[发明专利]一种利用气力耦合作用的煤层扩孔增透方法

说明书

本发明公开了一种利用气力耦合作用的煤层扩孔增透方法，先通过钻头Ⅰ完成第一段钻孔的钻设；采用直径可扩张的钻头Ⅱ送入第一段钻孔最深处，钻进一段距离后完成钻头Ⅱ的变径扩张过程；保持钻头Ⅱ的扩张状态继续向煤层内部钻进，钻进过程中高压气体和扩张钻头对煤体耦合冲击，高压气体将破碎煤体从钻孔内排出，从而完成一个扩孔造穴过程；然后依次完成后续多个扩孔造穴过程，直至钻进至设计深度后停止钻进，此时在钻进方向上形成多个缝穴空间；将钻头Ⅱ退出钻孔后，向第一段钻孔内装入护孔筛管，最后对钻孔进行预抽煤层瓦斯工作。本发明扩孔直径大、扩孔施工简单方便，并且扩孔形成缝穴过程中不易塌孔，从而能有效对松软煤层进行扩孔增透。

技术领域

本发明涉及一种利用气力耦合作用的煤层扩孔增透方法，属于煤矿井下煤层打钻、增透相关技术领域，尤其适用于松软低渗透性高瓦斯煤层。

背景技术

我国89％以上的高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井煤层坚固性差(f1)。这些松软煤层矿井大量地分布在河南、安徽、贵州、四川、云南和湖南等省的高瓦斯矿区。松软煤层是由原始煤层遭受了地质构造运动形成的，以碎粒煤、糜棱煤为主，煤体强度低，原生裂隙被破坏，结构复杂，透气性减小而不利于气体流动。我国典型高瓦斯松软煤层矿区煤层渗透率在10^-17-10^-19m²之间，比西方发达国家低2～3个数量级。这就导致了松软煤层瓦斯抽采非常困难，成为了瓦斯灾害事故的主要发生地。所以，增加煤层透气性是解决我国瓦斯治理难题的关键。

储层增透技术伴随着石油、煤炭等矿藏的开采而发展起来的，一般可分为力学方法和物理化学方法。力学方法通过改变应力分布产生新裂隙，从而提高储层渗透性，如造穴技术、水力压裂、水射流扩孔(或割缝)、松动爆破等；物理方法是指使声、电等物理场作用于储层来增渗，如超声波、液电脉冲、人工地震、压力脉冲等；化学方法是指向储层注入化学解堵剂溶解堵塞杂质，如酸性处理、注入表面活性剂等。但由于煤体硬度值低，上述方法在松软煤层中存在以下主要问题：①钻孔排渣困难，堵孔、塌孔、喷孔等现象时有发生；②高压水、高能声电场诱发煤与瓦斯突出、高压水携带瓦斯喷出等不可预见的危险，井下复杂环境作业困难；③孔隙水张力会弱化瓦斯解吸；④低渗煤层化学溶剂渗透半径有限。因此，急需开展新型松软煤层增透方法，规避上述水力化、高能化增透的缺陷，实现“煤层裂隙造得出、钻孔留得住、瓦斯抽得出”。

中国专利申请号CN201810440365.4提出了一种变径扩孔提高瓦斯抽采浓度的煤矿瓦斯抽采系统及方法，采用液压结构驱动行星齿轮和顶杆结构，实现扩孔；中国专利申请号CN201811284764.2公开了一种煤矿井下的双翼水力扩、冲一体化打钻工艺，钻头本体两侧铰接有可翻转收回至中空内腔内的侧翼钻头，钻头本体的中空内腔设有三个高压水射流通道分别与顶部钻头、两个侧翼钻头连通，两个侧翼钻头打开后可将原94mm钻孔扩到260mm直径；中国专利申请号CN201810225338.5公开了阶梯式扩孔钻具及方法，利用泥浆泵高压水驱动动力作用，带动初级扩孔钻头旋转破岩,实现钻孔直径的初级增扩，在孔口钻机回转驱动动力作用下，带动次级扩孔钻头旋转破岩，实现钻孔直径的次级阶梯式增扩。但是，上述各个发明扩孔方法均存在扩孔直径小，扩孔机械结构复杂，扩孔后钻孔易塌孔的问题，难以在松软煤层中有效扩孔。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种利用气力耦合作用的煤层扩孔增透方法，其扩孔直径大、扩孔施工简单方便，并且扩孔形成缝穴过程中不易塌孔，从而能有效对松软煤层进行扩孔增透。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用气力耦合作用的煤层扩孔增透方法，该方法的具体步骤为：

A、在中空钻杆上连接钻头Ⅰ，钻机通过中空钻杆带动钻头Ⅰ在巷道壁上向煤层钻进，使钻头Ⅰ到达煤层时停止钻进，将中空钻杆及钻头Ⅰ从钻孔退出，完成第一段钻孔的钻设，然后在该段钻孔内装入钢制套管并用水泥浆液进行固孔；