一种突出煤层钻孔水力吞吐增透方法
【专利摘要】一种突出煤层钻孔水力吞吐增透方法。通过水力吞吐，在钻孔周围煤体形成高速流动水体，携带出粉煤与瓦斯，提高瓦斯抽放效果。钻孔施工完成后，安装供排液管路，采用初始供液压力供液使钻孔周围煤体致裂。而后关闭供液系统，开启排液系统，根据煤水浆和瓦斯浓度确定最大和最小临界压力，将最大临界压力设置为供液程控阀关闭压力和排液程控阀开启压力，将最小临界压力设置为供液程控阀开启压力和排液程控阀关闭压力，由数字压力表数值实时控制两个程控阀的开启和关闭，实现钻孔周围煤体的程控水力吞吐操作。当煤水浆和瓦斯浓度降到最低设定值时，提高最大临界压力，重新进行水力吞吐操作，直到提高最大临界压力不能明显改变煤水浆和瓦斯浓度为止。
【专利说明】 一种突出煤层钻孔水力吞吐增透方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种突出煤层钻孔水力吞吐增透方法，尤其是松软煤层的钻孔增透、消突、减尘的方法。
【背景技术】
[0002]随着煤炭开采机械化程度的提高，煤矿生产中的瓦斯和煤尘问题越来越突出，煤与瓦斯突出是煤矿生产中一种严重的自然灾害，煤尘在达到一定浓度时也会发生爆炸，而且会导致煤矿工人患上尘肺病，对煤矿工人的安全和健康带来严重威胁。因此，如何解决煤矿生产中煤与瓦斯突出和煤尘超标是煤矿安全生产中的重要课题。
[0003]针对如此现象，煤炭行业采取如下防治措施:(I)煤层抽放瓦斯，即经过负压抽采释放煤层中瓦斯，降低瓦斯压力与瓦斯含量，防止煤与瓦斯突出事故发生；(2)水力压裂，即向煤层高压注水，迫使煤层产生裂隙，增加透气性，而后诱导煤层中气体排出，减小煤层瓦斯压力和瓦斯含量，预防煤与瓦斯突出或冲击地压的发生。同时又起到防尘、防自然发火的作用。
[0004]目前，煤层注水在预防煤与瓦斯突出事故中取得了一定程度的效果，但是该技术仍然存在一定的盲目性。在进行高地应力条件下突出煤层钻孔水压致裂增透时，当水体压力降低后，张开的裂隙空隙在地应力作用下重新闭合，无法维持裂隙空隙的张开状态，因此，很难取得增透的效果。当用砂粒等材料维持裂隙空隙存在时，由于松软煤体结构强度低，无法经受砂粒集中应力的作用而发生破坏调整，最终还是不能取得满意的增透效果。
【发明内容】
[0005]本发明一种突出煤层钻孔水力吞吐增透方法，旨在针对已有技术中存在的问题，以清洗煤体中粉煤、保留煤体中强度较高块煤的思路，提供一种方法简单，操作方便，控制性好，安全可靠，效果好的煤与瓦斯突出防治及减尘一体化的方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:一种突出煤层钻孔水力吞吐增透方法，包括钻孔、封孔、增压、吞吐等程序。实现该方法需要的装置包括:注液泵、排液泵、高压铝塑管、程控阀、三通阀、压力表、封孔器、带孔的高压胶管。
[0007]所述带孔的高压胶管放置于达到设计深度的钻孔中，孔口段用封孔器封孔，防止高压水或瓦斯从带孔高压胶管和孔壁之间的空隙流出。所述带孔高压胶管的小孔大小和间距可根据粉煤冲洗效果调整。
[0008]所述注液泵通过高压铝塑管、程控阀、三通阀向高压胶管供液、高压液体通过高压胶管小孔进入钻孔周围煤体，通过高压增加原煤裂隙或扩大煤体原有裂隙。
[0009]所述排液泵通过高压铝塑管、程控阀、三通阀、高压胶管小孔从钻孔周围煤体中排液。
[0010]所述排液泵为煤水泵。
[0011]所述供液高压铝塑管、带孔高压胶管均可承受系统最大压力和最小负压。[0012]本方法通过清洗煤体中的粉煤来增加钻孔周围煤体中的渗透性，钻孔周围煤体中水体经过高压胶管小孔向高压胶管内渗流时速度过慢则不利于携带出粉煤。高压水自动流出时，内外水头差衰减较快，水体流速也衰减较快，不利于粉煤的携带；另外，水体一直单向从高压胶管外向高压胶管内渗流，将导致高压胶管小孔的封堵，不利于后续粉煤的流出。因此，采用两个程控阀交替开启，注液泵和排液泵交替工作的办法，使小孔内外保持较大水头差，将水体维持在高速流动状态，而高速有利于粉煤的携带排出，而且由于水体从高压胶管小孔交替流入和流出，则不会长期封堵小孔。
[0013]在高压铝塑管安装数字压力表，该数字压力表数字可用于控制供液程控阀和排液程控阀；当高压铝塑管内压力达到较低临界值时，开启供液程控阀并关闭排液程控阀，由供液泵供液；当高压铝塑管内压力达到较高临界值时，开启排液程控阀并关闭供液程控阀，由排液泵排液。如此循环往复多次，直到排出煤水浓度较低，且瓦斯浓度较低时，可拆除钻孔外装置，将钻孔内高压胶管联入瓦斯抽排系统，进行瓦斯长期抽放。
[0014]抽出煤水浆及高浓度瓦斯由专用管道排出。
[0015]对于钻孔来说，供液泵供水和排液泵排水，就是吞水和突水，通过反复吞水和突水，排出钻孔周围煤体中粉煤颗粒，留下强度较高块煤，可以较容易保留下可作为瓦斯渗流通道的裂隙，提高煤体瓦斯抽采效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的一种突出煤层钻孔水力吞吐增透方法示意图。
[0017]图中:I为供液泵；2为供液高压铝塑管；3为供液程控阀；4为三通阀；5为排液泵；6为排液高压铝塑管；7为排液程控阀；8为供排液高压铝塑管；9为数字压力表；10为带孔高压胶管；11为封孔器；12为钻孔；13为带孔高压胶管小孔；14为煤体。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0019]本发明提供了一种突出煤层钻孔水力吞吐增透方法。
[0020]如图1所示，本发明的具体步骤如下。
[0021 ] ( I)钻孔施工到设计深度后，取出钻杆，将带孔高压胶管10放入钻孔12内，并在孔口附近安装封孔器11，防止高压水从带孔高压胶管10与孔壁之间的空隙中流出。
[0022](2)连接钻孔外装置包括供液泵1、排液泵5、供液程控阀3、排液程控阀7、三通阀
4、数字压力表9、供液高压铝塑管2、排液高压铝塑管6、供排液高压铝塑管8，并连接供排液高压铝塑管8与带孔高压胶管10。
[0023](3)关闭排液泵5和排液程控阀7，开启供液泵I和供液程控阀3，使钻孔12内水压增加，高压水通过带孔高压胶管小孔13进入钻孔周围煤体，在保持封孔器11有效的情况下，达到根据地应力情况设计的致裂压力，并稳定高压一段时间，使钻孔12周边煤体14的应力状态和裂隙网络保持不变。
[0024](4)关闭供液泵I和供液程控阀3，开启排液泵5和排液程控阀7，抽出钻孔周围煤体中水体，若煤水浆浓度较高或瓦斯浓度较高，将供液程控阀3的开启压力和排液程控阀7的关闭压力定为开启排液泵后数字压力表9的最低压力，将排液程控阀7的开启压力和供液程控阀3的关闭压力定为开启供液泵后数字压力表9的最高压力，由数字压力表9的压力数值信号控制供液程控阀3和排液程控阀7，以实现钻孔周围煤体中水体的自动吞吐转换；直到煤水浆浓度和抽排瓦斯浓度都降低到设定值以下。
[0025](5)若步骤(4)中煤水浆浓度和瓦斯浓度都较低，则进一步提高排液程控阀7的开启压力和供液程控阀3的关闭压力，重复步骤(3)和步骤(4)。
[0026](6)当提高水压对排放钻孔周围煤粉和瓦斯效果没有明显提高时，则疏干钻孔水体，拆除钻孔外装置，将钻孔内带孔高压胶管联接到瓦斯抽放系统的瓦斯集中排放管。
[0027](7)到下一个钻孔使用该方法时，重复步骤(I)?(6)。
[0028]以上所述，只是本发明的具体实施例，并非对本发明作出任何形式上的限制，在不脱离本发明的技术方案基础上，所作出的简单修改、等同变化或修饰，均落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种突出煤层钻孔水力吞吐增透方法，其特征在于包括如下步骤， a.钻孔施工到设计深度后，取出钻杆，将带孔高压胶管10放入钻孔12内，并在孔口附近安装封孔器11，防止高压水从带孔高压胶管10与孔壁之间的空隙中流出； b.连接钻孔外装置包括供液泵1、排液泵5、供液程控阀3、排液程控阀7、三通阀4、数字压力表9、供液高压铝塑管2、排液高压铝塑管6、供排液高压铝塑管8，并连接供排液高压铝塑管8与带孔高压胶管10 ;所述供液高压铝塑管2、排液高压铝塑管6、供排液高压铝塑管8、带孔高压胶管10均可承受系统最大压力和最小负压； c.关闭排液泵5和排液程控阀7，开启供液泵I和供液程控阀3，使钻孔12内水压增力口，高压水通过带孔高压胶管小孔13进入钻孔周围煤体，在保持封孔器11有效的情况下，达到根据地应力情况设计的致裂压力，并稳定高压一段时间，使钻孔12周边煤体14的应力状态和裂隙网络保持不变； d.关闭供液泵I和供液程控阀3，开启排液泵5和排液程控阀7，抽出钻孔周围煤体中水体，若煤水浆浓度或瓦斯浓度较高，将供液程控阀3的开启压力和排液程控阀7的关闭压力定为开启排液泵后数字压力表9的最低压力，将排液程控阀7的开启压力和供液程控阀3的关闭压力定为开启供液泵后数字压力表9的最高压力，由数字压力表9的压力数值信号控制供液程控阀3和排液程控阀7，以实现钻孔周围煤体中水体的自动吞吐转换；直到煤水浆浓度和抽排瓦斯浓度都降低到设定值以下； e.若步骤(d)中煤水浆浓度和瓦斯浓度都较低，则进一步提高排液程控阀7的开启压力和供液程控阀3的关闭压力，重复步骤c和步骤d ； f.当提高水压对排放钻孔周围煤粉和瓦斯效果没有明显提高时，则疏干钻孔水体，拆除钻孔外装置，将钻孔内带孔高压胶管联接到瓦斯抽放系统的瓦斯集中排放管； g.到下一个钻孔使用该方法时，重复步骤(a)?(f)。
【文档编号】E21B21/00GK103993901SQ201410172938
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】郭保华, 王辰霖, 田采霞, 席可峰, 陈岩, 马擎, 王龙, 李冰洋, 郭文兵 申请人:河南理工大学