，形成卸壓洞穴，提高煤層透氣性，增強(qiáng)瓦斯抽采效果。現(xiàn)有技術(shù)手段存在以下幾點(diǎn)不足：

(1)治理范圍小，工程量大。穿層鉆孔在煤層內(nèi)的延伸距離短，且軌跡不可控，一般適用于對(duì)單個(gè)待掘煤巷影響條帶進(jìn)行瓦斯治理，既不能解決回采工作面內(nèi)的瓦斯治理問題，又需要施工大量底板巖巷和穿層鉆孔，無法進(jìn)行超前區(qū)域瓦斯治理。

(2)造穴方向不可控，效果不均勻。不能隨鉆監(jiān)測(cè)和控制水力沖孔造穴方向，無法對(duì)高突出危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行特殊處理；無法對(duì)造穴形成的卸壓洞穴尺寸進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，易出現(xiàn)洞穴整體尺寸過小或形狀不均衡(如不同方向深度偏差大)的情況，影響瓦斯抽采效果。

(3)改造過程繁瑣，事故易發(fā)。目前水力沖孔造穴主要有二次下鉆造穴、隨鉆造穴兩種工藝，其中二次下鉆造穴工藝是指鉆孔成孔后提出孔內(nèi)全部鉆具，重新下入專用造穴鉆具進(jìn)行造穴施工，其工藝繁瑣，效率低；隨鉆造穴工藝是指鉆孔成孔后，通過控制供水參數(shù)，使孔內(nèi)鉆具由鉆進(jìn)模式變?yōu)樵煅Ｊ剑瑢?shí)現(xiàn)不提鉆造穴施工，但兩種模式切換會(huì)導(dǎo)致沖洗液流通通道變化，煤渣會(huì)向鉆頭位置大量運(yùn)移沉積，易引發(fā)卡鉆事故，影響施工安全。

為此，本發(fā)明的設(shè)計(jì)者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設(shè)計(jì)，綜合長(zhǎng)期多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和成果，研究設(shè)計(jì)出一種碎軟低滲煤層隨鉆定向造穴增透區(qū)域瓦斯治理裝備與方法，以克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碎軟低滲煤層隨鉆定向造穴增透區(qū)域瓦斯治理裝備與方法，其有效克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，能針對(duì)現(xiàn)有碎軟低滲煤層瓦斯抽采治理裝備與方法存在的治理范圍小、抽采效果不均衡、增透改造安全性差等不足，提供更好的處理裝置和方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種碎軟低滲煤層隨鉆定向造穴增透區(qū)域瓦斯治理裝備，包括孔口設(shè)備和孔內(nèi)設(shè)備，其特征在于：

孔口設(shè)備包括依次連接的雙級(jí)可調(diào)高壓泵車、窄體全方位定向鉆機(jī)和煤渣分離計(jì)量裝置以提供定向鉆進(jìn)和造穴增透動(dòng)力及沖洗液和進(jìn)行污染沖洗液處理與煤渣稱重，所述孔內(nèi)設(shè)備包括依次連接的高壓密封鉆桿、無線隨鉆測(cè)量裝置、定向造穴裝置、螺桿馬達(dá)和鉆頭以定向造穴增透鉆孔鉆進(jìn)和造穴增透施工；