一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法技术

本发明专利技术涉及一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，以解决目前在岩巷中实施上、下穿层钻孔预抽煤层中瓦斯存在成本巨大的问题。该在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，包括以下步骤：设定顶板、底板上的钻孔位置及数量，打出钻孔；钻孔平行于煤层延伸方向；安装孔口装置；将可控冲击波产生装备推送到钻孔中，并将可控冲击波产生装备的冲击波输出窗口对准煤层方向；向钻孔内注水，使整个可控冲击波产生装备浸没在水中；将可控冲击波产生装备与脉冲功率驱动源连接；并启动脉冲功率驱动源向可控冲击波产生装备放电，可控冲击波产生装备产生的冲击波将顶板、底板致裂；冲击波的强度为180‑199MPa；钻孔产生的裂缝延伸至煤层，从而完成煤层的增透。

【技术实现步骤摘要】
一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法
本专利技术属于煤炭开采
，具体涉及一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法。
技术介绍
我国一次消费能源主要依靠煤炭供给，且长期占比达到60％以上，是我国工业化发展的主要支柱。我国煤炭产量已经达到年产40亿吨的高水平状态，在全国煤炭产量中大约有三分之一约10亿吨的煤炭产自高瓦斯矿井、高瓦斯突出矿井、高瓦斯涌出矿井。煤炭生产中的瓦斯安全问题十分严重，由于瓦斯治理的问题造成的损失也十分严重。为了解决煤炭生产中的瓦斯问题，目前最为有效的瓦斯治理措施是密集钻孔和长期预抽，包括顺层钻孔，穿层钻孔的方式。基于可控冲击波技术的煤层增透新技术已经在多个煤矿开展了应用，经验证十分有效，也受到了煤炭行业的广泛应用。然而，大量高瓦斯煤层又都是松软煤层，在煤层中实施钻孔十分困难。在构造煤层的开发中，因为无法在煤层中实施钻孔，只能在煤层的底板、顶板开掘岩巷，再在岩巷中实施上、下穿层钻孔预抽煤层瓦斯。国内的煤炭生产中，每年需要开掘3000km的岩巷，每米岩巷的开掘耗资达到1万元，导致煤炭预抽瓦斯成本巨大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，以解决目前在煤层底板、顶板开掘岩巷并在岩巷中实施上、下穿层钻孔预抽煤层中瓦斯存在成本巨大的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，包括以下步骤：S1，设定顶板、底板上的钻孔位置及数量，在顶板、底板上打出钻孔；所述钻孔平行于煤层延伸方向；S2，在钻孔安装孔口装置；S3，将可控冲击波产生装备推送到钻孔中，并将可控冲击波产生装备的冲击波输出窗口对准煤层方向；S4，向钻孔内注水，使整个可控冲击波产生装备浸没在水中；S5，将可控冲击波产生装备与脉冲功率驱动源连接；并启动脉冲功率驱动源向可控冲击波产生装备放电，可控冲击波产生装备产生的冲击波将顶板、底板致裂；所述冲击波的强度为180-199MPa；钻孔产生的裂缝延伸至煤层，从而完成煤层的增透。优选的，所述钻孔内设有一个或一个以上的作业段，相邻两个作业段的距离为5-10m，每个作业段的长度依据钻孔内顶板、底板的力学性质设置，使得钻孔内的顶板、底板能够被均衡致裂；所述可控冲击波产生装备从钻孔内最深处的作业段依次向外实施冲击波作业，可控冲击波产生装备的冲击波输出窗口位于所述作业段的中点。优选的，步骤S1中在顶板上打出平行于煤层延伸方向的钻孔时，首先在地面向顶板竖直打出钻孔或者在巷道穿过煤层向顶板斜向打出钻孔，钻孔打至煤层与顶板界面上方垂直距离为50-100cm时，然后将钻孔方向转为平行于煤层的延伸方向。优选的，步骤S1中在底板上打出平行于煤层延伸方向的钻孔时，首先在巷道对顶板斜向打出钻孔，钻孔打至煤层与底板界面下方垂直距离为50-100cm时，然后将钻孔方向转为平行于煤层的延伸方向。优选的，所述可控冲击波产生装备包括地电极、高压电极、高压绝缘子、外壳和电缆接口，所述外壳为圆筒状结构，其内部中空，高压电极通过高压绝缘子固定在外壳端部，电缆接口端部的电缆线穿过所述外壳本体、高压绝缘子与高压电极后端连接，地电极通过冲击波定向反射弧板与外壳前端连接，且地电极与高压电极前端相对设置，冲击波定向反射弧板内侧面为抛物柱面；冲击波定向反射弧板与地电极、外壳围合成的开口为冲击波输出窗口。优选的，所述地电极与高压电极之间设有含能棒，含能棒两端的金属丝分别与地电极与高压电极连接，所述含能棒与所述抛物柱面的焦点线重合。优选的，所述可控冲击波产生装备放电后，在地电极一侧重新补充一根含能棒，所述脉冲功率驱动源电储能大于1.5kJ。优选的，步骤S5还包括以下操作，采用内窥镜观察该次致裂后顶板、底板钻孔内壁产生的裂缝大小，其宽度若没有达到设定的裂缝宽度时，向所述钻孔注满水，并启动脉冲功率驱动源再次放电，直至顶板、底板裂缝达到设定的宽度，所述设定的裂缝宽度大于10nm。优选的，所述孔口装置包括卡接在钻孔孔口的胀套，胀套上端的环形固定板下表面与钻孔边缘接触，胀套内套设有管状的锥套，锥套下端的锥状口卡接在胀套下端周向设置的膨胀片内，膨胀片向外凸出并与钻孔孔壁紧密接触，所述膨胀片与胀套下端为弹性连接；锥套上端左右两侧设有连接板，连接板上设有螺杆，螺杆穿过连接板上的螺纹孔后与抵接板活动连接，抵接板下端与所述环形固定板上表面接触，锥套内设有单向阀，锥套上端设有与所述能量转换器适配的连接部，连接部上设有密封圈。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术提供的在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，利用可控冲击波产生装备将煤层顶板、底板致裂，最终形成裂缝带将煤层增透；从而大面积沟通煤层与钻孔，使得瓦斯可通过钻孔进行抽采，该方式的增透效果好，提升了抽采瓦斯的效率；避免了在顶板、底板上开掘岩巷的工程，因此成本低廉；从而促进了煤炭的生产，提高了抽采瓦斯的效率，降低了煤炭生产成本。2.脉冲功率驱动源能够根据其储存的能量和输出电压，以及含能棒的规格来精细控制控制输出冲击波的强度，进而便于工作人员控制其产生的冲击波强度和时机，因此提高了增透过程中的安全性和可控性，保障了生产人员的生命安全。3.定向输出冲击波能够避免其余区域的顶板、底板被致裂损伤，因此进一步提高了冲击波的利用率。4.当含能棒将地电极与高压电极连接后进行冲击波作业时，能够提高可控冲击波产生装备的转换效率，进而提升了增透煤层的效果。5.通过钻孔，经多次数的低强度冲击波对顶板、底板进行致裂，利用疲劳效应原理致裂煤层，更加安全、环保，避免了单次爆破产生较大冲击波而带来的风险。附图说明图1是本专利技术从地面向煤层顶板钻孔以增透煤层的示意图；图2是从煤层巷道向煤层顶板钻孔以增透煤层的示意图；图3是从煤层巷道向煤层底板钻孔以增透煤层的示意图；图4是可控冲击波产生装备的结构示意图；图5是图4中冲击波输出窗口处的剖视图；图6为孔口装置的结构示意图；图7为图6的剖视图。附图标记如下：1-地电极，2-含能棒，3-高压电极，4-高压绝缘子，5-外壳，6-电缆接口，7-煤层，8-顶板，9-底板，10-钻孔，11-孔口装置，12-可控冲击波产生装备，13-冲击波定向反射弧板，20-胀套，21-环形固定板，22-锥套，23-膨胀片，24-连接板，25-螺杆，26-抵接板，27-单向阀，28-密封圈。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术的内容作进一步详细描述：一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，包括可控冲击波产生装备12和孔口装置11。如图4、图5所示，可控冲击波产生装备12包括地电极1、含能棒2、高压电极3、高压绝缘子4、外壳5、电缆接口6和冲击波定向反射弧板13。外壳5为圆筒状结构，其内部中空，高压电极3通过高压绝缘子4固定在外壳5端部，电缆接口6端部的电缆线穿过所述外壳5本体、高压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1，设定顶板(8)、底板(9)上的钻孔(10)位置及数量，在顶板(8)、底板(9)上打出钻孔(10)；所述钻孔(10)平行于煤层(7)延伸方向；/nS2，在钻孔(10)安装孔口装置(11)；/nS3，将可控冲击波产生装备(12)推送到钻孔(10)中，并将可控冲击波产生装备(12)的冲击波输出窗口对准煤层(7)方向；/nS4，向钻孔(10)内注水，使整个可控冲击波产生装备(12)浸没在水中；/nS5，将可控冲击波产生装备(12)与脉冲功率驱动源连接；并启动脉冲功率驱动源向可控冲击波产生装备(12)放电，可控冲击波产生装备(12)产生的冲击波将顶板(8)、底板(9)致裂；所述冲击波的强度为180-199MPa；钻孔(10)产生的裂缝延伸至煤层(7)，从而完成煤层(7)的增透。/n

【技术特征摘要】
1.一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，设定顶板(8)、底板(9)上的钻孔(10)位置及数量，在顶板(8)、底板(9)上打出钻孔(10)；所述钻孔(10)平行于煤层(7)延伸方向；
S2，在钻孔(10)安装孔口装置(11)；
S3，将可控冲击波产生装备(12)推送到钻孔(10)中，并将可控冲击波产生装备(12)的冲击波输出窗口对准煤层(7)方向；
S4，向钻孔(10)内注水，使整个可控冲击波产生装备(12)浸没在水中；
S5，将可控冲击波产生装备(12)与脉冲功率驱动源连接；并启动脉冲功率驱动源向可控冲击波产生装备(12)放电，可控冲击波产生装备(12)产生的冲击波将顶板(8)、底板(9)致裂；所述冲击波的强度为180-199MPa；钻孔(10)产生的裂缝延伸至煤层(7)，从而完成煤层(7)的增透。


2.根据权利要求1所述的一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，其特征在于：所述钻孔(10)内设有一个或一个以上的作业段，相邻两个作业段的距离为5-10m，每个作业段的长度依据钻孔(10)内顶板(8)、底板(9)的力学性质设置，使得钻孔(10)内的顶板(8)、底板(9)能够被均衡致裂；所述可控冲击波产生装备(12)从钻孔(10)内最深处的作业段依次向外实施冲击波作业，可控冲击波产生装备(12)的冲击波输出窗口位于所述作业段的中点。


3.根据权利要求2所述的一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，其特征在于：步骤S1中在顶板(8)上打出平行于煤层(7)延伸方向的钻孔(10)时，首先在地面向顶板(8)竖直打出钻孔(10)或者在巷道穿过煤层(7)向顶板(8)斜向打出钻孔(10)，钻孔(10)打至煤层(7)与顶板(8)界面上方垂直距离为50-100cm时，然后将钻孔(10)方向转为平行于煤层(7)的延伸方向。


4.根据权利要求2所述的一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，其特征在于：步骤S1中在底板(9)上打出平行于煤层(7)延伸方向的钻孔(10)时，首先在巷道对顶板(8)斜向打出钻孔(10)，钻孔(10)打至煤层(7)与底板(9)界面下方垂直距离为50-100cm时，然后将钻孔(10)方向转为平行于煤层(7)的延伸方向。


5.根据权利要求1所述的一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，其特征在于：所述可控冲击波产生装备(12)...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤俊萍，张永民，刘美娟，张硕，
申请(专利权)人：西安闪光能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61