一种钻冲割一体化与注热协同强化煤层瓦斯抽采方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钻冲割一体化与注热协同强化煤层瓦斯抽采方法，尤其适用于微孔隙、低渗透、高吸附的高瓦斯煤层区域瓦斯治理。
【背景技术】
[0002]我国煤层瓦斯赋存具有微孔隙、低渗透、高吸附的特征，煤层平均渗透率介于1.1974X10_18?1.1596X10 _14m2之间，瓦斯预抽率低，严重影响煤矿安全生产。
[0003]目前，以水力割缝、水力冲孔等为代表的水利化措施以其高效的卸压增透作用在我国煤矿区域瓦斯治理过程中得到了广泛应用。但是，由于我国煤层地质条件复杂，煤层渗透率低，单一的水力化措施由于水射流切割及高压水冲击破碎能力的限制导致卸压增透效果有限，瓦斯抽采浓度低，抽采周期长，无法满足高强度的煤炭开采要求。
[0004]此外，相关研宄结果表明，我国煤体孔隙结构主要以微孔为主，构成了大量的瓦斯吸附空间，煤体吸附瓦斯能力强，导致煤体瓦斯含量高，不易解吸，从而使得煤层瓦斯抽采困难，单孔瓦斯抽采流量衰减快，抽采效果差。现有的研宄成果表明，升高温度能够促进煤体瓦斯解吸，提高瓦斯抽采量。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种操作方便，增透效果显著，大幅改善瓦斯抽采效果的钻冲割一体化及注热协同强化煤层瓦斯抽采方法。
[0006]技术方案:本发明的钻冲割一体化与注热协同强化煤层瓦斯抽采方法，包括钻孔、水力冲孔、水力割缝、封孔以及瓦斯抽采，步骤如下:
[0007]a、在底板抽采巷内选定一个注热钻孔位置，围绕注热钻孔位置周围从底板抽采巷穿过煤层底板向煤层施工3?6个瓦斯抽采孔至煤层顶板，然后退钻，按常规封孔后对瓦斯抽米孔进行瓦斯抽米；
[0008]b、采用钻割一体化钻头施工注热钻孔，施工注热钻孔从底板抽采巷穿过煤层底板和煤层直至煤层顶板；
[0009]C、退钻时，向钻杆内通入压力水，压力为5?lOMPa，反复拉动并旋转钻杆，对煤层段进行水力冲孔，使注热钻孔形成孔径为0.4?0.Sm的冲孔钻孔；
[0010]d、将水的压力调到15?25MPa，反复拉动钻杆，在冲孔钻孔内切割出平行于钻孔轴向的缝槽，转动钻杆45?180°，反复拉动钻杆，切割出数条平行于钻孔轴向的缝槽，形成钻冲割钻孔，之后对钻冲割钻孔进行封孔；
[0011]e、实时监测瓦斯抽采孔内的瓦斯浓度变化，当瓦斯浓度低于30%时，开启钻冲割钻孔的孔口，通过蒸汽发生器经耐高温隔热供热管路向钻冲割钻孔内注入高温蒸汽，以提高瓦斯抽采孔内的瓦斯浓度，注热持续I?3h。
[0012]所述的切割出数条平行于钻孔轴向的缝槽宽度为0.5?lm，高为0.02?0.05m。
[0013]所述的数条缝槽为2?8条。
[0014]所述高温蒸汽温度为150?450 °C。
[0015]有益效果:本发明通过在打钻基础上冲孔，在冲孔基础上割缝实现了低压打钻、中压冲孔与高压割缝联合卸压增透。通过水力冲孔扩大卸压空间，通过割缝增大煤体的暴露面积，从而显著提高单个钻孔的卸压增透范围。此外，水力冲孔与水力割缝形成的卸压空间能够显著增大煤体与高温蒸汽的接触面，增大热蒸汽的作用范围，促进煤体瓦斯解吸。本发明克服了单一增透技术的局限性，通过低压打钻、中压冲孔与高压割缝一体化作业，显著提高了单孔卸压范围和煤体有效暴露面积，为热蒸汽驱动煤体瓦斯解吸创造良好的前提条件。本发明能够将单孔瓦斯抽采流量提高I?2倍，瓦斯抽采浓度提高30?50%，瓦斯预抽率提高40?70%，该方法操作简单，实用性强，尤其对于微孔隙、低渗透、高吸附的高瓦斯松软突出煤层区域瓦斯治理具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的剖面图；
[0017]图2是本发明的钻孔布置示意图。
[0018]图中:1-注热钻孔，2-瓦斯抽采钻孔，3-底板抽采巷，4-煤层底板，5-煤层顶板，6-煤层，7-耐高温隔热供热管路，8-蒸汽发生器，9-钻冲割钻孔，10-冲孔钻孔，11-缝槽。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0020]本发明的钻冲割一体化与注热协同强化煤层瓦斯抽采方法，依次在煤层中实施钻孔、水力冲孔、水力割缝、封孔、注入高温蒸汽以及瓦斯抽采，具休步骤如下:
[0021]a、在底板抽采巷3内选定一个注热钻孔I位置，围绕注热钻孔I位置周围从底板抽采巷3穿过煤层底板4向煤层6施工3?6个瓦斯抽采孔2至煤层顶板5，然后退钻，按常规方法封孔后对瓦斯抽采孔2进行瓦斯抽采；
[0022]b、采用钻割一体化钻头施工注热钻孔I，施工注热钻孔I从底板抽采巷3穿过煤层底板4和煤层6直至煤层顶板5 ;
[0023]C、退钻时，向钻杆内通入压力为5?1MPa的高压水，反复拉动并旋转钻杆对煤层6段进行水力冲孔，扩大钻孔半径，使注热钻孔I形成孔径为0.4?0.Sm的冲孔钻孔10 ;
[0024]d、将水的压力调高到15?25MPa，反复拉动钻杆，在冲孔钻孔10内切割出对称且平行于钻孔轴向的缝槽11，转动钻杆45?180°，反复拉动钻杆，切割出数条平行于钻孔轴向的缝槽11，形成钻冲割钻孔9，之后对钻冲割钻孔9进行封孔；所述的切割出数条平行于钻孔轴向的缝槽11宽度为0.5?lm，高为0.02?0.05m，所述的数条缝槽11为2?8条。
[0025]e、实时监测瓦斯抽采孔2内的瓦斯浓度变化，当瓦斯浓度低于30%时，开启钻冲割钻孔9的孔口，通过蒸汽发生器8经耐高温隔热供热管路7向钻冲割钻孔9内注入高温蒸汽，高温蒸汽温度为150?450°C，通过高温蒸汽提高瓦斯抽采孔2内的瓦斯浓度，注热持续I?3h后停止注热。
【主权项】
1.一种钻冲割一体化与注热协同强化煤层瓦斯抽采方法，包括钻孔、水力冲孔、水力割缝、封孔以及瓦斯抽采，其特征在于步骤如下: a、在底板抽采巷(3)内选定一个注热钻孔(I)位置，围绕注热钻孔(I)位置周围从底板抽采巷(3 )穿过煤层底板(4 )向煤层(6 )施工3~6个瓦斯抽采孔(2 )至煤层顶板(5 )，然后退钻，按常规封孔后对瓦斯抽采孔(2)进行瓦斯抽采； b、采用钻割一体化钻头施工注热钻孔(I)，施工注热钻孔(I)从底板抽采巷(3)穿过煤层底板(4)和煤层(6)直至煤层顶板(5)； c、退钻时，向钻杆内通入压力水，压力为5~10MPa，反复拉动并旋转钻杆，对煤层(6)段进行水力冲孔，使注热钻孔(I)形成孔径为0.4-0.Sm的冲孔钻孔(10); d、将水的压力调到15~25MPa，反复拉动钻杆，在冲孔钻孔(10)内切割出平行于钻孔轴向的缝槽(11)，转动钻杆45~180°，反复拉动钻杆，切割出数条平行于钻孔轴向的缝槽(11)，形成钻冲割钻孔(9 )，之后对钻冲割钻孔(9 )进行封孔； e、实时监测瓦斯抽采孔(2)内的瓦斯浓度变化，当瓦斯浓度低于30%时，开启钻冲割钻孔(9)的孔口，通过蒸汽发生器(8)经耐高温隔热供热管路(7)向钻冲割钻孔(9)内注入高温蒸汽，以提高瓦斯抽采孔(2)内的瓦斯浓度，注热持续1~3 ho
2.根据权利要求1所述的一种钻冲割一体化与注热协同强化煤层瓦斯抽采方法，其特征在于:所述的缝槽(11)宽度为0.5~lm，高为0.02-0.05m。
3.根据权利要求1或2所述的一种钻冲割一体化与注热协同强化煤层瓦斯抽采方法，其特征在于:所述的切割出数条平行于钻孔轴向的缝槽(11)为2~8条。
4.根据权利要求1所述的一种钻冲割一体化与注热协同强化煤层瓦斯抽采方法，其特征在于:所述高温蒸汽温度为150~450°C。
【专利摘要】一种钻冲割一体化与注热协同强化煤层瓦斯抽采方法，适用于微孔隙、低渗透、高吸附的煤层区域瓦斯治理。在预定钻冲割钻孔周围一定距离处施工瓦斯抽采孔，封孔后进行瓦斯抽采。采用钻冲割一体化钻头施工钻冲割钻孔并封孔。实时监测瓦斯抽采孔内的浓度变化，当孔内浓度低于30％时，开启钻冲割钻孔孔口，通过蒸汽发生器向其内注入高温水蒸气，之后封闭钻冲割钻孔。通过施工钻冲割钻孔增大卸压空间以及煤体暴露面积，卸除煤体应力，增加煤层透气性，并通过注入高温蒸汽可以促进煤体瓦斯解吸，促进钻孔周围裂纹扩展，进一步增加瓦斯流动通道，实现煤层瓦斯高效抽采。
【IPC分类】E21F7-00, E21B43-24
【公开号】CN104563990
【申请号】CN201510005682
【发明人】林柏泉, 刘厅, 邹全乐, 郭畅, 朱传杰, 姚浩, 闫发志, 孔佳, 洪溢都
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月6日