[发明专利]低渗煤层瓦斯抽采设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及低渗煤层瓦斯抽采设备及方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下的重要的灾害之一。瓦斯压力是煤与瓦斯突出的重要条件之一，而瓦斯含量的多少直接影响着瓦斯压力的大小。为了解决煤矿瓦斯带来的诸多危害，国内外瓦斯治理工作者经过多年的理论和实践探索，主要采取了开采保护层、密集钻孔、高负压抽放、煤层注水、超前注水、松动爆破、水力冲孔、水力冲刷、金属骨架、水力挤出、水力压裂等方法进行了瓦斯抽放，同时辅助瓦斯通风系统，使煤与瓦斯突出事故大大减少，但我国煤储层大多“低压、低渗”，这样的特点不仅使瓦斯抽放半径小、钻孔间距小、密度大、工程量大大增加，煤矿掘进速度远远低于采煤速度，严重影响着煤矿生产；同时，由于煤层低渗，瓦斯抽采浓度低、瓦斯利用率低。尤其对于松软煤层，虽采取各种储层激励措施，但效果往往不甚理想。究其原因，除了煤储层本身原因外，工艺技术与煤储层的不完全匹配也是造成抽放效果差的主要原因。松软煤层强度低、易碎等特点决定了采取传统的水力挤出、水力压裂等方法只会让煤颗粒移动，而不能在煤中形成有效的裂隙通道，如何使煤层中的应力释放，使松软煤层的裂隙张开，建立瓦斯与外界的一条高速通道是提高瓦斯抽放效率、加大钻孔间距、减少钻孔工程量、减少瓦斯突出事故、采掘衔接更紧密、煤炭产量提高的关键。

发明内容

本发明的目的是针对瓦斯预抽过程中，煤储层透气性差、钻孔间距小、预抽瓦斯效果差等问题，通过振动和水力射流一起作用，使煤储层应力得到有效释放，提高煤储层导流能力、减少钻孔工程量、提高采煤速度、降低成本的低渗煤层瓦斯抽采设备及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种低渗煤层瓦斯抽采设备，包括空心的钻杆，钻杆末端通过管路连接高压水泵，高压水泵连通水箱，钻杆杆身间隔设置喷嘴，钻杆内设置振动器。

所述振动器包括由电机通过转轴带动的偏心块，电机位于钻杆外。

所述偏心块横截面为扇形、轴向剖面为梯形且梯形小端朝向钻杆前端，偏心块的圆心处焊接于转轴上，偏心块外圈的钻杆部分径向截面也对应偏心块为梯形状，在钻杆梯形部分外圈沿周圈间隔设置卡孔楔块，相邻卡孔楔块之间通过弹簧连接，每个卡孔楔块与钻杆梯形部分均为螺纹连接，所述卡孔楔块横截面均为圆弧形，卡孔楔块与钻杆螺纹连接的内壁为与钻杆梯形部分相适配的梯形。

所述振动器沿钻杆长度方向间隔设置，偏心块均通过与电机连接的转轴带动；偏心块两端的钻杆内固设有两均带通水孔的定位件。

所述偏心块横截面呈扇形状，钻杆内偏心块的外圈套设有钢管；所述定位件包括位于钢管两端外固设于钻杆内壁的竖直钢板，两竖直钢板固设有轴承，转轴装配于轴承上，两钢板上均设有位于钢管外的透水孔。

所述管路包括高压软管，从高压水泵至钻杆末端的高压软管上依次设置控制阀、流量计。

所述钻杆前端和钻杆末端均设有密封装置，所述密闭装置包括垂直交叉固设于钻杆末端的两钢筋，两钢筋朝向钻杆内的里侧设有中间夹设橡胶板的两钢板，两钢板螺栓连接，橡胶板直径大于钻杆前端和钻杆末端的开口处直径；所述转轴、高压软管均穿插过钻杆末端的密封装置，且钻杆末端设置压力传感器。

所述卡孔楔块的周圈设有径向倾斜延伸的钢筋。 

使用上述低渗煤层瓦斯抽采设备进行瓦斯抽采的方法，先设置低渗煤层瓦斯抽采设备，将所述钻杆送入钻孔，水箱内注水，根据煤体结构选择是否开启振动器，若为软煤层可先开启振动器振动煤层，然后通过高压水泵将高压水送到钻杆并通过喷嘴喷射煤层；若为硬煤层，则开启高压水泵，高压水泵将水送入钻杆并从钻杆的喷嘴作用到煤层，或者可进行水射流同时开启振动器振动煤层。

所述振动器包括由电机通过转轴带动的偏心块，电机位于钻杆外；所述偏心块横截面为扇形、轴向剖面为梯形且梯形小端朝向钻杆的前端，偏心块外圈的钻杆部分径向截面也对应为梯形状，在钻杆梯形部分外圈沿周圈间隔设置卡孔楔块，相邻卡孔楔块之间通过弹簧连接，每个卡孔楔块与钻杆梯形部分均为螺纹连接，所述卡孔楔块横截面均为圆弧形，卡孔楔块的与钻杆螺纹连接的内壁为与钻杆梯形部分相适配的梯形；当需开启振动器时，先在卡孔楔块周圈设置径向倾斜延伸的钢筋，钢筋插入煤体，这时通过旋转钻杆，钻杆向煤层内移动的同时，卡孔楔块在钻杆梯形部分上向钻杆末端的方向移动，各卡孔楔块向外扩散直到与煤壁接触为止，然后开启电机带动整个振动器振动。