CN109578058B - 一种通过辅助钻孔提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过辅助钻孔提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度的方法，包括以下步骤：第一步、采用小直径钻杆的钻机在巷道煤层上并排施工多个抽采钻孔，在利用大直径钻杆的钻机在上述钻孔基础上进行扩孔；第二步、对钻孔进行有效封堵后，利用瓦斯抽采管对钻孔内瓦斯进行初步抽采；当瓦斯抽采浓度低于50％时，对抽采钻孔进一步封堵并在封孔段内注满半流体浆液；第三步、当瓦斯浓度低于30％时，用小直径钻杆的钻机在并排抽采钻孔的四周施工若干辅助钻孔，并对辅助钻孔进行封堵注浆。本发明可以提高钻孔抽采利用率以及瓦斯抽采浓度，缩短有效抽采周期，环节采掘接替紧张的现象，且操作简单，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种瓦斯抽采方法，具体涉及一种通过辅助钻孔提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度的方法，属于井下瓦斯防治技术领域。
背景技术
随着煤矿开采深度的增加，煤矿的瓦斯问题日益严重，尤其是高瓦斯低透气性煤层的瓦斯治理问题，一直严重制约着煤矿的安全生产。因此，煤层钻孔瓦斯抽采作为防治瓦斯突出的重要措施一直被广泛应用，但是在瓦斯抽采的过程中，一直存在着抽采浓度低、效果差、持续时间短等各种问题。
为了提高煤层钻孔瓦斯抽采效果，我国多数突出矿井多采用高负压、大流量抽采系统，但是这样势必造成漏气量增加，瓦斯抽采浓度降低，这样不仅没缩短瓦斯有效抽采周期，缓解采掘接替紧张的现象，反而使瓦斯抽采泵站抽采浓度低于30％，从而达不到《煤矿安全规程》规定的瓦斯利用条件而将瓦斯排空，对环境造成影响。
且煤层钻孔瓦斯抽采期间煤层钻孔不可避免受到地应力各因素综合影响，从而使煤层钻孔周围裂隙不断发育，造成外界空气在抽采负压的作用下容易从这些裂隙中进入抽采钻孔内导致瓦斯抽采浓度下降，缩短了抽采钻孔的有效抽采周期，降低抽采钻孔的利用率。
发明内容
为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种通过辅助钻孔提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度的方法，可以提高钻孔抽采利用率以及瓦斯抽采浓度，缩短有效抽采周期，缓解采掘接替紧张的现象，且操作简单，成本低廉。
为实现上述发明目的，本发明提供一种通过辅助钻孔提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度的方法，包括以下步骤：
第一步、采用小直径钻杆的钻机在巷道煤层上并排施工多个抽采钻孔，在利用大直径钻杆的钻机在上述钻孔基础上进行扩孔；
第二步、对钻孔进行有效封堵后，利用瓦斯抽采管对钻孔内瓦斯进行初步抽采；当瓦斯抽采浓度低于50％时，对抽采钻孔进一步封堵并在封孔段内注满半流体浆液；
第三步、当瓦斯浓度低于30％时，用小直径钻杆的钻机在并排抽采钻孔的四周施工若干辅助钻孔，并对辅助钻孔进行封堵注浆。
先利用小直径钻杆进行开孔，再利用大直径钻杆扩孔，可以减小钻孔周围裂隙的产生；通过在抽采钻孔四周施工辅助钻孔，使抽采钻孔周围所涉及煤层区域内的裂隙漏风通道得到有效沟通；在抽采钻孔封闭段以及辅助钻孔内均注入半流体浆液对周围裂隙进行封堵，由于半流体浆液具有流动性，因此相较于传统的固体封孔，更容易进入微小裂隙，封堵细小的漏气通道。
并排的各抽采钻孔中心之间距离L＝0.43H±l0，H为煤层的高度，误差l0不得超过0.0625H。
优选的，每个抽采钻孔的四周均布三个辅助钻孔，且设在两个抽采钻孔之间的辅助钻孔为两个抽采钻孔共用，三个辅助钻孔与抽采钻孔中心之间的距离相等，每个抽采钻孔对应的各个辅助钻孔与抽采钻孔中心连线之间的夹角为120°。
具体的，三个辅助钻孔与抽采钻孔中心之间的距离l＝0.25H±l0，H为煤层的高度，误差l0不得超过0.0625H。
抽采钻孔与辅助钻孔轴向方向不相交，且辅助钻孔深度小于抽采钻孔深度1～3m。
第二步中，初步抽采时，使用两端捆绑棉布的瓦斯抽采管对钻孔进行封堵；瓦斯抽采浓度低于50％时，通过两端安装聚氨酯封孔袋的方式对抽采钻孔进一步封堵。
半流体浆液包括主料、辅料与水，其中主料为钠基膨润土和高岭土的混合物，辅料为硅酸钠、硅酸锂、二氧化硅、氯化钠中的一种或两种以上的混合物，主料加上辅料的质量与水的质量比为1：12～1：8。
混合而成的半流体浆液为非凝固、无机类半流体封孔浆液，并在整个封堵期间始终保持不脱水状态，从而维持一定的流动性；胶结的流体还会对钻孔壁起到一定的弹性支撑作用，有效提高了封孔段的致密性，降低了持续作用静压水的渗流量。
在施工好抽采钻孔相应辅助钻孔后，以2～3MPa压强同时向抽采钻孔以及辅助钻孔中注入半流体浆液对整个煤层中裂缝进行封堵。
本发明首先使用小钻杆直径的钻机进行开孔，再使用大钻杆直径钻机扩孔，减少应力变化对煤层的影响，因此可以最大程度减少钻孔裂隙的生成；并通过在抽采钻孔四周施工深度小于抽采钻孔的辅助钻孔，形成以各个抽采钻孔为中心、半径为H/2的圆形煤层区域内全部裂隙漏风通道都得到有效封堵；采用半流体浆液进行封堵，并维持一定的压力，因此一旦有新裂隙发育产生，可以实现自行封堵。本发明大大增加了瓦斯抽采浓度，尤其适合以并排方式布置的煤层钻孔后期瓦斯抽采，当瓦斯抽采浓度较低时通过本方法可以多抽采更多瓦斯，有效的利用了瓦斯资源，促进煤矿安全生产，减少温室气体排放。
附图说明
图1为本发明中抽采钻孔以及辅助钻孔排列布置示意图；
图中：1、辅助钻孔，2、抽采钻孔，3、煤巷煤层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。
如图1所示，一种通过辅助钻孔提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度的方法，包括以下步骤：
第一步、采用30mm钻杆的钻机在巷道煤层上并排施工多个抽采钻孔，在利用80mm钻杆的钻机在30mm钻孔基础上进行扩孔；并排的各抽采钻孔2中心之间距离L＝0.43H±l0，H为煤层的高度，误差l0不得超过0.0625H；
第二步、使用两端捆绑棉布的瓦斯抽采管对钻孔进行封堵，利用瓦斯抽采管对钻孔内瓦斯进行初步抽采；当瓦斯抽采浓度低于50％时，通过两端安装聚氨酯封孔袋的方式对抽采钻孔进一步封堵，并在封孔段内注满半流体浆液；
第三步、当瓦斯浓度低于30％时，用30mm钻杆的钻机在并排抽采钻孔的四周施工若干辅助钻孔，抽采钻孔2与辅助钻孔1轴向方向不相交，且辅助钻孔1深度小于抽采钻孔2深度1～3m；
每个抽采钻孔2的四周均布三个辅助钻孔1，且设在两个抽采钻孔2之间的辅助钻孔1为两个抽采钻孔2共用，三个辅助钻孔1与抽采钻孔2中心之间的距离相等，每个抽采钻孔2对应的各个辅助钻孔1与抽采钻孔2中心连线之间的夹角为120°；三个辅助钻孔1与抽采钻孔2中心之间的距离l＝0.25H±l0，H为煤层的高度，误差l0不得超过0.0625H；
在施工好抽采钻孔相应辅助钻孔1后，以2～3MPa压强同时向抽采钻孔2以及辅助钻孔1中注入半流体浆液对整个煤层中裂缝进行封堵。
先利用小直径钻杆进行开孔，再利用大直径钻杆扩孔，可以减小钻孔周围裂隙的产生；通过在抽采钻孔四周施工辅助钻孔，使抽采钻孔周围所涉及煤层区域内的裂隙漏风通道得到有效沟通；在抽采钻孔封闭段以及辅助钻孔内均注入半流体浆液对周围裂隙进行封堵，由于半流体浆液具有流动性，因此相较于传统的固体封孔，更容易进入微小裂隙，封堵细小的漏气通道。
半流体浆液包括主料、辅料与水，其中主料为钠基膨润土和高岭土的混合物，辅料为硅酸钠、硅酸锂、二氧化硅、氯化钠中的一种或两种以上的混合物，主料加上辅料的质量与水的质量比为1：12～1：8。
混合而成的半流体浆液为非凝固、无机类半流体封孔浆液，并在整个封堵期间始终保持不脱水状态，从而维持一定的流动性；胶结的流体还会对钻孔壁起到一定的弹性支撑作用，有效提高了封孔段的致密性，降低了持续作用静压水的渗流量。
Claims (4)
1.一种通过辅助钻孔提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度的方法，包括以下步骤：
第一步、采用小直径钻杆的钻机在巷道煤层上并排施工多个抽采钻孔(2)，再利用大直径钻杆的钻机在上述抽采钻孔(2)的基础上进行扩孔；
第二步、使用两端捆绑棉布的瓦斯抽采管对抽采钻孔(2)进行封堵后，利用瓦斯抽采管对抽采钻孔(2)内瓦斯进行初步抽采；当瓦斯抽采浓度低于50％时，通过两端安装聚氨酯封孔袋的方式对抽采钻孔(2)进一步封堵，并在封孔段内注满半流体浆液；所述半流体浆液包括主料、辅料与水，其中主料为钠基膨润土和高岭土的混合物，辅料为硅酸钠、硅酸锂、二氧化硅、氯化钠中的一种或两种以上的混合物，主料加上辅料的质量与水的质量比为1：12～1：8；
第三步、当瓦斯浓度低于30％时，用小直径钻杆的钻机在并排抽采钻孔(2)的四周施工若干辅助钻孔(1)，以2～3MPa压强同时向抽采钻孔(2)以及辅助钻孔(1)中注入半流体浆液对整个煤层中裂缝进行封堵；
每个抽采钻孔(2)的四周均布三个辅助钻孔(1)，且设在两个抽采钻孔(2)之间的辅助钻孔(1)为两个抽采钻孔(2)共用，三个辅助钻孔(1)与抽采钻孔(2)中心之间的距离相等，每个抽采钻孔(2)对应的各个辅助钻孔(1)与抽采钻孔(2)中心连线之间的夹角为120°。
2.根据权利要求1所述的通过辅助钻孔提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度的方法，其特征在于，并排的各抽采钻孔(2)中心之间距离L＝0.43H±l0，H为煤层的高度，误差l0不得超过0.0625H。
3.根据权利要求1所述的通过辅助钻孔提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度的方法，其特征在于，三个辅助钻孔(1)与抽采钻孔(2)中心之间的距离l＝0.25H±l0，H为煤层的高度，误差l0不得超过0.0625H。
4.根据权利要求3所述的通过辅助钻孔提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度的方法，其特征在于，抽采钻孔(2)与辅助钻孔(1)轴向方向不相交，且辅助钻孔(1)深度小于抽采钻孔(2)深度1～3m。
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