[发明专利]煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法

摘要

煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法，包括钻孔钻进、煤层增透、钻孔修复和气驱增透四个工艺步骤。本发明可实现连续钻进、远程操作，具有施工简便、排渣顺畅、钻进速度快等优点，且施工过程中操作人员远离施工现场，改善工人劳动环境，降低和防止危险事故的发生，操作人员人身安全可得到有效保障。可以对煤层进行水力割缝、压裂、冲孔等措施，可大幅度均匀的提高煤层的透气性系数，使水力化作业造成的应力集中有规律可循，也可以对已有坍塌钻孔、积水钻孔进行钻孔修复，增加钻孔使用寿命，提高钻孔有效抽采的质量；同时，在钻孔增透及修复的基础上，如后期抽采效果不明显，则可采用气驱工艺，提高瓦斯抽采效率。

主权项

一种煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法，其特征在于，通过矿用水力作业机依次完成如下步骤：a、钻孔钻进1）丈量钻孔所处巷道高度，确定钻孔开孔高度、孔长、倾角及方位角，观测钻孔钻进处煤（岩）体结构，测试其力学强度；2）将矿用水力作业机运送至钻孔施工地点，并将其固定牢靠；3）按照钻孔开孔高度、孔长、倾角及方位角设计要求，调整矿用水力作业机的高度和角度，保持与钻孔开孔方向一致；4）根据观测的煤（岩）体结构及测试的力学强度，选择矿用水力作业机的水射流喷头，计算矿用水力作业机工作时所需的注入压力及流量；5）钻孔钻进作业地点200m范围内撤人，开启矿用水力作业机的清水泵站、远程控制按钮，使矿用水力作业机的输管器工作，连续挠性钢管在输管器的带动下拉直并向预定钻孔孔口位置运动；6）调整清水泵站的流量与压力至预计的破岩压力与流量，根据钻孔作业现场安放的摄像仪观测钻进时的排水、排渣情况，并据此控制钻进的速度，钻进速度为1m/（1~2）min；7）钻进作业完成设计孔长时停止钻进，关闭清水泵站，开启液压泵站，使矿用水力作业机的滚筒反向转动，以带动挠性钢管退出钻孔并缠绕在滚筒上，若存在退钻困难的情况，可开启清水泵站向挠性钢管注入较小流量及压力的水流，通过水射流喷头清洗钻孔，以使钻孔内的残渣排出，实现顺利退钻；8）退钻完成，可进行下一个钻孔的钻进；b、煤层增透1）在钻孔前固定矿用水力作业机，并确定挠性钢管钻进的高度、倾角和方位角，确定水射流喷头所需压力与流量，水射流压力至少为煤岩体强度的1.5倍，开启矿用水力作业机，在输管器作用下，将挠性钢管及水射流喷头送至钻孔孔底，关闭矿用水力作业机；2）开启清水泵站，煤岩体在水射流作用下形成射流槽和局部裂缝，观察返水、排渣情况，达到挠性钢管高压水预计注入流量和压力10min后关闭清水泵站；3）开启矿用水力作业机的液压泵站，带动滚筒反向转动，使挠性钢管后退10m，重复煤层增透过程中的步骤2）；4）重复煤层增透过程中的步骤3），直至水射流喷头距离钻孔孔口20m以深的钻孔形成均匀的射流槽并开启裂缝；5）加大注入水射流喷头的压力和流量，使钻孔的排渣量增多，挠性钢管与钻孔内壁之间的空间有限，排渣速度受限，煤、岩粉渣堆积在钻孔孔口难以及时排出，从而实现封堵钻孔的目的，再次加大注入水射流喷头的压力和流量，实现水力压裂功能，此时水力压裂开启的大部分裂缝均是沿之前形成的射流槽开启和延伸，从而形成了均匀定点、均匀压裂；c、钻孔修复1）调整矿用水力化作业机，使水射流喷头达到设计工作高度和倾角；2）调整校直机构的调节导向轮，使连续钢管校直；3）启动清水泵站，高压水经挠性钢管注入水射流喷头，经切削喷嘴射流切削待修复钻孔的岩矿体；4）启动输管器，并调整挠性钢管的推进速度，正常钻进；5）钻进至孔底时水射流喷头开始后退，开启液压泵站，使矿用水力作业机的滚筒反向转动，缓慢收回挠性钢管，与此同时，高压水同钻孔修复过程中步骤3）的路径进入钻孔实施冲孔作业，以冲出煤量最大化为作业标准；d、气驱增透1）选择瓦斯抽采效果差的钻孔作为实施孔，且排除塌孔或积水造成的抽采效果差的钻孔，打开抽采管，将矿用水力作业机的挠性钢管通过输管器下放至钻孔孔底，并对钻孔孔口进行密封，将清水泵站内的介质换为气体，向挠性钢管内注气；2）计量实施孔周边钻孔的瓦斯抽采量，观测其在注气前、中、后的瓦斯抽采流量和浓度的变化情况；3）开启清水泵站，高压气通过挠性钢管被送至孔底，由于孔口密封，钻孔内压力值不断上升，当孔内注入压力高于预计注入压力时，增大挠性钢管内的注入气量，注入压力增大，当注入压力增大至设计压力120%时，保持恒定注入气量；4）煤体中的瓦斯在注入高压气的驱动置换下，向实施孔的周边钻孔流动，以提高该区域瓦斯抽采效果；5）测量统计实施孔的周边钻孔的抽采流量变化情况，抽采流量与浓度增大的抽采钻孔中，与实施孔距离最远的间距为该注入气量下的气驱半径。