一种用于易喷孔软煤层钻孔排渣防堵方法技术

本发明专利技术公开了一种用于易喷孔软煤层钻孔排渣防堵方法，能根据压力监测装置采集的实时气体压力值并结合称重感应装置采集的排渣阀门处的钻屑质量，判断是否发生喷孔现象，在未发生喷孔现象时，采取定时开启排渣阀门进行排渣，从而控制排渣速度；当实时检测的气体压力值及钻屑质量均大于设定阈值时，则判断发生喷孔现象，此时能根据钻孔过程中产生钻屑的多因素参数并结合实时监测数据对理论排渣速度进行计算，进而控制排渣阀门处于常开状态，此时排渣主体由于气压增大的原因自动增大排渣速度至理论排渣速度进行快速排渣，既能最大限度降低喷孔事故的发生，又能在喷孔发生时以最快的速度将喷出的煤粉、煤渣排出，有效提高了钻孔作业过程的安全性。孔作业过程的安全性。孔作业过程的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于易喷孔软煤层钻孔排渣防堵方法


[0001]本专利技术涉及矿井瓦斯防治
，特别是涉及一种用于易喷孔软煤层钻孔排渣防堵方法。

技术介绍

[0002]由于高瓦斯矿井较多，尤其是西南地区(如贵州、云南等)的典型构造煤为主的突出煤层，煤质较软，透气性差，瓦斯压力和含量大。因此，在进行打钻孔抽采瓦斯时，钻进速度过快使煤体加速粉碎，煤体内的吸附瓦斯瞬间变为游离瓦斯。如果排渣不畅，孔内的瓦斯不能及时被带出孔外，当孔内的瓦斯积聚到一定压力后瞬间释放，造成瓦斯喷孔，伴随着大量煤粉、钻屑的排出，钻孔密封段孔口位置煤体极易坍塌，造成钻孔失效，从而极易引发瓦斯超限或瓦斯突出事故。由此可见，在打钻时进行及时、顺畅地排渣对于预防喷孔事故的发生以及喷孔发生时最大程度降低防喷孔措施的失效尤为重要。
[0003]基于上述原因，如何提供一种方法，能根据钻孔排出的钻屑质量及钻孔内气体压力实时自动调节排渣速度，以助于解决排渣不畅、喷孔措施失效等问题，杜绝瓦斯超限事故，确保瓦斯治理取得良好效果，是本行业的研究方向之一。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于易喷孔软煤层钻孔排渣防堵方法，能根据钻孔排出的钻屑质量及钻孔内气体压力实时自动调节排渣速度，以助于解决排渣不畅、喷孔措施失效等问题，杜绝瓦斯超限事故，确保瓦斯治理取得良好效果。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于易喷孔软煤层钻孔排渣防堵方法，具体步骤为：
[0006]A、在预打钻部位布置排渣装置，所述排渣装置包括三通管、排渣主体、压力监测装置、防爆型控制器和排渣管路；所述三通管为两端开口的空心管，且在靠近一端的空心管侧部开设排渣口；所述排渣主体固定在支架上，排渣主体的一侧设有排渣主体进口，排渣主体的下端设有排渣主体出口，排渣主体出口处设置具有称重感应装置的排渣阀门，排渣主体出口与排渣管路连接，所述排渣主体进口通过管路与三通管的排渣口密封连接；所述防爆型控制器与排渣阀门和压力监测装置均通过连接线连接；完成排渣装置的布置过程；
[0007]B、采集及测量多种参数，包括目标煤层煤体密度、钻孔孔径、排渣管路的口径、钻进速度和钻孔内钻屑残存指数，将上述参数输入值防爆型控制器内进行存储，接着通过钻机在巷道内向具有喷孔倾向的煤层钻设一段钻孔，将三通管一端插入钻孔内，三通管另一端及排渣口均处于钻孔外部，然后钻机的钻杆穿过三通管两端进入钻孔内，并继续向煤层中施工瓦斯抽采钻孔，在施工过程中，钻孔内的钻屑会从钻孔内经过排渣口进入排渣主体内，最终堆积在排渣阀门上方，称重感应装置和压力监测装置分别将排渣阀门处的钻屑质量和实时的气体压力值反馈给防爆型控制器；
[0008]C、在钻孔钻进过程中，若防爆型控制器接收压力监测装置反馈的实时气体压力值
未超过0.05Mpa，则确定此时未发生喷孔现象，在该情况下，防爆型控制器接收称重感应装置反馈的实时钻屑质量，当实时钻屑质量达到2kg时，防爆型控制器控制排渣阀门开启，使排渣主体内的钻屑排至排渣管路，达到设定的开启时间后防爆型控制器控制排渣阀门关闭，此时称重感应装置继续对排渣阀门处的钻屑质量进行称重，直至质量再次达到2kg时，防爆型控制器控制排渣阀门再次开启，如此重复循环，实现未发生喷孔时的排渣过程；
[0009]D、若防爆型控制器接收的实时气体压力值大于0.05Mpa，同时接收的实时钻屑质量大于3kg时，则确定此时发生喷孔现象，此时防爆型控制器根据步骤B预存的参数及实时采集的气体压力值，经过公式计算的得出理论排渣速度；接着防爆型控制器控制排渣阀门处于常开状态，排渣主体能以理论排渣速度进行排渣，当防爆型控制器接收的实时气体压力值小于0.05Mpa时，且等待一段时间后，实时气体压力值并未超过0.05Mpa，则确定喷孔结束，防爆型控制器控制排渣阀门关闭，并通过称重感应装置实时称量排渣阀门处的钻屑质量，若此时钻屑质量仍大于2kg，则继续控制排渣阀门开启一段时间后关闭，后续防爆型控制器按照步骤C的方式控制排渣阀门的开闭恢复成未喷孔时的排渣过程。
[0010]进一步，所述步骤D中理论排渣速度的公式为：
[0011]v＝bv0ρd
12
g/d
22
+cp2[0012]v：理论排渣速度，m/s；
[0013]v0：钻进速度，m/min；
[0014]d1：钻孔直径，mm；
[0015]d2：排渣管路的口径，mm；
[0016]p：孔内气体压力，MPa；
[0017]ρ：煤体密度，kg/mm2；
[0018]g：重力加速度，m/s2；
[0019]b：钻屑喷孔系数；取值为5～15；
[0020]c：经验常数；
[0021]由上述公式得出，理论排渣速度与孔内气体压力呈正相关，当喷孔发生时，孔内气体压力突然增大，同时伴随大量钻屑短时间内喷出，此时排渣装置以理论排渣速度进行排渣使排渣速度自动调大。
[0022]进一步，在钻井过程中若钻进速度或钻孔孔径发生变化时，需将变化后的钻进速度或钻孔孔径输入至防爆型控制器中进行数据更新。通过更新能使后续计算出的排渣速度更精准。
[0023]进一步，还包括粉尘收集袋，所述排渣主体另一侧设有排尘口，排尘口处装有粉尘收集阀门，排尘口通过粉尘收集阀门与粉尘收集袋的进口连接，防爆型控制器对粉尘收集阀门的开闭进行控制。设置粉尘收集袋，能在排渣过程中定时开启粉尘收集阀门，使进入排渣主体内漂浮的粉尘进入粉尘收集袋，实现粉尘的收集作用。
[0024]进一步，还包括甲烷浓度检测器，甲烷浓度检测器固定在排渣主体上端，且甲烷浓度检测器的检测探头伸入排渣主体内，用于采集排渣主体内的实时瓦斯浓度并反馈给防爆型控制器，所述排渣主体的上端开设瓦斯排气口，瓦斯排气口处装有瓦斯抽采阀门，瓦斯排气口通过瓦斯抽采阀门与瓦斯抽采总管路连接，防爆型控制器根据甲烷浓度检测器反馈的实时瓦斯浓度对瓦斯抽采阀门的开闭进行控制。设置甲烷浓度检测器并设定阈值，能在排
渣主体内瓦斯浓度超过阈值时，开启瓦斯抽采阀门通过瓦斯抽采总管路对排渣主体内的瓦斯气体进行抽采，降低其内部瓦斯浓度。
[0025]进一步，所述排渣装置由防爆型电池供电。
[0026]与现有技术相比，本专利技术采用防爆型控制器、称重感应装置、压力监测装置和排渣主体相结合的方式，具有以下优点：
[0027]1、本专利技术能根据压力监测装置采集的排渣主体内实时气体压力值并结合称重感应装置采集的排渣阀门处的钻屑质量，判断是否发生喷孔现象，其中由于排渣主体内部与钻孔内部通过软管密封连接，因此排渣主体内的实时气体压力值约等于钻孔内部的气体压力值，在未发生喷孔现象时，本专利技术能采取定时开启排渣阀门进行排渣，从而控制排渣速度；而当实时检测的气体压力值及钻屑质量均大于设定阈值时，则判断发生喷孔现象，此时能根据钻孔过程中产生钻屑的多因素参数并结合实时监测数据对理论排渣速度进行计算，进而防爆型控制器能控制排渣阀门处于常开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于易喷孔软煤层钻孔排渣防堵方法，其特征在于，具体步骤为：A、在预打钻部位布置排渣装置，所述排渣装置包括三通管、排渣主体、压力监测装置、防爆型控制器和排渣管路；所述三通管为两端开口的空心管，且在靠近一端的空心管侧部开设排渣口；所述排渣主体固定在支架上，排渣主体的一侧设有排渣主体进口，排渣主体的下端设有排渣主体出口，排渣主体出口处设置具有称重感应装置的排渣阀门，排渣主体出口与排渣管路连接，所述排渣主体进口通过管路与三通管的排渣口密封连接；所述防爆型控制器与排渣阀门和压力监测装置均通过连接线连接；完成排渣装置的布置过程；B、采集及测量多种参数，包括目标煤层煤体密度、钻孔孔径、排渣管路的口径、钻进速度和钻孔内钻屑残存指数，将上述参数输入值防爆型控制器内进行存储，接着通过钻机在巷道内向具有喷孔倾向的煤层钻设一段钻孔，将三通管一端插入钻孔内，三通管另一端及排渣口均处于钻孔外部，然后钻机的钻杆穿过三通管两端进入钻孔内，并继续向煤层中施工瓦斯抽采钻孔，在施工过程中，钻孔内的钻屑会从钻孔内经过排渣口进入排渣主体内，最终堆积在排渣阀门上方，称重感应装置和压力监测装置分别将排渣阀门处的钻屑质量和实时的气体压力值反馈给防爆型控制器；C、在钻孔钻进过程中，若防爆型控制器接收压力监测装置反馈的实时气体压力值未超过0.05Mpa，则确定此时未发生喷孔现象，在该情况下，防爆型控制器接收称重感应装置反馈的实时钻屑质量，当实时钻屑质量达到2kg时，防爆型控制器控制排渣阀门开启，使排渣主体内的钻屑排至排渣管路，达到设定的开启时间后防爆型控制器控制排渣阀门关闭，此时称重感应装置继续对排渣阀门处的钻屑质量进行称重，直至质量再次达到2kg时，防爆型控制器控制排渣阀门再次开启，如此重复循环，实现未发生喷孔时的排渣过程；D、若防爆型控制器接收的实时气体压力值大于0.05Mpa，同时接收的实时钻屑质量大于3kg时，则确定此时发生喷孔现象，此时防爆型控制器根据步骤B预存的参数及实时采集的气体压力值，经过公式计算的得出理论排渣速度；接着防爆型控制器控制排渣阀门处于常开状态，排渣主体能以理论排渣速度进行排渣，当防爆型控制器接收的实时气体压力值小于0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟成，陈爱坤，徐吉钊，郑仰峰，丛钰洲，唐伟，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：