CN112709572A - 基于可控冲击波增透的石门揭煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿技术，具体涉及一种基于可控冲击波增透的石门揭煤方法。本发明的目的是解决现有石门揭煤中存在消突钻孔施工数量过多和成本高，或者消突效果不理想，存在安全隐患的问题，提供一种基于可控冲击波增透的石门揭煤方法。该方法包括以下步骤：1)从巷道向待揭露煤层施工数个增透钻孔；2)固化孔口；3)设参数；4)安装孔口装置；5)将可控冲击波产生设备送至增透作业范围内；6)闭孔注水；7)开始作业；8)每完成一个作业点，开孔，回抽到下一作业点，闭孔，注水继续作业；9)重复步骤8)，待所有作业点处理完毕，结束作业，联管抽采瓦斯；10)重复步骤4)至9)，完成所有钻孔的作业，待抽采达标后，继续掘进巷道直至煤层揭露。

Description

基于可控冲击波增透的石门揭煤方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术，具体涉及一种基于可控冲击波增透的石门揭煤方法。

背景技术

井下由岩石巷道穿层掘进逐渐进入煤层的过程称为揭露煤层或石门揭煤。在石门揭煤的过程中，由于煤层通常瓦斯含量大、压力高，容易造成煤与瓦斯突出，且突出强度大、影响范围广，造成的破坏后果非常严重，甚至可能给矿井带来毁灭性的灾害。所以，必须在石门揭煤前，对目标煤层进行消突处理，使煤层瓦斯压力降至0.74MPa以下，且吨煤瓦斯含量为6-8m³以下，才能继续进行石门掘进和煤层揭露。

如图1和图2所示，现行的石门揭煤过程中多采用由岩石巷道01向待揭露煤层02密集施工消突钻孔03的方式对煤层进行消突处理，需要在由掘进工作面(即掘进巷道01)指向待揭露煤层02方向的平面上布置20多个消突钻孔03(上下左右均布)。通常在施工消突钻孔03前，还需要对巷道01进行注浆固化，或采用金属骨架来支护巷道01附近煤岩体的辅助配合措施，以防止巷道01因结构薄弱诱发突出，这样虽然能消除煤与瓦斯突出危险，但是存在钻孔施工数量多、工作量大、时间长的问题，严重制约了矿井生产，且钻孔施工辅助配合成本高，增加了额外的经费支出。

由于煤层的消突效果和消突时间主要取决于煤层特性，对于透气性较差的煤层，即使增加抽采钻孔数量、延长预抽时间后，消突效果仍不理想，依然常有煤与瓦斯突出事故的发生。

发明内容

本发明的目的是解决现有石门揭煤中存在消突钻孔施工数量过多和时间长、成本高，以及消突效果不理想，存在安全隐患的技术问题，提供一种基于可控冲击波增透的石门揭煤方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)在巷道掘进到距离待揭露煤层100-150m时，从巷道的岩层向待揭露煤层方向施工数个增透钻孔，增透钻孔穿过待揭露煤层后再进入到岩层至少0.5米，增透钻孔经过待揭露煤层的煤层段作为增透作业范围；

2)判断待揭露煤层是否为松软煤层，若是，则在全孔下入筛管支护孔壁，再在孔口位置安装封孔管，而后固化孔口；若否，则仅在孔口位置安装封孔管，而后固化孔口；

3)根据待揭露煤层的厚度和瓦斯参数，设定每个增透钻孔在其增透作业范围内相邻作业点的间距和每个作业点的作业次数；

4)安装孔口法兰和孔口密封装置；

5)利用钻机通过钻杆将可控冲击波产生设备送至增透钻孔的增透作业范围内；

6)利用封孔管、孔口法兰和孔口密封装置关闭孔口，向钻孔内注水；

7)当钻孔内水压达到0.1-0.5MPa后，使可控冲击波产生设备按照步骤3)中确定的孔内相邻作业点的间距和每个作业点的作业次数，从位于孔底的作业点开始实施增透作业；

8)每完成一个作业点的作业量后，打开孔口，利用钻机将钻杆回抽，使可控冲击波产生设备到达下一作业点，再次关闭孔口，向钻孔内注水，当钻孔内水压达到0.1-0.5MPa后，再继续作业；

9)重复步骤8)，待所有作业点处理完毕后，钻机将可控冲击波产生设备抽出增透钻孔，结束该增透钻孔的增透作业，将该增透钻孔接入矿井瓦斯抽采管线进行联管抽采；

10)重复步骤4)至步骤9)，完成所有增透钻孔的增透作业，增透作业结束；待所有增透钻孔的抽采达标后，继续掘进巷道直至煤层揭露。

进一步地，步骤2)中，所述固化孔口为采用水泥浆或马丽散固化孔口。

进一步地，步骤3)中，所述瓦斯参数是指瓦斯压力、瓦斯含量及煤层透气性系数。

进一步地，步骤10)中，所述抽采达标是指煤层瓦斯压力降至0.74MPa以下，且吨煤瓦斯含量为6-8m³以下。

进一步地，步骤2)中，所述封孔管的长度为9-15m。

进一步地，步骤3)中，所述每个作业点的作业次数为3-5次。

进一步地，步骤1)中，所述数个增透钻孔为3-5个。

进一步地，步骤1)中，所述数个增透钻孔的相邻增透钻孔孔口的间距为20±5m。

进一步地，步骤1)中，所述数个增透钻孔的相邻增透钻孔孔口的间距为20m。

本发明相比现有技术具有的有益效果如下：

1、本发明提供的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，由于采用了可控冲击波增透，可控性高，影响范围大，可达20m，且增透钻孔完全穿过待揭露煤层，可以实现待揭露煤层在空间上(即上、下、左、右均超过20m)的均衡增透，在提高瓦斯抽采率的同时，降低待揭露煤层的瓦斯压力，充分增透煤层，有效解除石门揭煤过程中，石门与待揭露煤层因为突然泄压造成的煤与瓦斯突出隐患，消突效果好，有效提高了石门揭煤过程的安全性。

2、本发明提供的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，利用可控冲击波设备在钻孔中对煤层实施增透时，由于采用了可控冲击波影响范围大，可达20m，仅需3-5个钻孔，就可以在煤体中创造裂隙和瓦斯渗流通道，较快地完成待揭露煤体的泄压，不再需要大量钻孔，相比现有常规措施，极大地减少了抽采管路安装量和巷道加固工序，工作量小、时间短，简单易行，使得钻孔和抽采的时间变短，可掩护巷道快速掘进，加快矿井生产进度，极大地节约了经费成本。

3、本发明提供的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，不需要大量钻孔，无需对巷道进行额外的注浆或金属骨架加固等辅助配合措施，更进一步降低了成本，减少了额外的经费支出。

4、本发明提供的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，依靠瓦斯抽采管路的负压所抽出的瓦斯包含钻孔揭露煤体后的游离瓦斯气，以及煤体中大量的吸附瓦斯气，使得煤层瓦斯压力和瓦斯含量得到了真正降低，达到了充分消突的目的。

附图说明

图1为现有石门揭煤方法的瓦斯抽采钻孔布置图；

图2为图1的A-A向视图；

图3为本发明基于可控冲击波增透的石门揭煤方法相应的增透钻孔布置图；

图4为本发明使用可控冲击波产生设备进行增透作业的现场施工示意图；

图5为本发明使用的增透型聚能棒的结构示意图；

附图标记说明：

图1和图2中：

01-巷道；02-待揭露煤层；03-消突钻孔；

图3至5中：

1-巷道；2-待揭露煤层；3-增透钻孔；4-增透作业范围；

5-钻机；6-钻杆；7-可控冲击波产生设备；8-孔口密封装置；9-封孔管；10-孔口法兰。

71-钻杆接手；72-防爆电池组；73-高压直流电源板；74-储能电容器和能量控制器；75-能量转换器；76-聚能棒推送器；77-增透型聚能棒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明。

本发明的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，包括以下步骤：

1)确定掘进巷道1的位置，在巷道1掘进到距离待揭露煤层2为100-150m时，从巷道1的岩层向待揭露煤层2方向施工3-5个增透钻孔3，增透钻孔3一次性穿过待揭露煤层2后再进入到岩层，终孔位置需进入到岩层超过0.5m，巷道1中相邻增透钻孔3孔口的间距为20±5m，优选20m，增透钻孔3经过待揭露煤层2的煤层段作为增透作业范围(即增透位置)4；

2)判断待揭露煤层2是否为松软煤层，若是，则在全孔下入筛管支护孔壁，再在孔口位置安装封孔管9，而后采用水泥浆或马丽散固化孔口；若否，则仅在孔口位置安装封孔管9，而后采用水泥浆或马丽散固化孔口，所述封孔管9的长度为9-15m；

3)根据待揭露煤层2的厚度和瓦斯参数(如指瓦斯压力、瓦斯含量及煤层透气性系数)，设定每个增透钻孔3在其增透作业范围4内相邻作业点的间距和每个作业点的作业次数为3-5次；

4)在钻机5的钻杆6前安装可控冲击波产生设备7，在增透钻孔3孔口处安装孔口法兰10和孔口密封装置8；

5)利用钻机5通过钻杆6将可控冲击波产生设备7送至增透钻孔3的增透作业范围4内；可控冲击波产生设备7通过中心通缆式钻杆与孔外控制器建立通讯连接；孔外控制器向孔内的可控冲击波产生设备7发送工作指令、接收孔内可控冲击波产生设备7的工作状况，实现孔内设备工况的实时监测；

6)利用封孔管9、孔口法兰10和孔口密封装置8关闭孔口，向钻孔内注水；

7)当钻孔内水压达到0.1-0.5MPa后，使可控冲击波产生设备7按照步骤3)中确定的孔内相邻作业点的间距和每个作业点的作业次数，从位于孔底的作业点开始实施增透作业；

8)每完成一个作业点的作业量后，打开孔口，利用钻机5将钻杆6回抽，使可控冲击波产生设备7到达下一作业点，再次关闭孔口，向钻孔内注水，当钻孔内水压达到0.1-0.5MPa后，再继续作业；

9)重复步骤8)，待所有作业点处理完毕后，钻机5将可控冲击波产生设备7抽出增透钻孔3，结束该增透钻孔3的增透作业，将该增透钻孔3接入矿井瓦斯抽采管线进行联管抽采；

10)重复步骤4)至步骤9)，完成所有增透钻孔3的增透作业，增透作业结束；待所有增透钻孔3的抽采达标后，继续掘进巷道1直至煤层揭露；所述抽采达标是指煤层瓦斯压力降至0.74MPa以下，此时吨煤瓦斯含量为6-8m³以下(在此范围内的具体数值需根据施工地当地相关煤矿法规而定)。

如图5所示，所述可控冲击波产生设备7包含同轴依次连接集成一个整体的钻杆接手71、防爆电池组72、高压直流电源板73、储能电容器和能量控制器74、能量转换器75和聚能棒推送器76，所述高压直流电源板73起逆变、升压和整流作用；高压直流电源板73给储能电容器充电，当储能电容器充电到击穿阈值时，大电流击穿能量控制器，储能电容器所储存的电能经能量控制器传递给能量转换器75中的增透型聚能棒77，大电流将增透型聚能棒77气化、电离、***后产生冲击波；所述聚能棒推送器76中可视作业需要装载一定数量的增透型聚能棒77，每消耗一颗增透型聚能棒77再由聚能棒推送器76向能量转换器75处推送下一颗增透型聚能棒77。本发明中的可控冲击波产生设备7可使用由西安闪光能源科技有限公司生产的QZ-Ⅲ型的可控冲击波产生设备7及其相应的聚能棒，其中的聚能棒采用增透型聚能棒77。当然，本发明中的可控冲击波产生设备7亦可以使用能够实现相同功能的其他可控冲击波产生设备。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在巷道(1)掘进到距离待揭露煤层(2)100-150m时，从巷道(1)的岩层向待揭露煤层(2)方向施工数个增透钻孔(3)，增透钻孔(3)穿过待揭露煤层(2)后再进入到岩层至少0.5米，增透钻孔(3)经过待揭露煤层(2)的煤层段作为增透作业范围(4)；

2)判断待揭露煤层(2)是否为松软煤层，若是，则在全孔下入筛管支护孔壁，再在孔口位置安装封孔管(9)，而后固化孔口；若否，则仅在孔口位置安装封孔管(9)，而后固化孔口；

3)根据待揭露煤层(2)的厚度和瓦斯参数，设定每个增透钻孔(3)在其增透作业范围(4)内相邻作业点的间距和每个作业点的作业次数；

4)安装孔口法兰(10)和孔口密封装置(8)；

5)利用钻机(5)通过钻杆(6)将可控冲击波产生设备(7)送至增透钻孔(3)的增透作业范围(4)内；

6)利用封孔管(9)、孔口法兰(10)和孔口密封装置(8)关闭孔口，向钻孔内注水；

7)当钻孔内水压达到0.1-0.5MPa后，使可控冲击波产生设备(7)按照步骤3)中确定的孔内相邻作业点的间距和每个作业点的作业次数，从位于孔底的作业点开始实施增透作业；

8)每完成一个作业点的作业量后，打开孔口，利用钻机(5)将钻杆(6)回抽，使可控冲击波产生设备(7)到达下一作业点，再次关闭孔口，向钻孔内注水，当钻孔内水压达到0.1-0.5MPa后，再继续作业；

9)重复步骤8)，待所有作业点处理完毕后，钻机(5)将可控冲击波产生设备(7)抽出增透钻孔(3)，结束该增透钻孔(3)的增透作业，将该增透钻孔(3)接入矿井瓦斯抽采管线进行联管抽采；

10)重复步骤4)至步骤9)，完成所有增透钻孔(3)的增透作业，增透作业结束；待所有增透钻孔(3)的抽采达标后，继续掘进巷道(1)直至煤层揭露。

2.根据权利要求1所述的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，其特征在于：步骤2)中，所述固化孔口为采用水泥浆或马丽散固化孔口。

3.根据权利要求2所述的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，其特征在于：步骤3)中，所述瓦斯参数是指瓦斯压力、瓦斯含量及煤层透气性系数。

4.根据权利要求3所述的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，其特征在于：步骤10)中，所述抽采达标是指煤层瓦斯压力降至0.74MPa以下，且吨煤瓦斯含量为6-8m³以下。

5.根据权利要求1至4任一所述的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，其特征在于：步骤2)中，所述封孔管(9)的长度为9-15m。

6.根据权利要求5所述的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，其特征在于：步骤3)中，所述每个作业点的作业次数为3-5次。

7.根据权利要求1所述的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，其特征在于：步骤1)中，所述数个增透钻孔(3)为3-5个。

8.根据权利要求7所述的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，其特征在于：步骤1)中，所述数个增透钻孔(3)的相邻增透钻孔(3)孔口的间距为20±5m。

9.根据权利要求8所述的基于可控冲击波增透的石门揭煤方法，其特征在于：步骤1)中，所述数个增透钻孔(3)的相邻增透钻孔(3)孔口的间距为20m。

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