[发明专利]碎软低渗煤层随钻定向造穴增透区域瓦斯治理装备与方法

说明书

一种碎软低渗煤层随钻定向造穴增透区域瓦斯治理装备与方法。装备包括双级可调高压泵车、窄体全方位定向钻机、煤渣分离计量装置、高压密封钻杆、定向造穴装置、无线随钻测量装置、螺杆马达和钻头，先利用该装备施工定向造穴增透钻孔的主孔，然后采用冲洗液流量控制方式，不提钻更换钻具，自由切换定向钻进与造穴增透模式，进行分支孔钻进和造穴增透；由此，本发明整体上集合了定向钻进工艺长距离精确轨迹控制和水力冲孔造穴提高煤层透气性的优点，可一次对多个待掘煤巷和回采工作面进行超前区域瓦斯抽采，覆盖范围大，抽采效率高，治理成本低，为煤巷掘进和工作面煤层回采提供了安全保障。

技术领域

本发明涉及煤矿井下坑道钻进的技术领域，尤其涉及一种碎软低渗煤层随钻定向造穴增透区域瓦斯治理装备与方法。

背景技术

碎软低渗煤层瓦斯含量高、压力大，且煤层透气性较差，采掘过程中易发生煤与瓦斯突出事故，瓦斯预抽治理是确保安全高效开采的关键。

但是由于碎软低渗煤层钻进过程中易出现喷孔、塌孔、卡钻等孔内异常现象，顺煤层钻进困难，无法长距离成孔。同时，受煤层透气性差影响，钻孔有效抽采半径小，瓦斯抽采达标时间长。

因此，目前碎软低渗煤层瓦斯预抽治理、防治煤与瓦斯突出事故的常用技术手段为“底板岩巷+穿层钻孔+水力冲孔造穴增透”，其基本原理如下：先在回采工作面两侧煤巷下部施工底板岩巷；然后在底板岩巷内施工上仰穿层钻孔，穿过底板岩石，进入煤层；钻孔施工完成后，在其煤层孔段进行水力冲孔造穴，形成卸压洞穴，提高煤层透气性，增强瓦斯抽采效果。现有技术手段存在以下几点不足：

(1)治理范围小，工程量大。穿层钻孔在煤层内的延伸距离短，且轨迹不可控，一般适用于对单个待掘煤巷影响条带进行瓦斯治理，既不能解决回采工作面内的瓦斯治理问题，又需要施工大量底板岩巷和穿层钻孔，无法进行超前区域瓦斯治理。

(2)造穴方向不可控，效果不均匀。不能随钻监测和控制水力冲孔造穴方向，无法对高突出危险区域进行特殊处理；无法对造穴形成的卸压洞穴尺寸进行定量评价，易出现洞穴整体尺寸过小或形状不均衡(如不同方向深度偏差大)的情况，影响瓦斯抽采效果。

(3)改造过程繁琐，事故易发。目前水力冲孔造穴主要有二次下钻造穴、随钻造穴两种工艺，其中二次下钻造穴工艺是指钻孔成孔后提出孔内全部钻具，重新下入专用造穴钻具进行造穴施工，其工艺繁琐，效率低；随钻造穴工艺是指钻孔成孔后，通过控制供水参数，使孔内钻具由钻进模式变为造穴模式，实现不提钻造穴施工，但两种模式切换会导致冲洗液流通通道变化，煤渣会向钻头位置大量运移沉积，易引发卡钻事故，影响施工安全。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种碎软低渗煤层随钻定向造穴增透区域瓦斯治理装备与方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碎软低渗煤层随钻定向造穴增透区域瓦斯治理装备与方法，其有效克服现有技术的缺陷，能针对现有碎软低渗煤层瓦斯抽采治理装备与方法存在的治理范围小、抽采效果不均衡、增透改造安全性差等不足，提供更好的处理装置和方法。

为实现上述目的，本发明公开了一种碎软低渗煤层随钻定向造穴增透区域瓦斯治理装备，包括孔口设备和孔内设备，其特征在于：

孔口设备包括依次连接的双级可调高压泵车、窄体全方位定向钻机和煤渣分离计量装置以提供定向钻进和造穴增透动力及冲洗液和进行污染冲洗液处理与煤渣称重，所述孔内设备包括依次连接的高压密封钻杆、无线随钻测量装置、定向造穴装置、螺杆马达和钻头以定向造穴增透钻孔钻进和造穴增透施工；