一种复杂煤层割缝诱喷卸压增透方法

摘要

一种复杂煤层割缝诱喷卸压增透方法，适用于高瓦斯高地应力复杂煤层的区域瓦斯治理，提高煤体的透气性和瓦斯解吸速度，解决煤层瓦斯抽采效率低和钻孔施工量大等难题，实现复杂煤层的瓦斯高效抽采和煤层快速消突。利用高压水射流在钻孔内旋转切割破坏煤体，破坏和扰动钻孔径向范围内煤体，诱发煤体的失稳破坏和煤与瓦斯从钻孔内喷出，释放煤体瓦斯膨胀能，扩展煤体裂隙和增大煤体暴露表面积，提高煤层瓦斯抽采效率，消除煤体煤与瓦斯突出危险性，使钻孔瓦斯抽采有效影响范围提高1~3倍，钻孔周围煤体透气性系数提高100~200倍，百米钻孔瓦斯抽采量提高2~5倍，煤层消突时间缩短30%~50%，具有很好的现场应用价值和社会效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种复杂煤层割缝诱喷卸压增透方法，适用于高瓦斯高地应力复杂煤层的区域瓦斯治理。

背景技术

我国矿井瓦斯治理的根本手段是以钻孔瓦斯抽采方式为主的瓦斯抽采措施，随着我国煤矿进入深部煤层的开采，煤层透气性差、瓦斯抽采难、动力现象突出等问题日益严重，水力化措施是提高煤层瓦斯抽采效率的有效措施并得到了较为广泛的现场应用；钻孔内喷孔是钻孔周围煤体失稳破坏和瓦斯能量释放的显现，会造成煤体内部能量释放和煤体裂隙的扩展，对于降低煤层瓦斯突出危险性和提高煤体瓦斯释放效果都有很显著的作用，由于钻孔喷孔的机理较为复杂，喷孔发生的地点和强度难以控制，因此大部分喷孔处于自发自停状态。钻孔内高压水射流割缝卸压增透技术是采用人工方法通过高压水射流冲蚀煤体形成破坏缝槽空腔，扩大钻孔的抽采有效影响范围，能够较好地解决高瓦斯低透气性煤层开采过程中瓦斯涌出、煤与瓦斯瓦斯突出问题。水射流在钻孔径向范围内破坏煤体时，可诱发煤体的失稳喷出，释放煤体的瓦斯膨胀能，由于水射流的切割破坏具有导向性和可控性，可以控制诱发喷孔的位置和强度，同时，水射流的破坏作用可以提高瓦斯的解吸速率，使钻孔周围煤体的瓦斯和膨胀内能得到释放。因此有效的利用高压水射流的破坏特点，将水射流的可控诱导破坏作用与煤体自身失稳突出相结合，造成钻孔周围煤体的裂隙扩展和能量释放，促使煤体瓦斯解吸释放，提高钻孔抽采的有效影响范围和煤层瓦斯抽采效率，该技术方法这对提高矿井瓦斯抽采效率及改善矿井安全生产状况具有重要意义。

发明内容

技术问题：复杂煤层存在煤层透气性差，煤体瓦斯解吸难，煤与瓦斯突出严重等问题，区域瓦斯治理中存在瓦斯抽采效率低，钻孔施工量大及钻孔利用效率不高等难题。本发明可提高钻孔抽采影响范围和煤体瓦斯解吸速率，提高钻孔瓦斯抽采效率，消除煤与瓦斯突出的危险性，减少钻孔施工工程量，实现复杂煤层的安全开采。

技术方案：本发明涉及复杂煤层割缝诱喷卸压增透方法：

a、从煤层底板抽采巷向煤层方向施工若干穿层抽采钻孔，相邻的穿层抽采钻孔进入煤层之间的距离为4～8m；

b、通过密封钻杆向穿层抽采钻孔内送入高压水射流器至煤层顶板，从穿层抽采钻孔的煤层顶板开始通过高压水射流旋转进行水力割缝，诱发煤体失稳喷出，在穿层抽采钻孔内的同一位置保持射流旋转冲击破坏煤体20min~40min，形成一个不规则的自由空间和煤体破碎松动圈；

c、后退一段距离再次进行水力割缝，通过高压水射流器从煤层顶板向煤层底板依次间隔实施高压水射流旋转冲击破坏穿层抽采钻孔孔壁周围的煤体，使穿层抽采钻孔沿径向间隔形成多个不规则的自由空间和煤体破碎松动圈，完成一个穿层抽采钻孔内孔壁周围的煤层区煤体失稳、均匀破坏，穿层抽采钻孔内的煤体、瓦斯及水的混合体以间断喷射的方式从孔口排出；

d、重复步骤b、c，对所有穿层抽采钻孔进行煤层区域的诱喷均匀破坏；

e、依次对诱喷破坏后的穿层抽采钻孔进行封堵，连接瓦斯抽采管路，进行瓦斯抽采。

所述的穿层抽采钻孔的孔口处设有安全防喷罩；所述的后退一段距离为0.5~1.5m；所述的煤层（3）的软分层位置为割缝诱喷的最佳位置。

有益效果：本发明利用高压水射流在钻孔内旋转切割破坏煤体，扰动和破坏钻孔周围煤体应力场及瓦斯流动场的平衡，诱发煤体的失稳破坏使煤与瓦斯从钻孔内喷出，释放煤体瓦斯膨胀能，扩展煤体裂隙，增大煤体暴露的表面积，提高钻孔瓦斯抽采效率，消除煤与瓦斯突出危险性，使钻孔瓦斯抽采有效影响范围提高1~3倍，钻孔周围煤体透气性系数提高100~200倍，百米钻孔瓦斯抽采量提高2~5倍，煤层消突时间缩短30%~50%，具有很好的现场应用价值和社会效益。。

附图说明

图1是本发明的穿层钻孔施工布置示意图；

图2是本发明的煤层区域穿层抽采钻孔割缝诱喷状态示意图；

图3是本发明的抽采钻孔、自由空间及破坏松动圈分布示意图；

图4是本发明的实例一穿层抽采钻孔断面示意图；

图5是本发明的实例二穿层抽采钻孔断面示意图。

图中：1-煤层底板抽采巷，2-穿层抽采钻孔，3-煤层，4-自由空间，5-煤体破碎松动圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方式作进一步的描述：

实施例一、本发明的复杂煤层割缝诱喷卸压增透方法：

 a、如图4所示，首先，根据煤层底抽巷的布置及措施保护煤层的参数设计穿层抽采钻孔参数，从煤层底板抽采巷1向煤层方向施工若干穿层抽采钻孔2，相邻的穿层抽采钻孔2进入煤层之间的距离为4～8m；

b、通过密封钻杆向穿层抽采钻孔2内送入高压水射流器至煤层3顶板，从穿层抽采钻孔2的煤层顶板开始通过高压水射流旋转进行定点旋转水力割缝，诱发煤体失稳喷出，高压水射流管路水压此时可调节在5~15MPa之间；当穿层抽采钻孔2内瓦斯喷涌剧烈，可降低高压水射流管路的水压，当瓦斯喷涌较弱时，通过水管控制阀调高高压水射流管路压力，以提高诱喷效果；在穿层抽采钻孔2内的同一位置保持射流旋转冲击破坏煤体20~40min，形成一个不规则的自由空间4和煤体破碎松动圈5，所述的煤层（3）的软分层位置为割缝诱喷的最佳位置，所述的穿层抽采钻孔2的孔口处设有安全防喷罩；

c、后退一段距离再次进行水力割缝，后退一段距离为0.5~1.5m，通过高压水射流器从煤层3顶板向煤层3底板依次间隔实施高压水射流旋转冲击破坏穿层抽采钻孔2孔壁周围的煤体，高压水射流管路水压此时可调节在10~25MPa之间，每次定点旋转切割煤层3的时间持续在30~40min，随着定点旋转切割位置靠近煤层3底板，定点旋转切割煤层3的时间可以延长，增大穿层抽采钻孔2排出煤渣量，使穿层抽采钻孔2沿径向间隔形成多个不规则的自由空间4和煤体破碎松动圈5，完成一个穿层抽采钻孔2内孔壁周围的煤层区煤体失稳、均匀破坏，穿层抽采钻孔2内的煤体、瓦斯及水的混合体以间断喷射的方式从孔口排出； 

d、重复步骤b、c，对所有穿层抽采钻孔2进行煤层区域的诱喷均匀破坏，；

e、依次对诱喷破坏后的穿层抽采钻孔2进行封堵，连接瓦斯抽采管路，进行瓦斯抽采。

实施例二、如图5所示，穿层抽采钻孔间隔式割缝诱喷卸压增透方法，与实例一基本相同，相同之处略处。间隔穿层抽采钻孔2的布置选择割缝诱喷作业的钻孔，根据现场具体情况和需要选定割缝诱喷穿层抽采钻孔2的数量和参数，相邻穿层抽采钻孔2煤层之间的间距在4~6m，高压水射流定点切割冲蚀，排除煤渣量及相邻切割位置的距离可根据煤层及瓦斯赋存实际情况进行调整。