[发明专利]基于可控冲击波技术的煤矿井下钻孔增透方法

说明书

技术领域

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。

发明内容

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。