[發明專利]穿層鉆孔抽采式鉆具及防噴孔隨鉆瓦斯抽采方法

在審

• 申請號: 202210251353.3
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114837553A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 孫玉寧;李延河;趙同謙;李振華;宋維賓;王志明;張海慶;馬建宏
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B17/22;E21B33/06;E21B41/00;E21B43/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才

本發明公開穿層鉆孔抽采式鉆具及防噴孔隨鉆瓦斯抽采方法，抽采式鉆具包括多根抽采式鉆桿、抽采式高低壓轉換閥、篩孔進氣裝置、開閉式鉆頭、抽采式水辮；抽采式鉆桿由外管和內管組成，抽采式高低壓轉換閥由閥外管、閥內管和高低壓轉換組件組成，篩孔進氣裝置由凸筋形外管、凸筋形內管和進氣篩孔板組成，不同名稱的內管相互密封銜接共同構成鉆具的瓦斯抽采通道，相同名稱的內管與相同名稱的外管之間的軸向空間為鉆具的供流通道，鉆具的外表與鉆孔壁之間的空間為排渣通道，抽采式鉆具在孔口配套安裝有控噴式引流箱，本專利中防噴孔隨鉆瓦斯抽采方法針對前進式割縫及沖孔，退鉆時需要下放護孔篩管。

技術領域

本發明涉及煤礦瓦斯抽采鉆進技術領域，具體涉及突出煤層穿層鉆孔的鉆進、割縫及沖孔技術領域，本發明針對突出煤層穿層鉆孔在割縫、沖孔、退鉆等作業過程中的噴孔瓦斯超限問題，提出穿層鉆孔抽采式鉆具及防噴孔隨鉆瓦斯抽采方法，一方面有助于防范穿層鉆孔噴孔瓦斯超限事故，另一方面為退鉆前下放護孔篩管提供支持。

背景技術

在突出煤層的底板巖巷內施工穿層鉆孔，對突出煤層的待掘區域或待開采區域實施瓦斯抽采，實現消突和抽采達標，這是突出煤層瓦斯抽采與治理的主要措施。為了充分發揮穿層鉆孔的抽采消突功效，普遍在穿層鉆孔的煤孔段實施“割縫”或“沖孔”的水力化增透作業。現有技術現狀是：所采用的鉆桿普遍為刻槽鉆桿、肋骨鉆桿、三棱刻槽鉆桿或三棱鉆桿等，其中前三種鉆桿的專利原始申請人為本申請人，即河南理工大學，專利號分別ZL200610111830.7，ZL200920088879.4， ZL200910064973.0，在這些鉆桿與鉆頭之間，安裝帶有高壓水射流噴嘴的高低壓轉換裝置，鉆桿的內孔為供流通道，對煤孔段鉆孔實施割縫或沖孔，也有學者稱之為水力割縫、水力造穴、水力掏槽、水力掏煤等。由于所用鉆桿為單管結構，設置高低壓轉換裝置之后，均失去了退鉆時下放護孔篩管的功能。對于極松軟煤層還可以不用高低壓轉換裝置，直接在鉆頭部安裝用于沖孔的水射流噴嘴，鉆頭一旦進入煤層就開始沖孔和鉆進同步或間隔進行，同樣由于所用鉆桿均為單管結構，鉆頭部安裝水射流噴嘴之后，也失去了退鉆時下放護孔篩管的功能。

穿層鉆孔割縫或沖孔時，采用高壓水作為鉆頭降溫、射流動力和排渣動力，排渣通道位于鉆桿外壁與鉆孔內壁之間，稱之為外排渣通道。突出煤層穿層鉆孔在煤孔段實施割縫或沖孔的力化增透的過程中會有產生大量的水煤渣和瓦斯氣體，煤孔段常會發生孔內煤與瓦斯突出、煤炮等動力現象，煤渣的產出量極不均勻，煤渣的粒徑也不均勻，煤渣本身并不具備流動性，需要利用水流作用和鉆桿旋攪碎渣作用，使這些煤渣轉變為可以流動的固液相水煤渣流體，從鉆孔的外排渣通道排出孔外。由于煤孔段割縫或沖孔產出的煤渣量具有突發性和不均衡性，煤渣依靠自重作用和水流作用涌向空間狹小的巖孔段外排渣通道，水流作用和鉆桿旋攪作用不能及時將這些煤渣轉變為可流動的固液相水煤渣體，時常導致巖孔段外排渣通道的非通透性阻塞，即排渣通道截面之內水煤渣占據截面的100%，水煤渣下泄而瓦斯氣體滯留在割縫或沖孔形成松散煤體內和洞穴內，瓦斯不斷解吸會導致煤孔段松散煤體內和洞穴內的瓦斯氣體壓力遠大于孔外的大氣壓，在水流作用和鉆桿旋攪作用下，一旦巖孔段非通透性阻塞的外排渣通道被疏通，高壓瓦斯氣體和水煤渣將從孔口大量噴出，甚至形成持續性、長時間的噴孔，這種噴孔經常導致巷道瓦斯超限，穿層鉆孔噴孔瓦斯超限事故，占突出礦井瓦斯超限事故總數的30%～80%，已成為突出礦井的重要安全隱患。