[发明专利]一种煤层割缝卸压增透和缝槽保持装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿井下瓦斯治理技术领域，涉及煤层瓦斯抽采技术，尤其涉及一种煤层割缝卸压增透和缝槽保持装置及方法。

背景技术

高瓦斯高应力低透气性煤层的开采往往伴随着大量瓦斯涌出及煤与瓦斯突出等灾害，特别是随着开采深度的增加，瓦斯及地应力有明显的增大趋势，煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害对生产的威胁也日趋严重。因此如何有效的解决高瓦斯高应力低透气性煤层开采过程中瓦斯问题，对煤矿安全高效生产具有十分重要的意义。解决高瓦斯高应力低透气性煤层的瓦斯问题主要措施为瓦斯抽采，但高瓦斯高应力低透气性煤层瓦斯不易流动，难以达到预期抽采效果。目前现场在高瓦斯高应力低透气性煤层采用深孔爆破、深孔控制爆破、水力压裂、脉动水力压裂以及水力割缝等措施，但采用以上方法后在煤层形成的裂隙均沿着煤层最新应力方向延伸、缝槽大多与钻孔轴向垂直，根据岩石力学理论，以上方法形成的缝隙或缝槽受煤层主应力影响均难以保持，且瓦斯抽采周期较长，因此以上方法均不能达到理想效果。因而为了有效解决高瓦斯高应力低透气性煤层瓦斯抽采问题，急需寻求一种方法能够在钻孔周围制造有效裂隙或缝槽，且能够使裂隙或缝槽保持更长时间，保证瓦斯抽采和治理效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种煤层割缝卸压增透和缝槽保持装置及方法，以提高水力割缝卸压增透效果，并长时间保持缝槽的存在，结合抽采钻孔密封，增加瓦斯抽采效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种煤层割缝卸压增透和缝槽保持装置，包括钻机和高压泵，钻机钻杆中设置有输送高压水流的高压水管和输送填料的高压管，高压水管和高压管一端通过复合轴承分别与钻机钻头上的割缝喷嘴和充填喷嘴连通；高压泵进口与供水管连通，高压泵出口经三通阀分为两路，一路安装填料混合器后与钻机钻杆中的高压管另一端连通，另一路直接与钻机钻杆中的高压水管另一端连通。

所述高压泵出口通过三通安装有溢流阀。

所述三通阀分别与钻机钻杆中的高压水管和高压管连通的两支路上均安装有调节阀和压力表。

所述复合轴承包括轴承本体和两侧的密封盖，轴承本体中开设有两个沿轴线贯穿轴承本体的环形槽，一侧密封盖上开设有分别与两环形槽连通的接口，另一侧密封盖上开设有分别与两环形槽连通的出水口和出料口，出水口和出料口分别与钻机钻头上的割缝喷嘴和充填喷嘴连通。

所述填料混合器顶部安装有给料仓。

所述高压水管和高压管由多根分管组成，各分管通过快速接头连接。

一种煤层割缝卸压增透和缝槽保持的方法，包括以下步骤:

（1）打开钻机开始钻孔，当钻机施工至指定位置后停止打钻；

（2）开启高压泵，将三通阀扳至高压水管开通位置，对煤层进行割缝作业，保持水力割出的缝槽与主应力平行；

（3）割缝作业结束后，将三通阀扳至高压管开通位置，混料器开始混料供料，开始对缝槽进行充填作业；

（4）充填作业结束后关闭高压泵，并将钻杆退钻至下个割缝处重复进行步骤（2），步骤（3）；直至钻头退至钻孔封孔位置时，煤层割缝卸压和缝槽保持作业完毕。

所述步骤（1）中钻孔前收集现场煤层所受三向应力资料，根据三向应力设计抽采钻孔，使水力割缝方向与主应力平行以减少主应力对缝槽闭合作用。

所述高压泵输出压力为0～100MPa。

所述混料器顶部安装有给料仓，给料仓连续定量给混合器供给2～5mm的不规则碎石，混合器将不规则碎石与水混合后输送至钻机内的高压管中

本发明具有以下有益效果：

本发明的煤层割缝卸压增透和缝槽保持装置及方法，利用高压水在煤层中割出与主应力近似平行的缝槽，此时缝槽受煤层中三向应力影响小，缝槽合闭概率达到最小，利于瓦斯流动和抽放；割出的缝槽也对煤层应力释放起到一定作用，消减了煤与瓦斯突出概率；经碎石对缝槽充填后，增加了缝槽保持时间，瓦斯可从碎石之间的夹缝中流动，有益于瓦斯长时间抽采。其装置和方法更符合现场复杂地质条件、煤层增透效果好、缝槽保持时间长，更利于瓦斯长期抽采，具有广泛的应用性。

附图说明

图1为本发明的煤层割缝卸压增透和缝槽保持装置的结构示意图；

图2为本发明的煤层割缝卸压增透和缝槽保持装置中复合轴承的结构示意图；

图3为本发明煤层割缝卸压增透和缝槽保持方法的流程图；