[发明专利]一种提高钻孔瓦斯抽采效率的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高钻孔瓦斯抽采效率的方法，尤其涉及的是一种针对待开采目标煤层，利用可控脉冲振动提高钻孔瓦斯抽采效率的方法及装置。

背景技术

在全国各地区不同程度地遭受到雾霾困扰、环境压力不断加大，国家对煤层气利用重视程度不断提高，同时煤矿企业在考虑自身生产安全需要的前提下，对煤层气的抽采与利用就显得尤为迫切与重要。煤与瓦斯是一种固-气二相介质，物质组成复杂，赋存条件千变万化，煤与瓦斯在自然条件下处于一种动态平衡状态。目前各地矿井对煤层气的抽采方式还是传统的简单方式：即在煤体中密集钻孔，通过负压抽采，这样需要消耗大量人力、物力去钻孔，成孔后由于煤体的透气性低，瓦斯抽采效果差、抽采效率低，往往耗时漫长，费时费力，还达不到抽采的要求。一般的工作面抽采需半年至一年，有的时间更长，严重影响了煤矿企业安全生产，制约了企业的经济效益与生产进度，因此急需一种安全有效的方法来提高抽采效率从而降低煤体瓦斯抽采成本。

目前，研究开发用于井下巷道中提高瓦斯抽采效率的技术方法还很少，投入实际应用的成果就更少，远远不能满足瓦斯抽采发展的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种利用可控脉冲振动提高钻孔瓦斯抽采效率的方法及装置，通过实施脉冲振动来增加目标煤层的渗透性、减少目标煤层中煤对瓦斯的吸附量从而提高瓦斯的抽采效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供的一种提高钻孔瓦斯抽采效率的方法，包括如下步骤：

a.在已有的目标煤层的上方，距离煤层法距约15-30米的岩层中开设的瓦斯治理巷道中，选取完整的目标煤层上方的顶板，在该位置点的瓦斯治理巷道中布置可控脉冲振动装置，可控脉冲振动装置包括绞车、钢丝绳、固定在瓦斯治理巷道顶部的定滑轮、锤体及能量传递装置，钢丝绳一端与绞车连接并由绞车控制其收放，钢丝绳另一端绕过定滑轮后连接锤体，锤体下方的顶板上挖有一个直径大于锤体的基坑，基坑底部中间设有一个能量传递装置，能量传递装置底端伸入顶板内、顶端伸出基坑底部，锤体落下时正好击打在能量传递装置的顶端上；

b.在可控脉冲振动装置的振动影响区域内，在基坑周围施工多个瓦斯抽采孔，并布置实施瓦斯抽采所需的抽采装置，然后开始实施瓦斯抽采，并采用钻孔多级流量计在线记录温度、压差及瓦斯流速的变化，采用管道高浓瓦斯传感器在线记录瓦斯浓度的变化；

c.对可控脉冲振动装置实施脉冲冲击振动，即利用绞车控制将可控脉冲振动装置的锤体提升到设定高度，先松离合，再松制动，使锤体自由落体击打基坑中的能量传递装置，基坑中的能量传递装置将振动所产生的能量传递到顶板下的目标煤层，利用矿井地震仪记录振动所产生的振动特征，利用钻孔多级流量计及管道高浓瓦斯传感器观测振动前后煤层中瓦斯抽采的流速及浓度变化情况；

d.调整可控脉冲振动装置的锤体质量及振动作用频率并实施脉冲冲击振动，分析不同锤体质量的振波、不同振动作用频率以及不同初速度的振动频谱特征、振幅等振动特征，同时观测钻孔多级流量计上抽采瓦斯的流速的变化特征以及管道高浓瓦斯传感器上抽采瓦斯的浓度的变化特征，对应不同的瓦斯抽采效率；

e.将上述采集的不同振动的振动特征的数据利用地震处理软件分析，并与钻孔多级流量计的流速变化以及管道高浓瓦斯传感器的浓度变化做好对应关系，总结出某一特定地点不同振动特征的振动对应瓦斯流速及浓度的值，瓦斯流速及浓度乘积最高的值即对应该地点的最优脉冲振动特征，从而利用该最优脉冲振动特征实施振动并进行瓦斯抽采。

作为上述方法的优选实施方式，所述能量传递装置为一根圆钢。

作为上述一种提高钻孔瓦斯抽采效率的方法的优选实施方式，所圆钢直径为120mm、长度为2.5m，所述圆钢顶端凸出基坑底部0.1-0.2m。

作为上述方法的优选实施方式，所述基坑直径1.2m、深度为1m。

作为上述方法的优选实施方式，所述锤体为组合式锤体，所述组合式锤体由至少两个单元锤体组合而成，所述组合式锤体总质量为1吨以上。

作为上述方法的优选实施方式，所述瓦斯抽采采用下向穿层钻孔瓦斯抽采技术实施抽采。