[发明专利]一种煤层瓦斯抽采微型自动化钻孔装置及方法

说明书

本发明公开了一种煤层瓦斯抽采微型自动化钻孔装置及方法，包括多角度钻进支撑系统、真空钻压系统、钻柱及动力控制系统和负压集气系统，多角度钻进支撑系统可以实现水平钻进或倾斜钻进；真空钻压系统包括真空泵和真空伸缩负压杆，真空负压杆配合装置方钻杆后部底板，利用压差为方钻杆钻进提供推力，钻柱及动力控制系统能够固定方钻杆并为其提供动力，负压集气系统包括环形吸气管、吸气泵、收集罐，通过环形集气管左方的吸气孔配合吸气泵的使用，将钻孔周围泄露的瓦斯进行吸收，并将瓦斯收集到收集罐中，再通过收集罐下方连接的地面瓦斯管道将瓦斯气体抽出工作面，有效降低煤层钻孔过程中瓦斯溢出的风险性，确保瓦斯抽采钻井过程顺利完成。

技术领域

本发明涉及地下煤矿开采技术领域，尤其是一种煤层瓦斯抽采微型自动化钻孔装置及方法。

背景技术

瓦斯是形成于煤层又储集于煤层中的一种自生自储式非常规天然气，主要由甲烷(含量超过95％)和极少量较重的烃类(大部分为乙烷和丙烷)以及氮气、二氧化碳组成。我国瓦斯资源极其丰富，但普遍属于开采次生资源，加之常处于低压、低孔和低渗储层，致使瓦斯难以开采，并且开采效果差；同时，瓦斯富含在煤层中，致使在开采煤炭资源时，往往由于瓦斯突出出现火灾、爆炸、中毒等事故。在瓦斯开采过程中，目前通常是采用与煤共采的方式，人们从瓦斯吸附与解析的方向分析，其目的是通过各种渗流实验分析出煤矿井下的瓦斯在温度、应力影响下的渗流变化规律情况，从而确定合理的预抽采钻孔布置，确保瓦斯在煤矿开采过程中能够预先抽采顺利完成，降低工作面瓦斯浓度，同时增加瓦斯抽采效果，减少资源浪费。

在开发瓦斯时，主要有两种方法，第一个在未开采的煤层中回收瓦斯。所使用的技术类与常规的天然气生产技术大体一致，对于低渗透率的煤层来说，通常采用煤层压裂增产措施。第二个是在采矿区采矿，瓦斯抽采与煤炭开采的关系非常密切，特别是在回收瓦斯时，应该采用采空区和采矿区井。由于采矿效应的作用，使煤层和含气岩层的渗透性得到显著改善，此时解吸大量的瓦斯，使抽气变得简洁方便，煤层压裂处理这方面的内容就不需要再进行了。所以，相对于地面垂直井而言，采空区和采动区井的单井投资明显降低。

瓦斯井下抽放的目的主要是为煤矿安全生产服务，瓦斯抽放率较低，煤层气产量有限。最近几年，我国井下瓦斯平均抽放效率低于24％，瓦斯产量的年增加值低于5000万/m3。对于我国瓦斯井下抽放来说，已经具备几十年的经验了，在抽放理论和技术体系方面，可以说已经相当完整了。在我国煤矿中，主要采用的井下抽放方法包括:采空区瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、本煤层瓦斯抽放和综合抽放，其中本煤层抽放和邻近层抽放应用最为广泛。

目前瓦斯抽采主要通过地面负压抽采设备进行瓦斯的抽放，在井下通过用埋管抽采需要打孔，需要若干台钻机，其次就是抽采系统，现在一般都是高低浓度两套抽采系统，抽采系统主要设备有：地面抽采泵、汽水分离器、流量计、隔爆器以及抽采主管等管道。如果矿比较小，节约成本以及想快速形成的话，可考虑利用井下移动抽采泵(安装在进风系统)，排出正压混合气体直接排入总回风。

瓦斯解析需要时间，所以当煤层开采前，为避免开采过程中瓦斯大量涌出，避免采煤工作面工作人员生命安全受到威胁，在煤层开采前，对相应煤层进行超前预抽采，而对于现有的瓦斯抽采钻孔装置来说，还是存有部分缺陷，例如：现有的瓦斯抽采装置体积过于巨大，布置复杂，并且由于瓦斯在煤层中的解析具有一定的特性，使得其瓦斯抽采效果较差，对瓦斯的抽采效率不高且不方便对泄露的瓦斯进行过滤收集，导致瓦斯流失甚至造成安全隐患；其次对于超前预抽采瓦斯方面没有一套“钻、集”的自动化装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有的瓦斯抽采钻孔装置存在的上述问题，提供一种煤层瓦斯抽采微型自动化钻孔装置及对应的方法。能够解决上述背景技术中提出现有的瓦斯抽采钻孔装置的效果较差，且不方便对泄露的瓦斯进行过滤收集，可移动性、便捷性差等因素导致的钻孔时瓦斯流失甚至造成安全隐患的问题。

本发明提供的煤层瓦斯抽采微型自动化钻孔装置，其结构主要包括移动架、钻柱、动力控制系统、真空钻压系统、负压集气系统以及多角度钻进支撑系统。