一種高瓦斯突出煤層“鉆-沖-割”耦合卸壓增透方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高瓦斯突出煤層“鉆-沖-割”耦合卸壓增透方法，尤其適用于穿層鉆孔預(yù)抽高瓦斯突煤層煤巷條帶瓦斯時的卸壓增透。
【背景技術(shù)】
[0002]穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯是目前主要的瓦斯治理措施之一，但我國多數(shù)煤層具有微孔隙、高吸附、低滲透的特點(diǎn)，瓦斯難以有效抽出，必須采取措施增加煤層的透氣性。為此，對于高瓦斯突出煤層的卸壓增透國內(nèi)外學(xué)者研發(fā)了多種鉆孔卸壓增透技術(shù)，通過對煤儲層進(jìn)行改造，降低煤層有效應(yīng)力和瓦斯流動阻力，進(jìn)而提高瓦斯抽采效果，主要包括:松動爆破技術(shù)、注氣增透技術(shù)、水力割縫技術(shù)、水力沖孔技術(shù)等。這些技術(shù)都表現(xiàn)出良好的卸壓、增透、增流作用，但在現(xiàn)場規(guī)?；瘧?yīng)用中受到諸多因素的制約，這里歸納為以下幾點(diǎn):①某些技術(shù)直接作用于強(qiáng)突出的原始煤層，形成劇烈擾動，極易誘發(fā)噴孔等動力現(xiàn)象;②某些技術(shù)采用的高能介質(zhì)不可控，施工安全性難以保障；③工藝繁瑣復(fù)雜，有效影響半徑小，區(qū)域增透效果不理想;④單一技術(shù)適用條件有限，難以滿足不同條件煤體的增透要求。因此，迫切需要研究新的卸壓增透技術(shù)，在整合現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，破解單一技術(shù)的局限性，擴(kuò)展增透技術(shù)的適用范圍，提高區(qū)域煤體的瓦斯抽采效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種工藝簡單、安全可靠，破解單一技術(shù)的局限性，能有效擴(kuò)展增透技術(shù)的適用范圍，提高區(qū)域煤體瓦斯抽采效果的高瓦斯突出煤層“鉆-沖-割”耦合卸壓增透方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的高瓦斯突出煤層“鉆-沖-割”耦合卸壓增透方法，根據(jù)鉆孔施工所處的不同位置分階段調(diào)節(jié)水射流進(jìn)水壓力，鉆進(jìn)時，控制水射流分別進(jìn)行低壓水流鉆進(jìn)和中壓水流沖孔，退鉆時，進(jìn)行高壓水流割縫，按低、中、高壓水流逐級卸壓，實(shí)現(xiàn)穿層鉆孔內(nèi)部“鉆-沖-割”耦合卸壓增透一體化作業(yè)，具體步驟如下:
[0005]a.從底板巖巷向煤層預(yù)抽區(qū)域布置多個穿層鉆孔；
[0006]b.采用壓控一體化鉆頭逐一施工預(yù)抽區(qū)域布置的多個穿層鉆孔，在壓控一體化鉆頭未鉆進(jìn)至煤層時，采用3_5MPa的低壓水射流輔助鉆進(jìn)、排渣，加快鉆進(jìn)速度的同時起到降塵作用；
[0007]c.當(dāng)壓控一體化鉆頭鉆進(jìn)達(dá)煤層底板進(jìn)入煤層時，調(diào)高水射流壓力至8_12MPa，采用中壓水射流在煤層進(jìn)行沖孔，由于壓控一體化鉆頭在鉆進(jìn)過程中前方受壓，壓控一體化鉆頭側(cè)面的噴嘴受壓關(guān)閉，水射流僅通過前部噴嘴沖刷前方煤體，隨著破碎煤體的排出，煤層內(nèi)形成卸壓孔洞，初步釋放煤體內(nèi)能；
[0008]d.對鉆孔口的出煤情況進(jìn)行觀察，判斷煤層賦存情況，當(dāng)鉆孔穿過煤層后停止鉆進(jìn)；
[0009]e.進(jìn)行退鉆，在退鉆的過程中，進(jìn)一步增高水射流的水壓，采用15_25MPa的高壓水射流切割煤體，由于壓控一體化鉆頭前方不再受壓，前部噴嘴關(guān)閉，側(cè)面噴嘴張開，水射流僅從側(cè)面噴嘴噴出，在煤層內(nèi)退鉆的過程中，完成一個個水力割縫槽，從而實(shí)現(xiàn)煤體均勻卸壓；
[0010]f.當(dāng)煤層內(nèi)水力割縫完成后，形成具有特殊形態(tài)的穿層抽采鉆孔，停止向壓控一體化鉆頭輸送高壓水，保持旋轉(zhuǎn)的同時將壓控一體化鉆頭和鉆桿退出鉆孔。
[0011]有益效果:本發(fā)明針對現(xiàn)存的多種鉆孔卸壓增透措施存在的強(qiáng)突出的原始煤層直接施工易誘發(fā)噴孔、高能介質(zhì)不可控安全性差、工藝繁瑣復(fù)雜、有效影響半徑小、區(qū)域增透效果不理想以及單一技術(shù)適用條件有限，難以滿足不同條件煤體的增透要求等問題，通過將水力沖孔和水力割縫的有機(jī)結(jié)合，利用“鉆-沖-割”專用裝備，實(shí)現(xiàn)鉆孔內(nèi)部“低壓鉆進(jìn)-中壓沖孔-高壓割縫”的耦合作業(yè)，使預(yù)抽區(qū)域煤體發(fā)生形變、位移，形成網(wǎng)絡(luò)化裂隙，為瓦斯解吸流動提供通道，擴(kuò)大單孔卸壓影響范圍，增加煤層透氣性，使瓦斯更易抽出，提高瓦斯抽采效率。在采用穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯措施基礎(chǔ)上，結(jié)合了水力沖孔與水力割縫的技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了“低壓鉆進(jìn)-中壓沖孔-高壓割縫”的耦合一體化作業(yè)，提高卸壓鉆孔的影響范圍；“鉆-沖-割”耦合卸壓后預(yù)抽區(qū)域煤體發(fā)生形變、位移，形成網(wǎng)絡(luò)化裂隙，為瓦斯解吸流動提供通道，使瓦斯更易抽出；通過控制水射流進(jìn)行逐級卸壓，可以逐漸釋放煤體內(nèi)能，消除噴孔發(fā)生的動力，保障施工的安全性;應(yīng)用該方法可以擴(kuò)大單孔卸壓影響范圍，增加煤層透氣性，提高瓦斯抽采效率，進(jìn)而減少預(yù)抽鉆孔數(shù)量，縮短預(yù)抽時間，且施工工藝簡單，裝備安全可靠，對不同賦存狀態(tài)的煤層均具有良好的適應(yīng)性。本發(fā)明可以使穿層鉆孔數(shù)減少32.5%，穿層鉆孔長度減少42.9%，煤巷區(qū)域消突效果顯著，掘進(jìn)速度明顯提高，起到了良好的卸壓增透效果，為高突煤層瓦斯抽采提供了可靠的技術(shù)保障，具有極好的推廣價值。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的穿層鉆孔布置示意圖。
[0013]圖2(a)是本發(fā)明的低壓鉆進(jìn)時結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2(b)是本發(fā)明的中壓沖孔時結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2(c)是本發(fā)明的高壓割縫時結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1-底板巖巷，2-煤層，3-穿層鉆孔，4-煤巷，5-煤層底板，6_煤層頂板，7_壓控一體化鉆頭，8-鉆桿，9-卸壓孔洞，10-卸壓縫槽，11 -具有特殊形態(tài)的穿層抽采鉆孔。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖中的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0018]本發(fā)明的高瓦斯突出煤層“鉆-沖-割”耦合卸壓增透方法，根據(jù)鉆孔施工所處的不同位置分階段調(diào)節(jié)水射流進(jìn)水壓力，鉆進(jìn)時，控制水射流分別進(jìn)行低壓水流鉆進(jìn)和中壓水流沖孔，退鉆時，進(jìn)行高壓水流割縫，按低、中、高壓水流逐級卸壓，實(shí)現(xiàn)穿層鉆孔3內(nèi)部“鉆-沖-割”耦合卸壓增透一體化作業(yè)，具體步驟如下:
[0019]a.從底板巖巷1向煤層2預(yù)抽區(qū)域布置多個穿層鉆孔3;
[0020]b.采用壓控一體化鉆頭7逐一施工預(yù)抽區(qū)域布置的多個穿層鉆孔3，在壓控一體化鉆頭7未鉆進(jìn)至煤層2時，采用3-5MPa的低壓水射流輔助鉆進(jìn)、排渣，加快鉆進(jìn)速度的同時起到降塵作用；
[0021]c.當(dāng)壓控一體化鉆頭7鉆進(jìn)達(dá)煤層底板5進(jìn)入煤層2時，調(diào)高