本发明属于能源及煤矿安全领域，具体涉及基于可控冲击波技术的煤矿井下钻孔增透方法。
背景技术：
我国大陆煤层地质条件复杂，主要煤田经受了多期次、多方向和强度较大的改造，且煤层多强烈变形，多数煤田煤体构造破碎严重，ⅲ、ⅳ类煤所占比例较重，煤质松软、坚固性系数偏小，煤层透气性低，渗透率一般在(0.001-0.1)×10-3μm范围内，瓦斯抽采效果不佳，造成瓦斯治理困难。随着采掘活动向纵深延伸，煤层瓦斯赋存以“三高一低”(高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量及低渗透性)为主要特征，常规的瓦斯抽采技术难以发挥作用，抽采率低下，抽采效果不明显，瓦斯事故仍时有发生，因此，采用强制增透煤层的瓦斯治理措施势在必行。
目前，我国煤矿常规的瓦斯治理方式主要有密集钻孔和深孔预裂爆破等技术，但存在以下缺点：
煤矿井下常规钻孔的布孔间距为1～2m，钻孔深度50～100m，预抽时间为15～30天，是一种常用的、劳动强度和施工密集型的煤层瓦斯治理手段，其存在的缺陷是钻孔施工量多、工人劳动强度大，预抽效果持续时间短，煤层瓦斯抽放效果不佳；
深孔预裂爆破或二氧化碳压裂等体积压裂技术在钻孔中只能对煤层进行一次性、但不能全孔段实施的增透作业。首要缺陷就是用药量掌控不好，则会造成钻孔坍塌或钻孔报废；更有甚者会因追求预裂煤层的效果而增大装药量，极有可能引起冲击矿压等恶性事故。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述传统方法的缺点，根据煤层的性质和结构特点，提出一种基于可控冲击波技术的煤矿井下钻孔增透方法，在不伤害煤层的情况下，实施全孔段的增透作业，提高煤层的渗流能力、解吸能力和抑制煤层的再吸附能力，降低钻孔施工量，提高钻孔抽放流量、缩短钻孔预抽时间，最终保障矿井生产接续和降低安全生产成本。
为了完成上述目的，本发明的具体技术解决方案是：基于可控冲击波技术的煤矿井下钻孔增透方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1)安装封孔管、孔口法兰和孔口密封装置；
2)钻机通过钻杆将可控冲击波产生设备送入钻孔内；
3)关闭孔口密封装置，向钻孔内注水；
4)当钻孔内充满水且水压达到0.1-0.3mpa后，启动可控冲击波产生设备的控制器，将整个钻孔的孔底至距孔口设定距离处的长度分为多个作业段，从最底端的作业段的作业点开始实施增透作业；
5)每完成一个作业点的作业量后，打开孔口密封装置，利用钻机将钻杆回抽到下一个作业段的作业点位置，再次关闭孔口密封装置，注水继续该作业点作业；
6)重复步骤5)，所有作业点处理完毕后，钻机将可控冲击波产生设备抽出该钻孔；
7)将该钻孔接通矿井抽放系统，负压抽放瓦斯。
进一步地，所述步骤2)中将可控冲击波产生设备送入钻孔内之前采用大排量清水冲洗钻孔。
进一步地，所述可控冲击波产生设备产生的冲击波峰值压力不大于150mpa，冲击波脉宽小于30μs。
进一步地，将整个钻孔孔底至距孔口30米处的长度分为多个作业段，每个作业段长度和在每个作业点实施的作业次数根据煤层的物性和力学参数确定。
进一步地，每个作业段的长度为5-20米，通过冲击波产生设备的移动，逐段进行作业，实现对整个钻孔全孔段的增透作业。
进一步地，每个作业点的作业次数大于3次，每一次作业对下一次作业都是一次疲劳的过程，通过疲劳作用，扩展煤层裂隙。
进一步地，可控冲击波产生设备的作业点为每个作业段的中部，可将冲击波产生均匀地作用于每个作业段。
进一步地，在钻孔内套设有玻璃钢筛管，可以在钻孔内形成支撑孔壁，防止钻孔垮塌。
上述可控冲击波产生设备采用金属丝电爆炸等离子体驱动含能材料产生冲击波。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明所采用的可控冲击波技术是纯物理方法，利用注入钻孔内的水作为传递的介质，因此不伤害煤层。
2、因可控冲击波产生设备的能量可控优势，本发明可在保护钻孔稳定的前提下，实施增透作业，避免能量可控性差的措施引起冲击矿压的问题。
3、针对难以成孔的松软煤层，可根据煤层物性对钻孔安装筛管支护孔壁，在筛管进行冲击波增透作业。
4、将钻孔分为多个作业段，通过冲击波产生设备的移动，逐段进行作业，实现对整个钻孔全孔段的增透作业，不仅可以对煤层进行精细处理，还可有选择的处理需要处理的区段。
5、本发明利用孔口装置的密封功能，使冲击波产生设备在水中工作，因是水中作业，且钻孔内有一定水压，可满足相关煤矿安全规定之要求，并能高效的耦合冲击波到煤层。
6、本发明可以对每一个作业点进行多次重复作业，每一次作业对下一次作业都是一次疲劳的过程，通过疲劳作用，扩展煤层裂隙。
7、可控冲击波产生设备产生的冲击波可剥离煤层孔隙、裂隙、渗流通道中附着在煤岩表面的杂物，起到解除煤层堵塞作用，提高煤层渗流能力。
8、本发明由于对煤层采用多次冲击作用，使煤岩分子与吸附气体的范德华健不仅断裂，而且遭受强烈破坏，加速煤层瓦斯的解吸、抑制煤层再吸附能力。
附图说明
图1是本发明的作业流程图；
图2是本发明的可控冲击波产生设备图；
图3是本发明使用的可控冲击波产生设备在煤矿井下的现场施工图；
图4是本发明可控冲击波技术在硬煤层中实施增透作业的现场施工示意图；
图5是硬煤层中未实施增透的瓦斯流量；
图6是本发明可控冲击波在硬煤层钻孔实施增透后的瓦斯流量；
图7是本发明可控冲击波在硬煤层中实施增透后相聚5米的邻孔瓦斯流量；
图8是本发明可控冲击波在硬煤层中实施增透后相聚15米的邻孔瓦斯流量。
图中：1-钻机，2-钻杆，3-可控冲击波产生设备，4-孔口密封装置，5-封孔管，6-孔口法兰，31-能量转换器，32-能量控制器，33-储能电容器，34-高压直流电源。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
参见图1，基于可控冲击波技术的煤矿井下钻孔增透方法，包括以下步骤：
1)在钻孔内套设有玻璃钢筛管，可以在钻孔内形成支撑孔壁，防止钻孔垮塌。
2)安装封孔管5、孔口法兰6和孔口密封装置4；
3)大排量清水冲洗钻孔，将孔内煤渣及大颗粒杂质冲洗干净；
4)钻机1通过钻杆2将可控冲击波产生设备3送入钻孔内；
5)关闭孔口密封装置4，向钻孔内注水；
6)当钻孔内充满水且水压达到0.1-0.3mpa后，可控冲击波产生设备的控制器加电，启动可控冲击波产生设备的控制器，将整个钻孔的孔底至距孔口设定距离处的长度分为多个作业段，从最底端的作业段的作业点开始实施增透作业；
7)每完成一个作业点的作业量后，打开孔口密封装置4，利用钻机1将钻杆2回抽到下一个作业段的作业点位置，再次关闭孔口密封装置，注水继续该作业点作业；
8)重复步骤5)，所有作业点处理完毕后，钻机1将可控冲击波产生设备3抽出该钻孔；
9)将该钻孔接通矿井抽放系统，负压抽放瓦斯。
在所有的作业开始前应先选择冲击波参数，主要参数有：冲击波峰值压力和冲击波脉宽。
如图3所示，每个作业段长度和在每个作业点实施的作业次数根据煤层的物性和力学参数确定。整个作业段的最大长度为钻孔的孔底至距孔口30米处的长度，也可设置为钻孔的孔底至距孔口40米或50米处的长度，根据具体煤层确定。每个作业段的长度均为5-20米，通过冲击波产生设备3的移动，逐段进行作业，实现对整个钻孔全孔段的增透作业，每个作业点的作业次数大于3次，每一次作业对下一次作业都是一次疲劳的过程，通过疲劳作用，扩展煤层裂隙，可控冲击波产生设备3的作业点为每个作业段的中部，可将冲击波产生均匀地作用于每个作业段。
上述可控冲击波产生设备3采用金属丝电爆炸等离子体驱动含能材料产生冲击波，可控冲击波产生设备产生的冲击波峰值压力不大于150mpa，冲击波脉宽小于30μs。如图2所示，可控冲击波产生设备，高压直流电源34、储能电容器33、能量控制器32以及能量转换器31集成一个同轴型整体，高压直流电源34给储能电容器33充电，当储能电容器33充电到设定值时，能量控制器32打开给能量转换器31加压产生冲击波进行作业。
如图4所示，钻机边的四个距离观察孔由近及远分别对应图5未增透的瓦斯流量、图6实施增透后的瓦斯流量、图7实施增透后相聚5米的的瓦斯流量和图8实施增透后相聚15米的瓦斯流量。本方法在硬煤层中实施时，如图5所示，未进行增透的煤层百米瓦斯流量仅仅0.008m3/hm·min，且以指数规律衰减。如图6所示，钻孔进行增透作业后，百米瓦斯流量增加到0.04m3/hm·min以上，呈上升趋势。如图7所示，相邻5米的钻孔百米瓦斯流量增加更多，百米瓦斯流量达到0.2m3/hm·min。如图8所示，距离增透作业孔15米的邻孔中，百米瓦斯流量也达到了0.1m3/hm·min。从增透后的邻孔流量增加现象说明有效增透区域达到了15米，但相邻5米的钻孔流量增加最多。