钻孔内水力冲孔与预裂爆破联合增透抽采系统的施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及钻孔内水力冲孔与预裂爆破联合增透抽采系统的施工方法。
【背景技术】
[0002]我国能源资源具有“富煤、贫油、少气”的赋存特征。在能源工业结构中，根据BP英国石油公司报告，2013年我国能源消费结构持续改进，煤炭消费量占一次能源消费总量的67.5%，创历史新低，但高出世界目前平均水平近40个百分点。因此，在今后相当长的时间里，煤炭依旧我国的主要能源，保证煤矿安全生产是国民经济可持续发展重要保障。由于国内95%的煤矿开采是井下作业，煤层赋存条件复杂，大部分矿井进入了深部开采时期。煤层埋深的增加使煤层中的地应力增大、瓦斯含量与瓦斯压力也在不断增大以及煤层及围岩的透气性减小，从而增加了煤层的煤与瓦斯突出的隐患。据统计，全国95%以上的高瓦斯和突出矿井开采的煤层属于低透气性煤层，导致瓦斯抽采影响范围小、衰减速度快、抽采难度大，而且大多数矿井区域内不具备保护层开采条件，常规瓦斯抽采技术无法有效解决增大煤储层渗透性的难题，直接造成矿井瓦斯抽采率低下，“钻、抽、采、掘”比例失衡。因此需要采取一定的卸压增透措施，增加煤层透气性，提高瓦斯抽放效果，能够有效地减少采掘工作面突出事故的发生。
[0003]针对上述问题，国内外煤炭科研人员进行了广泛的试验与研究，目前主要采取煤层内卸压增透方法。层内卸压增透方法有超前排放钻孔、深浅孔控制爆破、煤层注水、水力压裂、水力挤出、水力割缝、水力冲孔等。但这些单一的方法多数存在钻孔施工工程量大、施工工序复杂和工程投入高、有效影响范围小、抽采时间长等问题，因此需要采取其他更为有效地卸压增透方法，扩大钻孔有效影响范围，提高本煤层瓦斯抽采效果。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种施工工程量小、施工程序简单、有效影响范围大并且抽采效率高的钻孔内水力冲孔与预裂爆破联合增透抽采系统的施工方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:钻孔内水力冲孔与预裂爆破联合增透抽采系统的施工方法，钻孔内水力冲孔与预裂爆破联合增透抽采系统包括水力冲孔装置、预裂爆破装置和瓦斯抽采装置；
水力冲孔装置包括钻探机、钻杆、钻头、高压注水栗、瓦斯粉尘敛集器和水煤气分离器，钻杆上端为出水口，钻杆下端为进水口，高压注水栗的出水口与钻杆进水口连接，钻杆下端与钻探机的动力输出端连接，钻杆上端与钻头固定连接，瓦斯粉尘敛集器通过管道与水煤气分离器入口连接；
预裂爆破装置包括起爆器、钢管、引线和PVC管，PVC管上端插入到钢管中，PVC管上端填充有乳化炸药，在乳化炸药中沿轴向方向每隔Im设置有起爆雷管，PVC管在位于最后一个起爆雷管下方密封填充有炮泥，引线将起爆雷管串联后从PVC管下端伸出；
瓦斯抽采装置包括分支抽采管、总抽采管和瓦斯抽采设备，总抽采管将所有分支抽采管并联后与瓦斯抽采设备连接，分支抽采管上均设有阀门；
所述的使用方法包括以下步骤:
(1)布置钻孔位置;在抽采巷向煤层方向交错布置若干爆破钻孔和冲孔钻孔，爆破钻孔与相邻冲孔钻孔之间的距离为3-6m;
(2)爆破;在爆破钻孔口处安装钢管，并用水泥砂浆密封填充钢管与爆破钻孔之间的空隙，待水泥砂浆凝固接着将乳化炸药填装在PVC管一端，紧邻乳化炸药安装起爆雷管，然后紧邻起爆雷管填装乳化炸药，依次循环填充，相邻起爆雷管之间的距离为Im，紧邻最后一个起爆雷管处密封填充炮泥，在填装乳化炸药及安装起爆雷管的过程中，采用引线将所有的起爆雷管串联并且引线从PVC管下端伸出，PVC管从装填乳化炸药一端到密封填充炮泥处的长度小于爆破钻孔的轴向长度，至此完成炸药装填作业，然后将装填后的PVC管沿钢管送入爆破钻孔，接着将引线与起爆器连接，启动起爆器进行爆破；
(3 )初步瓦斯抽采;爆破后抽出PVC管，并插入分支抽采管，密封填充分支抽采管与钢管之间的空隙，然后将总抽采管与所有分支抽采管并联，连接瓦斯抽采设备与总抽采管，开启瓦斯抽采设备对爆破钻孔内进行初步瓦斯抽采；
(4)初步水力冲孔;采用水力冲孔装置逐一对冲孔钻孔进行水力冲孔作业，冲孔钻孔抽采巷顶部穿过煤层底板，从煤层底板每隔2m—个点进行水力冲孔，直至煤层顶板；
(5)水力切割；启动高压注水栗，操作钻探机，使钻杆往复移动并带动钻头旋转，再次进行水力冲孔切割煤体，在钻孔周围形成裂隙卸压区域，全煤段冲完后，一边退钻头一边冲孔，然后再钻进钻头、再退钻头，如此循环直至冲不出煤，回水变清为止，在水力切割时，启动水煤气分离器将钻孔内流出的水煤渣进行分离;水力冲孔水压为8_15MPa;适用煤层坚固性系数在0.5-1.5范围之内；
(6)永久瓦斯抽采;水力切割作业完毕后，关闭高压注水栗，退出钻杆，立即使用水泥砂浆封孔，抽采钻孔采用钢丝软管与总抽采管连接，进行瓦斯抽采。
[0006]水煤气分离器包括收集器箱体、一级过滤装置、二级过滤装置和两个阻煤挡板;一级过滤装置、二级过滤装置和两个阻煤挡板均设置在收集器箱体内部，收集器箱体为一相对密闭空间，收集器箱体顶部右侧设有气水渣混合物入口，收集器箱体顶部左侧设有抽气口，收集器箱体右下底部从上到下依次设有出水口、煤渣出口和煤泥出口；
一级过滤装置包括第一振动筛网机构和第一动力驱动机构;第一振动筛网机构位于收集器箱体内上部，第一振动筛网机构包括第一不锈钢板和外型呈长方体结构的第一金属钢骨架;第一金属钢骨架左侧和右侧均通过第一刚性弹簧连接有第一三角骨架缓冲板，第一刚性弹簧沿前后方向设有一排，两个第一三角骨架缓冲板分别固定在收集器箱体上部内壁的左侧和右侧且左侧的第一三角骨架缓冲板位于右侧的第一三角骨架缓冲板下方;第一金属钢骨架底部设有外型呈长方形的第一金属滤网，第一金属滤网右侧边沿紧邻第一金属钢骨架底面右侧边沿，第一金属滤网前侧边沿长度小于第一金属钢骨架底面前侧边沿，第一金属滤网上设有位于气水渣混合物入口正下方的第一橡胶缓冲板;第一不锈钢板位于第一金属滤网下方且第一不锈钢板与第一金属滤网平行设置，第一不锈钢板的前侧边沿和后侧边沿均固定在收集器箱体内壁上，第一不锈钢板的左侧与收集器箱体内壁之间具有间隙；第一金属钢骨架底部左侧和右侧均转动连接有第一滚轮，两个第一滚轮均压接在第一不锈钢板上表面;第一不锈钢板左侧边沿设有第一阻水挡板和紧邻第一阻水挡板的第一通孔，第一通孔处连接有出水管一端，出水管的另一端从出水口伸出到收集器箱体外部;第一动力驱动机构包括第一驱动电机和第一振动拉杆，第一驱动电机设置在收集器箱体内部，第一驱动电机主轴键连接有第一驱动盘，第一金属钢骨架上设有第一固定座，第一振动拉杆一端铰接在第一固定座上，第一振动拉杆另一端铰接在第一驱动盘的偏心处；
二级过滤装置包括第二振动筛网机构和第二动力驱动机构;第二振动筛网机构位于第一不锈钢板下方，第二振动筛网机构包括第二不锈钢板和外型呈长方体结构的第二金属钢骨架;第二金属钢骨架左侧和右侧均通过第二刚性弹簧连接有第二三角骨架缓冲板，第二刚性弹簧沿前后方向设有一排，两个第二三角骨架缓冲板分别固定在收集器箱体内壁的