專利名稱：一種磨料射流割穿煤層頂板或底板的卸壓抽采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤層瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種磨料射流割穿煤層頂板或底板的卸壓抽采方法。
背景技術(shù)：
煤層瓦斯是一種潔凈能源，但對煤礦生產(chǎn)而言更是一種災(zāi)害源。我國的煤炭賦存地質(zhì)條件復(fù)雜，主要依靠地下開采，隨著開采深度的增加，煤層瓦斯含量逐漸增加，煤層瓦斯壓力增大，突出的危險性增高，防突難度越來越大。國內(nèi)煤與突出多數(shù)發(fā)生在煤巷掘進(jìn)工作面，占所有突出次數(shù)的66. 2%，平均突出強(qiáng)度為66. 9 t/次，煤巷掘進(jìn)過程中頻繁的突出成為危及職工生命安全的主要原因。巷道掘進(jìn)是所有采煤工作的第一步，如何實現(xiàn)巷道掘進(jìn)，特別是煤巷掘進(jìn)之前瓦斯的預(yù)抽，達(dá)到資源開發(fā)利用和煤礦減災(zāi)的雙重目的，一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是隨著開采深度的增加、資源需求的日益強(qiáng)烈、國家一系列關(guān)于煤礦瓦斯災(zāi)害治理強(qiáng)制措施和煤層氣開發(fā)利用鼓勵政策的出臺，都迫切要求有一套系統(tǒng)的、完整的、地面與井下相結(jié)合的瓦斯抽采工藝技術(shù)。特別是新的防突規(guī)定更加強(qiáng)調(diào)了區(qū)域瓦斯治理的重要性，要求“不掘突出頭、不采突出面”，以往突出煤層掘進(jìn)的“四位一體”方案已經(jīng)難以滿足新規(guī)定的要求?，F(xiàn)有的煤巷掘進(jìn)瓦斯預(yù)抽主要有以下兩種方法。一種是在煤層頂?shù)装寰蜻M(jìn)抽采巷道，然后在抽采巷道內(nèi)打穿層鉆孔進(jìn)行煤巷掘進(jìn)的條帶控制。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是穿層鉆孔施工相對本煤層鉆孔施工較為安全，且頂?shù)装逋咚钩椴上锏赖木蜻M(jìn)對煤巷掘進(jìn)條帶來說有一定卸壓作用，其缺點(diǎn)是巷道掘進(jìn)工程量大，對煤層而言鉆穿層孔抽采屬于點(diǎn)式抽采，需要布置的穿層孔數(shù)量多，其鉆孔工程量大，抽采、封孔等材料用量大，抽采成本高。第二種，煤巷掘進(jìn)時在本煤層中打順層鉆孔進(jìn)行瓦斯預(yù)抽。由于在松軟的突出煤巷掘進(jìn)中鉆孔往往會出現(xiàn)塌孔、噴孔、夾鉆和頂鉆現(xiàn)象，甚至?xí)鹈号c瓦斯突出，導(dǎo)致鉆孔距離短，所鉆的孔不成形、抽放及卸壓覆蓋范圍小，掘進(jìn)速度低。特別是重慶地區(qū)所屬煤礦煤層大多為松軟煤層，具有煤層硬度低、瓦斯含量高、透氣性差的特點(diǎn)；突出危險性大，瓦斯災(zāi)害是制約煤礦安全、高效生產(chǎn)的第一因素，現(xiàn)行的瓦斯治理措施已難以滿足高效生產(chǎn)的需求，迫切需要一種新型區(qū)域和局部治理工藝，以徹底改變目前消突困難、接替緊張的局面。中國專利公告號CN 101936153A，公告日期2011年1月5日，發(fā)明創(chuàng)造名稱“水力噴射鉆孔卸壓開采煤層氣的方法”。該方法采用在煤層頂板上部鉆直井并下入金屬套管固井，在煤層段鉆井并下入非金屬套管，利用開窗設(shè)備在在非金屬套管的管壁上開設(shè)多個開窗，利用水力噴射鉆孔設(shè)備在煤層段側(cè)向段開窗處進(jìn)行噴射鉆孔，噴頭前端水力破煤形成孔眼的同時，噴頭后端水力對煤壁實現(xiàn)割縫，并形成卸壓條帶。該方法是在煤層頂板上向本煤層鉆穿層孔，鉆穿層孔雖然相對在本煤層鉆孔而言安全性要高一些，但仍然存在鉆孔時煤層瓦斯泄漏帶來的安全隱患；同時，需要在煤層的井中設(shè)置非金屬套管，不僅影響了鉆孔效率，也造成了材料浪費(fèi)。中國專利公告號CN 101718191A，公告日期2010年6月2日，發(fā)明創(chuàng)造名稱“水力噴射鉆孔卸壓開采煤層氣的方法”，該方法公開了一種利用割縫鉆頭進(jìn)行鉆孔和割縫的一體化作業(yè)方法，該方法雖然需要在煤層的井中設(shè)置非金屬套管，提高了鉆孔割縫效率；但該方法沒有揭示如何確保抽采安全的問題。為此，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鉆孔不通過本煤層，且不需在鉆孔中設(shè)置非金屬管材、抽采安全的磨料射流割穿頂板或底板的卸壓抽采方法。為實現(xiàn)第一目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。—種磨料射流割穿煤層頂板或底板的卸壓抽采方法，該方法包括如下步驟
a、用鉆機(jī)通過鉆桿和割縫鉆頭在半煤巷掘進(jìn)的煤巖體頂板、底板或者硬分層上鉆一順層鉆孔至設(shè)定深度；
b、通過鉆桿向割縫鉆頭輸入壓力為25 30Mpa的高壓磨料水射流且鉆桿原地轉(zhuǎn)動，通過高壓磨料水射流使順層鉆孔的孔壁上形成一徑向割縫，割縫穿透煤巖體的頂板、底板或硬分層和軟分層；
C、鉆桿快速后退1. 5 : 以形成一新的割縫；
d、重復(fù)步驟c，直至順層鉆孔上形成有多個徑向割縫，且位于順層鉆孔孔口部位的割縫距孔口有一設(shè)定距離，以使順層鉆孔的孔口部留有至少5m的安全巖柱；
e、停止高壓磨料水射流，退出鉆桿和割縫鉆頭并用封孔材料封孔；
f、用瓦斯抽采系統(tǒng)抽采瓦斯。采用前述方案的本發(fā)明，由于鉆孔是位于半煤巷掘進(jìn)的煤巖體頂板、底板或者硬分層上，且屬于沿煤層高度方向或者煤層走向的順層鉆孔，不需在本煤層中鉆孔，消除了在本煤層中鉆孔時因瓦斯泄漏帶來的安全隱患，且鉆孔容易形成、封孔效果好；同時，不需要在鉆孔中設(shè)非金屬套管，提高了鉆孔效率和節(jié)省了非金屬管材的消耗，降低了瓦斯抽采成本。利用壓力為25 30Mpa的高壓磨料水射流對軟分層進(jìn)行切割卸壓后，增加煤層透氣性， 瓦斯抽采容易，從而縮短抽采達(dá)標(biāo)時間，提高了生產(chǎn)效率，且割縫效率高；同時，煤層卸壓充分，瓦斯釋放徹底；另外，鉆進(jìn)至設(shè)定位置后，不需另外更換鉆頭，直接輸入高壓磨料水射流進(jìn)行徑向切割，實現(xiàn)鉆割一體化作業(yè)，提高割縫效率。還有，由于位于順層鉆孔孔口部位的割縫距孔口有一設(shè)定距離，且該距離確保順層鉆孔的孔口部留有至少5m的安全巖柱，以確保抽采施工安全。優(yōu)選的技術(shù)方案，當(dāng)煤巖體頂板、底板或者硬分層上形成兩個以上順層鉆孔，在進(jìn)行高壓磨料水射流割縫時，最好相鄰順層鉆孔上的割縫沿鉆孔深度方向相互錯位，以進(jìn)一步增加煤層透氣性，或在確保煤層具有足夠透氣性時，減少割縫數(shù)量，提高割縫效率。優(yōu)選的技術(shù)方案，所述封孔材料封孔的封孔深度在5m以上，確保封孔可靠，無抽采過程中的瓦斯泄漏隱患，進(jìn)一步確保抽采安全。進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述磨料為70 110目的石英砂，磨料在射流混合物中
體積占5%。進(jìn)一步提高割縫效率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是，無鉆孔時因瓦斯泄漏帶來的安全隱患，且鉆孔容易形成、封孔效果好、抽采達(dá)標(biāo)時間短，生產(chǎn)效率高、煤層卸壓充分，瓦斯釋放徹底、 抽采安全。


圖1是本發(fā)明的中半煤巷掘進(jìn)的斷面圖結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明圖1中的A—A剖面圖，其中，割縫位于軟分層方向的深度遠(yuǎn)大于位于煤巖體頂板、底板或者硬分層上的深度。圖3是本發(fā)明在高壓磨料水射流割縫時，割縫鉆頭處于第二割縫處的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明圖1中的B—B剖面圖，在煤巖體頂板、底板或者硬分層上的形成有多個鉆孔和割縫。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施范圍之中。參見圖1、圖2、圖3，一種磨料射流割穿煤層頂板或底板的卸壓抽采方法，該方法包括如下步驟
a、用鉆機(jī)1通過鉆桿2和割縫鉆頭3在半煤巷掘進(jìn)的煤巖體頂板、底板或者硬分層6 上鉆一順層鉆孔4至設(shè)定深度；
b、通過鉆桿2向割縫鉆頭3輸入壓力為25 30Mpa的高壓磨料水射流且鉆桿2原地轉(zhuǎn)動，通過高壓磨料水射流使順層鉆孔4的孔壁上形成一徑向割縫5，割縫5穿透煤巖體的頂板、底板或硬分層6和軟分層7 ；
c、鉆桿2快速后退1.5 : 以形成一新的割縫5 ；
d、重復(fù)步驟c，直至順層鉆孔4上形成有多個徑向割縫5，且位于順層鉆孔4孔口部位的割縫5距孔口有一設(shè)定距離，以使順層鉆孔4的孔口部留有至少5m的安全巖柱；
e、停止高壓磨料水射流，退出鉆桿2和割縫鉆頭3并用封孔材料對順層鉆孔4封孔5m 以上；
f、利用瓦斯抽采系統(tǒng)抽采瓦斯氣。參見圖4，重復(fù)步驟a f，在煤巖體頂板、底板或者硬分層6上形成兩個以上順層鉆孔4，相鄰順層鉆孔4上形成的割縫5大致等距離錯位。所述磨料為70 110目的石英砂，磨料在射流混合物中體積占5%。以上雖然結(jié)合了附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可以意識到對所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出各種變化或修改，這些修改和變化應(yīng)理解為是在本發(fā)明的范圍和意圖之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種磨料射流割穿煤層頂板或底板的卸壓抽采方法，其特征在于該方法包括如下步驟a、用鉆機(jī)(1)通過鉆桿(2)和割縫鉆頭(3)在半煤巷掘進(jìn)的煤巖體頂板、底板或者硬分層(6)上鉆一順層鉆孔(4)至設(shè)定深度；b、通過鉆桿(2)向割縫鉆頭(3)輸入壓力為25 30Mpa的高壓磨料水射流且鉆桿(2) 原地轉(zhuǎn)動，通過高壓磨料水射流使順層鉆孔(4)的孔壁上形成一徑向割縫(5)，割縫(5)穿透煤巖體的頂板、底板或硬分層(6)和軟分層(7)；c、鉆桿(2)快速后退1.5 : 以形成一新的割縫(5)；d、重復(fù)步驟c，直至順層鉆孔(4)上形成有多個徑向割縫(5)，且位于順層鉆孔(4)孔口部位的割縫(5)距孔口有一設(shè)定距離，以使順層鉆孔(4)的孔口部留有至少5m的安全巖柱；e、停止高壓磨料水射流，退出鉆桿(2)和割縫鉆頭(3)并用封孔材料對順層鉆孔(4)封孔；f、用瓦斯抽采系統(tǒng)抽采瓦斯氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料射流割穿煤層頂板或底板的卸壓抽采方法，其特征在于重復(fù)步驟a f，在煤巖體頂板、底板或者硬分層(6)形成兩個以上順層鉆孔(4)，相鄰順層鉆孔(4)上的割縫(5)沿順層鉆孔(4)深度方向相互錯位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磨料射流割穿煤層頂板或底板的卸壓抽采方法，其特征在于所述封孔深度在5m以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磨料射流割穿煤層頂板或底板的卸壓抽采方法，其特征在于所述磨料為70 110目的石英砂，磨料在射流混合物中體積占5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磨料射流割穿煤層頂板或底板的卸壓抽采方法，該方法包括如下步驟a、用鉆機(jī)通過鉆桿和割縫鉆頭在煤巖體頂板、底板或者硬分層上鉆一順層鉆孔至設(shè)定深度；b、通過鉆桿向割縫鉆頭輸入壓力為25～30MPa的高壓磨料水射流且鉆桿原地轉(zhuǎn)動，在順層鉆孔的孔壁上形成一徑向割縫，割縫穿透煤巖體的頂板、底板或硬分層和軟分層；c、鉆桿快速后退1.5～3m以形成一新的割縫；d、重復(fù)步驟c至順層鉆孔上形成多個徑向割縫，且位于順層鉆孔孔口部位的割縫距孔口部留有至少5m的安全巖柱；e、退出鉆桿和割縫鉆頭并封孔；f、用瓦斯抽采系統(tǒng)抽采瓦斯。本發(fā)明的有益效果是，鉆孔無安全隱患，且鉆孔容易形成、封孔效果好、抽采達(dá)標(biāo)時間短，生產(chǎn)效率高、抽采安全。
文檔編號E21F7/00GK102493833SQ20111037978
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者何興玲, 余模華, 周東平, 周聲才, 張正輝, 沈大富, 王文春, 王聯(lián), 王長秀, 郭臣業(yè), 陳坤 申請人:重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司