[發明專利]跟管護孔穿復雜地層抽采瓦斯的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110398803.7
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113062693B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 張興華;郭歌;曾偉;鄭確;張露露
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21B7/20
• 分類號: E21B7/20;E21B43/00;E21F7/00;E21B7/02;E21B15/04;E21B4/20;E21B4/14;E21B19/086
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明涉及煤礦安全技術領域，具體是一種跟管護孔穿復雜地層抽采瓦斯的裝置及方法。行走機構上安裝動力輸入裝置和角度調整機構，角度調整機構上安裝中心定向鉆進組件，動力輸入裝置驅動中心定向鉆進組件，中心定向鉆進組件包括鉆桿、導向鉆頭、合金鉆頭、引導頭控制組件、潛孔錘和變徑接手，所述的鉆桿前端與潛孔錘連接，潛孔錘通過變徑接手與引導頭控制組件連接，引導頭控制組件前端和導向鉆頭連接，導向鉆頭內部設置有合金鉆頭，所述的外部護孔組件包括套在鉆桿外側的跟管，跟管前端與管靴固定，管靴套在引導頭控制組件前端，管靴的內徑小于引導頭控制組件中段的最大直徑。

技術領域

本發明涉及煤礦安全技術領域，具體是一種跟管護孔穿復雜地層抽采瓦斯的裝置及方法。

背景技術

煤礦瓦斯是煤礦安全生產的天敵，它不僅會導致煤礦作業人員窒息，損害人類身心健康，同時它還能引發煤與瓦斯突出、瓦斯煤塵爆炸、造成礦毀人亡；同時瓦斯還是地球大氣的主要污染源。另外瓦斯也是一種非常規的、優質清潔能源。

在工作面的回采過程中，瓦斯超限的情況經常會發生，尤其在上隅角附近，另外由于礦井采用綜采放頂煤的開采方法，因此采空區內殘留煤較多，殘留煤會釋放大量瓦斯，同時臨近煤層、未采分層、圍巖、煤柱都會向采空區涌出瓦斯導致采空區瓦斯大量積聚。不僅在工作面開采過程中涌出，并且工作面采完密閉后也仍有瓦斯繼續涌出隨著開采范圍的擴大，相應的采空區瓦斯的比例也逐漸增大。對這一部分的瓦斯如果只靠通風的辦法來解決，顯然是增加了通風的負擔，而且又不經濟。通過國內外實踐，對采空區的瓦斯進行抽采，不僅可行，而且也是最有效的。

目前采空區瓦斯抽采已成為煤礦主要瓦斯抽采方法之一，特別是國外，都非常重視這類瓦斯的抽采，抽出的瓦斯量在總抽采量中占有較大的比重，如德國及日本均達30%左右。而且采空區瓦斯聚集對于煤層的安全開采也存在很大的威脅，目前我國已經注重采空區瓦斯抽采，逐步將其納入礦井綜合抽采瓦斯的一個方面加以考慮。

現有技術條件下抽采采空區瓦斯的方法有如下幾個方面：（1）依據煤礦開采過程劃分，采空區的瓦斯抽采措施可分為回采生產過程中的抽采和采后密閉抽采；（2）依據采空區狀態劃分，又分為半封閉抽采和全封閉抽采；（3）依據采空區瓦斯抽采方式，可分為鉆孔抽采法和巷道抽采法。

現有技術條件下，所使用的抽采采空區瓦斯的方法存在也存在諸多問題，有以下幾個方面：（1）高抽巷抽采采空區瓦斯方法，易受煤層頂板地質因素影響，施工周期長，施工成本高；（2）埋管抽采采空區瓦斯，需要在掌握采空區瓦斯涌出與風流運動規律的基礎上，運用能在采空區惡劣復雜環境條件下，可靠的實現抽采瓦斯管路支管的開關的遙控和四防技術，并在防止自然發火的條件下達到最佳的抽采效果，這在技術上是相當有難度的；（3）傳統的高位鉆孔抽采煤層瓦斯因設備本身的工藝原因，鉆孔控制范圍及終孔點層位的不確定因素，效果不盡理想。

目前常規的鉆孔抽采采空區瓦斯多采用穿層鉆孔方式，以低轉速大扭矩鉆機鉆孔為例，（1）在鉆進大直徑鉆孔施工期間，為保證工程質量，需要先采用小直徑鉆機按照設計的鉆孔參數將整個穿層鉆孔施工完畢，之后再采用大直徑鉆頭進行擴孔施工，操作起來程序復雜繁瑣，并且工期較長；（2）在擴孔期間，鉆頭可能會發生偏移晃動，影響成孔質量；（3）對于瓦斯治理來說，打鉆后要進行采空區瓦斯抽采，當遇到松軟地質巖層時，鉆桿拔出后再向孔內塞入護孔管時，往往孔內已經出現塌孔或者變形，導致護孔管無法塞入，達不到預期的成孔效果，嚴重影響瓦斯抽采效果；（4）當遇到復雜地層情況時，如在完整中—硬質基巖段以及易塌孔孔段施工難度大，易出現卡鉆、傾斜及塌孔等技術問題，極易發生孔內事故，而且鉆機的鉆進效率也可能受到影響。

發明內容

本發明為了解決穿近距離煤層間復雜夾矸層抽采采空區瓦斯，鉆孔難度大，成孔難的問題，提供一種跟管護孔穿復雜地層抽采瓦斯的裝置及方法。