一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统及方法，包括：煤矿信息采集模块，用于获得煤矿井下煤层垂直方向上裂隙的空间定位和采掘工程平面图；定向钻孔设计模块，用于基于煤层中裂隙的空间定位和采掘工程平面图，布置定向钻孔的轨迹、钻孔层、开孔点和测量位置；定向钻孔模块，用于定向钻孔并记录钻孔数据，分析钻孔效果，包括用于钻孔的钻孔工具和监测钻孔数据的监测工具。本发明专利技术采用长钻孔的技术，单孔成孔距离长，有效抽采距离长、占比高，钻孔轨迹可控，采用随钻测量技术和孔底螺旋钻具实现人工受控定向将钻孔布置在关键层中，在钻遇到不稳定岩层后可绕开施工，成孔后的瓦斯抽采通道受破坏程度降低，抽采效果稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统及方法
本专利技术涉及定向钻孔领域，特别是涉及一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统及方法。
技术介绍
随着矿井开采深度的增加和机械化程度的提高，瓦斯涌出量不断增大，尤其是综采放顶煤等高产高效高瓦斯工作面，情况更为严重。由于通风能力及风速的限制，单靠通风方式很难把工作面瓦斯涌出降到安全数值以下。瓦斯抽放是防治瓦斯灾害的有效手段，近年，不少局矿采用综合瓦斯抽放技术，增加了瓦斯抽放量，提高了瓦斯抽放率，制止或减少了瓦斯事故的发生。但是，采用综合瓦斯抽放技术，常常要布置专用岩石瓦斯抽放巷、无疑增加了抽放成本，而且有些高瓦斯工作面，未布置瓦斯抽放巷，无法实施综合抽放技术。另外，现有的综合抽放方法，多采用密集短钻孔抽放瓦斯，钻孔数量较多而钻孔的有效利用段较少，钻机移动、封孔、管道布置等工序和材料用量较大、施工时间较长，成本较大。现有技术中，采空区瓦斯治理常用方法有专用巷道法抽采和普通高位钻孔法抽采，如：开发高位抽放巷、专用尾巷等，但是掘进成本高、不可重复使用、增加采煤成本；对于煤层顶板裂隙发育发达的情况，采用普通钻孔治理，将钻孔布置在回风巷并沿煤层走向向顶板裂隙带范围，具有投入少、针对性强、操作相对简单，但是存在钻孔孔深短、工程量大、轨迹不可控、抽采时间短、定位差等不足，制约瓦斯抽采效率，影响抽采效果。从而，社会急需一种足已解决现有技术中存在的问题的基于定向长钻孔的瓦斯抽采系统及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统，包括：煤矿信息采集模块，用于获得煤矿井中煤层垂直方向上裂隙的空间定位和采掘工程平面图；定向钻孔设计模块，用于基于煤层中裂隙的空间定位和所述采掘工程平面图，布置定向钻孔的轨迹、钻孔层、开孔点和测量位置；定向钻孔模块，用于定向钻孔并记录钻孔数据，分析钻孔效果，包括用于钻孔的钻孔工具和监测钻孔数据的监测工具。进一步地，所述煤矿信息采集模块包括高精度无线微震采集站，用于采集微震数据获得煤矿井中缝隙的空间定位，并绘制煤层的裂隙分布图。进一步地，所述高精度无线微震采集站的密度为：不少于16个/Km2，布置方式为菱形或矩形，监测时间不少于24小时。进一步地，所述定向钻孔设计模块中包括钻孔轨迹布置模块、钻孔工具选择模块、开孔点选择模块和测量模块，其中所述钻孔轨迹布置模块用于选择钻孔层并进行钻孔轨迹的布置，所述钻孔层为煤层的中部和煤层的顶板上的裂隙，且所述钻孔层布置在中硬岩层，避免布置在软弱岩层。进一步地，所述钻孔轨迹包括：顺层长钻孔，位于所述煤层的中部；高位层长钻孔，位于所述煤层的顶板上的裂隙。进一步地，所述开孔点选择模块用于选择钻孔的开孔点，所述开孔点为煤层的中部和煤层顶板。进一步地，所述钻孔工具包括定向钻机、定向钻具，所述监测工具包括随钻测量装置；其中所述定向钻机基于钻孔需求、裂隙分布图和采掘工程平面图进行选择；所述定向钻具包括组合钻头、扶正器、孔底螺杆马达、无磁钻杆、随钻测量短节和通缆钻杆；所述随钻测量装置用于监测定向钻孔轨迹参数与孔底定向钻具空间姿态。进一步地，所述定向钻孔模块还包括修正装置，所述修正装置基于所述随钻测量装置监测的数据和预设数据进行对比，实时调整钻孔的实钻轨迹。一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1.通过煤矿信息采集模块采集采掘工程平面图，并通过若干个高精度无线微震采集站在地面获取井中煤层上裂隙的空间定位；S2.基于所述煤层上裂隙的空间定位和所述采掘工程平面图，布置定向钻孔的轨迹、钻孔层、开孔点和测量位置；S3.基于所述定向钻孔的轨迹、钻孔层、开孔点和测量位置，开始定向钻孔并记录钻孔数据，分析钻孔效果；S4.在所述钻孔中进行瓦斯抽采。本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术采用了从地面监测的方法监测井中裂隙的分布情况，在高位层和顺层两个层里面进行定向钻孔，采用长钻孔的技术，单孔成孔距离长，有效抽采距离长、占比高，钻孔轨迹可控，采用随钻测量技术和孔底螺旋钻具实现人工受控定向将钻孔布置在关键层中，在钻遇到不稳定岩层后可绕开施工，成孔后的瓦斯抽采通道受破坏程度降低，抽采效果稳定。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的系统结构图。具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可对本专利技术说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本专利技术的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。煤层、围岩均属于孔隙-裂隙结构体，煤层开采后受回采动应力影响，原始地应力平衡被破坏，透气性增大，裂隙得以进一步发育，在上覆岩层中形成两类裂隙：一类为离层裂隙，是随岩层下沉在层与层间出现的岩层裂隙，导致空间突然增大，应力平衡被破坏，瓦斯大量释放，游离瓦斯大量聚集；另一类为纵向破断裂隙，是随岩层下沉破断形成的穿层裂隙，为相对低密度的瓦斯向上流通提供了通道，一般为煤层3～10倍采高范围。高位钻孔抽采瓦斯参数优化中，将采动区垂直方向由下向上依次划分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，根据采空区“O”形圈及“关键层理论”，裂隙带为卸压瓦斯流动和储存的主要空间。常见治理手段是沿煤层顶板裂隙带布置走向钻孔对邻近层或回采后采空区瓦斯抽采，顶板高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统，其特征在于：包括：/n煤矿信息采集模块，用于获得煤矿井下煤层垂直方向上裂隙的空间定位和采掘工程平面图；/n定向钻孔设计模块，用于基于煤层中裂隙的空间定位和所述采掘工程平面图，布置定向钻孔的轨迹、钻孔层、开孔点、角度、长度和测量位置；/n定向钻孔模块，用于定向钻孔并记录钻孔数据，分析钻孔效果，包括用于钻孔的钻孔工具和监测钻孔数据的监测工具。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统，其特征在于：包括：
煤矿信息采集模块，用于获得煤矿井下煤层垂直方向上裂隙的空间定位和采掘工程平面图；
定向钻孔设计模块，用于基于煤层中裂隙的空间定位和所述采掘工程平面图，布置定向钻孔的轨迹、钻孔层、开孔点、角度、长度和测量位置；
定向钻孔模块，用于定向钻孔并记录钻孔数据，分析钻孔效果，包括用于钻孔的钻孔工具和监测钻孔数据的监测工具。


2.根据权利要求1所述的一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统，其特征在于：所述煤矿信息采集模块包括高精度无线微震采集站，用于采集微震数据获得煤矿井中缝隙的空间定位，并绘制煤层煤层的裂隙分布图。


3.根据权利要求2所述的一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统，其特征在于：所述高精度无线微震采集站的密度为：不少于16个/Km2，布置方式为菱形或矩形，监测时间不少于24小时。


4.根据权利要求1所述的一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统，其特征在于：所述定向钻孔设计模块中包括钻孔轨迹布置模块、钻孔工具选择模块、开孔点选择模块和测量模块，其中所述钻孔轨迹布置模块用于选择钻孔层并进行钻孔轨迹的布置，所述钻孔层为煤层的中部和煤层的顶板上的裂隙，且所述钻孔层布置在中硬岩层，避免布置在软弱岩层。


5.根据权利要求4所述的一种基于双层定向长钻孔的智能瓦斯抽采系统，其特征在于：所述钻孔轨迹包括：
顺层长钻孔，位于所述煤层的中部；
高位层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李尧斌，薛生，李寿山，郑晓亮，徐伟杰，郑春山，江丙友，龚选平，马衍坤，高涵，金鹏，郭鑫，李涛，岳彩昊，江涛，
申请(专利权)人：安徽理工大学，山东安益矿用设备股份有限公司，中煤能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34