一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法技术

本发明专利技术属于煤矿瓦斯抽采技术领域，涉及一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，适用于高瓦斯低渗透性煤层的增透作业，该方法特点在于通过瓦斯抽采钻孔按预定方向沿钻孔轴向高压水射流切槽造缝和平行钻孔连续作业，在钻孔周围沿煤层方向形成一条连通的缝槽，实现了类似“保护层开采”的采动卸压增透效果，从而有效提高高瓦斯低渗煤层渗透率和瓦斯抽采率，实现煤矿瓦斯高效抽采，克服目前水力化技术在煤层卸压增透存在效率低、增透效果有限的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法
本专利技术属于煤矿瓦斯抽采
，涉及一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，尤其涉及一种用于煤矿井下瓦斯抽采且能够达到钻孔轴向平衡的切槽卸压增透装置和切槽卸压增透方法。
技术介绍
我国煤炭资源储量丰富，占一次能源构成的60％～70％，是一个以煤为主要能源的国家。由于我国煤层赋存地质条件复杂，煤矿瓦斯灾害严重且事故频发，普遍存在“高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量及低渗透性”特征。另外，随着开采深度的延伸，大量浅部低瓦斯矿井也将逐渐转变为高瓦斯矿井，煤层瓦斯含量和煤层压力增加，渗透性降低，煤与瓦斯突出的危险性增高，瓦斯防治难度增大，直接威胁煤矿安全生产和矿工生命安全。但是从另一方面看，煤矿瓦斯又是一种高效、优质的清洁能源，同时我国煤层蕴含的瓦斯资源非常丰富，目前煤矿开发的阶段已由最初的单纯保障煤矿安全生产发展为采煤采气一体化的综合开发。在瓦斯抽采方面，我国煤矿瓦斯抽采起步较早，煤矿井下钻孔瓦斯抽采仍然是最基本、最常用的技术手段，但常规采用密集钻孔预抽方法，施工量大、成本高，尤其针对高瓦斯低渗煤层常规钻孔抽采方式效果有限。对高瓦斯低渗煤层如何提高煤层渗透率已成为制约煤矿瓦斯抽采的瓶颈。国内外对此进行过大量研究，发现采动卸压增透效果最为显著，但对于无采动卸压开采条件的低渗煤层，被认为属于难抽煤层，必须通过其它人工强制增透措施来提高煤层渗透率。通过实践证明，水力化技术是增加煤岩体渗透性的有效技术途径，为解决高瓦斯煤层低渗透性问题提供了可行的方法。作为一种储层增透技术，水力化技术原理是通过高压水作用下扩展延伸原有储层裂隙或形成新的裂隙、缝槽、孔洞，使煤岩体储层发生位移，最终实现卸压增透的目的，目前广泛应用的水力化技术有水射流割缝、水力扩孔、水力冲孔和水力压裂等。但在实践应用中目前技术工艺均存在一定的局限性，水射流割缝采用沿钻孔径向切割煤层形成绕钻孔圆形缝槽方式，水力扩孔、冲孔同样依靠高压水的冲击能力，在煤体产生一个较大的水力掏槽孔，目前径向缝槽和掏槽孔切割方式，缝槽卸压作用范围小，增透效果有限，抽采效果改善不明显；水力压裂技术利用高压水在煤层弱面张开和扩展、贯通，从而形成网络化裂隙，但是存在无法有效控制煤体裂隙起裂位置和裂隙扩展方向，甚至引发顶、底板的次生灾害等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术为了解决现有水力化技术存在瓦斯抽采效率低、增透效果有限的问题，提供一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法。为了达到上述目的，本专利技术提供一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，包括以下步骤：A、采用煤矿用钻机在煤岩层中施工抽采轴向钻孔，作为轴向切槽作用的通道，煤矿常规轴向钻孔孔径为50～113mm，若该抽采钻孔为穿层轴向钻孔时，抽采轴向钻孔时需穿过岩层到达煤层预定位置；B、将煤矿用钻机上的常规钻杆从钻机上取下，再将高压旋转水尾、高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置依次连接在煤矿用钻机上，将扶正器套装在轴向平衡切槽装置的外侧，在高压旋转水尾的另一端连接高压清水泵组，同时检查高压清水泵组装备是否完好以及整个管路连接是否牢固；C、将高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置、扶正器一起下入瓦斯抽采钻孔的预定位置，高压密封钻杆和轴向平衡切槽装置、扶正器在下入钻孔和回撤过程中，扶正器保证轴向平衡切槽装置始终处于瓦斯抽采钻孔中心，轴向平衡切槽装置内部的偏心平衡轴在自身偏心重力作用下，始终保持一种动态平衡，使得轴向平衡切槽装置内部的带喷头支撑机构在预定方向摆动形成平衡，高压水射流沿喷头预定方向切出缝槽，轴向平衡切槽装置在缝槽宽度范围内摆动；D、启动高压清水泵组中高压清水泵，此时泵压在5Mpa左右的低压状态，随着高压清水泵开始加压，带喷头支撑机构内部的高压密封阀芯在高压水作用下压迫高压密封阀芯外围的弹簧向前移动，此时高压密封阀芯顶开高压密封阀芯前段的支撑机构，支撑机构两翼向外侧张开，高压密封阀芯向前移动，原先由于高压密封阀芯封堵的喷头通道打开，高压水通过喷头上喷嘴向高压密封钻杆两侧径向喷射水射流进行切槽，同时随着高压清水泵不断升压至预定压力，高压密封阀芯向前达到最大移动位置，并封堵高压水的前端水通道，支撑机构张开最大角度，支撑机构两翼伸入钻孔两侧缝槽进行限位；E、在高压清水泵达到预定泵压时，煤矿用钻机夹持高压密封钻杆旋转，钻孔周围煤体沿钻孔轴向按预定方向进行切槽，在高压密封钻杆旋转和往复切槽的过程中，轴向平衡切槽装置中的平衡装置机构和带喷头支撑机构不会随高压密封钻杆一起旋转，在往复切槽操作几次后，若钻孔煤渣返水变清，此时要降低泵压至关闭高压水泵，然后取掉一根或若干根高压密封钻杆，重新连接高压清水泵，重复下一段距离的轴向切槽操作；F、重复D、E步骤，直至从钻孔内部回撤高压密封钻杆至煤岩壁封孔段距离，此时该瓦斯抽采钻孔轴向切槽卸压操作完成，关闭高压清水泵，取下高压旋转水尾、高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置和扶正器，随后在孔口至钻孔最深处切槽位置的钻孔轴向切槽段下入矿用筛管，实现对钻孔孔壁支撑，保证钻孔瓦斯抽采通道畅通；G、在完成该瓦斯抽采钻孔轴向切槽后，重复B、C、D、E、F步骤在下一个沿煤层倾斜方向平行钻孔，进行一个钻孔轴向切槽卸压操作。进一步，步骤A中煤矿用钻机为煤矿常用普通钻机。进一步，步骤B中高压清水泵组是瓦斯抽采钻孔轴向切槽中高压水射流的动力提供装备，高压清水泵组包括管道连接的高压清水泵和水箱，水箱与高压旋转水尾通过高压软管连通。进一步，步骤C中轴向平衡切槽装置包括依次固定连接的平衡装置机构和带喷头支撑机构；平衡装置机构内部套接有偏心平衡轴，偏心平衡轴两端固定安装有用于支撑偏心平衡轴的高压密封轴承，偏心平衡轴能够在高压密封轴承中高压旋转且通过自动调整始终处于一种平衡状态，偏心平衡轴一端端部固定安装有高压旋转轴，平衡装置机构和带喷头支撑机构通过高压旋转轴固定连接，偏心平衡轴的另一端转动连接高压密封钻杆；带喷头支撑机构内部套接有高压密封阀芯和供水流通过且与高压密封阀芯相通的通道，高压密封阀芯与通道之间活动安装有与高压密封阀芯和通道均相通的挡板，高压密封阀芯穿设在通道内的外壁上缠绕有与挡板相抵的弹簧，高压密封阀芯两侧的带喷头支撑机构上分别铰接有限制高压密封阀芯移动的支撑机构，支撑机构的开口端之间固定安装有拉簧，带喷头支撑机构外壁的轴向均匀安装有两个与通道相通且用来切割钻孔周围煤层的喷头，喷头与支撑机构保持同一水平，远离高压密封阀芯的带喷头支撑机构端部开设有与高压旋转轴相匹配的凹槽，凹槽与通道之间安装有限制高压密封阀芯向凹槽移动的弹性挡圈。进一步，步骤C中偏心平衡轴上安装有与高压密封钻杆密封连接的高压密封组件，高压密封组件轴向均匀安装在偏心平衡轴外壁上，偏心平衡轴与高压密封轴承通过高压密封轴销固定连接。进一步，步骤C中喷头与带喷头支撑机构采用可拆卸组装的方式连接，根据不同煤层、泵压和流量等条件，选用安装带不同孔径喷嘴的喷头，喷头为高压水射流发生装置，高压水通过喷头形成射流对钻孔周围煤体进行切槽造缝。进一步，步骤C中支撑机构与带喷头支撑机构的铰接处安装有支撑机构销轴。进一步，步骤C中支撑机构上一体成型安装有与高压密封阀芯相抵的弧形凸起，支撑机构外端开设有通槽，拉簧的两端固定安装在通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，包括以下步骤：A、采用煤矿用钻机在煤岩层中施工抽采轴向钻孔，作为轴向切槽作用的通道，煤矿常规轴向钻孔孔径为50～113mm，若该抽采钻孔为穿层轴向钻孔时，抽采轴向钻孔时需穿过岩层到达煤层预定位置；B、将煤矿用钻机上的常规钻杆从钻机上取下，再将高压旋转水尾、高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置依次连接在煤矿用钻机上，将扶正器套装在轴向平衡切槽装置的外侧，在高压旋转水尾的另一端连接高压清水泵组，同时检查高压清水泵组装备是否完好以及整个管路连接是否牢固；C、将高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置、扶正器一起下入瓦斯抽采钻孔的预定位置，高压密封钻杆和轴向平衡切槽装置、扶正器在下入钻孔和回撤过程中，扶正器保证轴向平衡切槽装置始终处于瓦斯抽采钻孔中心，轴向平衡切槽装置内部的偏心平衡轴在自身偏心重力作用下，始终保持一种动态平衡，使得轴向平衡切槽装置内部的带喷头支撑机构在预定方向摆动形成平衡，高压水射流沿喷头预定方向切出缝槽，轴向平衡切槽装置在缝槽宽度范围内摆动；D、启动高压清水泵组中高压清水泵，此时泵压在低压状态，随着高压清水泵开始加压，带喷头支撑机构内部的高压密封阀芯在高压水作用下压迫高压密封阀芯外围的弹簧向前移动，此时高压密封阀芯顶开高压密封阀芯前段的支撑机构，支撑机构两翼向外侧张开，高压密封阀芯向前移动，原先由于高压密封阀芯封堵的喷头通道打开，高压水通过喷头上喷嘴向高压密封钻杆两侧径向喷射水射流进行切槽，同时随着高压清水泵不断升压至预定压力，高压密封阀芯向前达到最大移动位置，并封堵高压水的前端水通道，支撑机构张开最大角度，支撑机构两翼伸入钻孔两侧缝槽进行限位；E、在高压清水泵达到预定泵压时，煤矿用钻机夹持高压密封钻杆旋转，钻孔周围煤体沿钻孔轴向按预定方向进行切槽，在高压密封钻杆旋转和往复切槽的过程中，轴向平衡切槽装置中的平衡装置机构和带喷头支撑机构不会随高压密封钻杆一起旋转，在往复切槽操作几次后，若钻孔煤渣返水变清，此时要降低泵压至关闭高压水泵，然后取掉一根或若干根高压密封钻杆，重新连接高压清水泵，重复下一段距离的轴向切槽操作；F、重复D、E步骤，直至从钻孔内部回撤高压密封钻杆至煤岩壁封孔段距离，此时该瓦斯抽采钻孔轴向切槽卸压操作完成，关闭高压清水泵，取下高压旋转水尾、高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置和扶正器，随后在孔口至钻孔最深处切槽位置的钻孔轴向切槽段下入矿用筛管，实现对钻孔孔壁支撑；G、在完成该瓦斯抽采钻孔轴向切槽后，重复B、C、D、E、F步骤在下一个沿煤层倾斜方向的平行钻孔，进行一个钻孔轴向切槽卸压操作。...

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，包括以下步骤：A、采用煤矿用钻机在煤岩层中施工抽采轴向钻孔，作为轴向切槽作用的通道，煤矿常规轴向钻孔孔径为50～113mm，若该抽采钻孔为穿层轴向钻孔时，抽采轴向钻孔时需穿过岩层到达煤层预定位置；B、将煤矿用钻机上的常规钻杆从钻机上取下，再将高压旋转水尾、高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置依次连接在煤矿用钻机上，将扶正器套装在轴向平衡切槽装置的外侧，在高压旋转水尾的另一端连接高压清水泵组，同时检查高压清水泵组装备是否完好以及整个管路连接是否牢固；C、将高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置、扶正器一起下入瓦斯抽采钻孔的预定位置，高压密封钻杆和轴向平衡切槽装置、扶正器在下入钻孔和回撤过程中，扶正器保证轴向平衡切槽装置始终处于瓦斯抽采钻孔中心，轴向平衡切槽装置内部的偏心平衡轴在自身偏心重力作用下，始终保持一种动态平衡，使得轴向平衡切槽装置内部的带喷头支撑机构在预定方向摆动形成平衡，高压水射流沿喷头预定方向切出缝槽，轴向平衡切槽装置在缝槽宽度范围内摆动；D、启动高压清水泵组中高压清水泵，此时泵压在低压状态，随着高压清水泵开始加压，带喷头支撑机构内部的高压密封阀芯在高压水作用下压迫高压密封阀芯外围的弹簧向前移动，此时高压密封阀芯顶开高压密封阀芯前段的支撑机构，支撑机构两翼向外侧张开，高压密封阀芯向前移动，原先由于高压密封阀芯封堵的喷头通道打开，高压水通过喷头上喷嘴向高压密封钻杆两侧径向喷射水射流进行切槽，同时随着高压清水泵不断升压至预定压力，高压密封阀芯向前达到最大移动位置，并封堵高压水的前端水通道，支撑机构张开最大角度，支撑机构两翼伸入钻孔两侧缝槽进行限位；E、在高压清水泵达到预定泵压时，煤矿用钻机夹持高压密封钻杆旋转，钻孔周围煤体沿钻孔轴向按预定方向进行切槽，在高压密封钻杆旋转和往复切槽的过程中，轴向平衡切槽装置中的平衡装置机构和带喷头支撑机构不会随高压密封钻杆一起旋转，在往复切槽操作几次后，若钻孔煤渣返水变清，此时要降低泵压至关闭高压水泵，然后取掉一根或若干根高压密封钻杆，重新连接高压清水泵，重复下一段距离的轴向切槽操作；F、重复D、E步骤，直至从钻孔内部回撤高压密封钻杆至煤岩壁封孔段距离，此时该瓦斯抽采钻孔轴向切槽卸压操作完成，关闭高压清水泵，取下高压旋转水尾、高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置和扶正器，随后在孔口至钻孔最深处切槽位置的钻孔轴向切槽段下入矿用筛管，实现对钻孔孔壁支撑；G、在完成该瓦斯抽采钻孔轴向切槽后，重复B、C、D、E、F步骤在下一个沿煤层倾斜方向的平行钻孔，进行一个钻孔轴向切槽卸压操作。2.如权利要求1所述煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，步骤A中煤矿用钻机为煤矿常用普通钻机。...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵旭生，刘延保，巴全斌，申凯，孟祥辉，熊伟，周厚权，孙海涛，杨利平，季卫斌，向真才，马钱钱，史永涛，张凤杰，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50