均匀自卸压增透钻孔方法

摘要

本发明公开了一种均匀自卸压增透钻孔方法，包括以下步骤S1：驱动钻杆转动并配合低压水钻孔，钻孔完成后停钻，S2：调整钻杆的喷嘴至初始切割位置；3：将钻杆内低压水切换为高压水用于切割煤层，切割过程同步退钻距离L形成割缝槽；S4：将高压水切换为低压水，钻头转动进行排渣；S5：排渣完成后，进钻距离L，钻杆停止转动并调整喷嘴切割位置与上一切割位置中心夹角为α；S6：重复步骤S2至S4直至完成周向切割；S7：退钻距离L并重复步骤S2至S6直至切割至预设位置；本发明在煤层中钻孔周围形成的轴向布置的割缝槽，可同时降低钻孔周围的各个方向的应力水平，对钻孔周围煤层进行均匀卸压，同时可提高煤层透气性，提高钻孔瓦斯抽采效果。

权利要求

1.一种均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：利用高压水力割缝装置驱动钻杆转动并配合低压水钻孔，钻孔完成后停钻，S2：调整钻杆的喷嘴至初始切割位置；

S3：将钻杆内低压水切换为高压水用于切割煤层，切割过程同步退钻距离L形成割缝槽；

S4：将高压水切换为低压水，钻头转动进行排渣；

S5：排渣完成后，进钻距离L，钻杆停止转动并调整喷嘴切割位置与上一切割位置中心夹角为α；

S6：重复步骤S2至S4直至完成周向切割；

S7：退钻距离L并重复步骤S2至S6直至切割至预设位置；

所述退钻距离L为1‑5m。

2.根据权利要求1所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：步骤S5中α为45°。

3.根据权利要求1所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：步骤S2中喷嘴初始切割位置的射流方向与煤层层面平行。

4.根据权利要求1所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：步骤S1中高压水力割缝装置的低压水压力小于15MPa。

5.根据权利要求1所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：步骤S3中高压水力割缝装置的高压水压力为60～100MPa。

6.根据权利要求5所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：所述割缝槽厚度为

30‑80mm、深度为1‑3m。

7.根据权利要求1所述的均匀自卸压增透钻孔方法，其特征在于：步骤S3中退钻速度为

0.1‑0.5m/s。

说明书

均匀自卸压增透钻孔方法

技术领域

[0001] 本发明涉及煤矿井下泄压治理技术领域，特别涉及一种均匀自卸压增透钻孔方法。

背景技术

[0002] 在煤矿采掘工程中，煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害可能共存于同一矿井或煤层不同区域。为降低高地应力、提高预抽瓦斯效果，采用了钻孔掏穴、深孔爆破、水力化措
施及复合措施强化卸压增透，对卸压、增透及提高低透气性取得一定效果。在一些矿井采取
上述卸压增透措施后仍出现诱发突出、巷道垮塌等事故，泄压效果欠佳；此外不能对煤层进
行均匀卸压增透，无法从根本上保证工作面的安全高效生产。

[0003] 有鉴于此，本发明的一种顺煤层钻孔割缝卸压增透方法，实现煤层整体卸压和增透，降低了煤层各个方向的应力水平，提高煤层透气性及钻孔瓦斯抽采效果，保障了工作面
安全高效回采。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供一种均匀自卸压增透钻孔方法，实现煤层整体卸压和增透，降低了煤层各个方向的应力水平，提高煤层透气性及钻孔瓦斯抽采效果，保障了工作面安
全高效回采。

[0005] 本发明的均匀自卸压增透钻孔方法，包括以下步骤：

[0006] S1：利用高压水力割缝装置驱动钻杆转动并配合低压水钻孔，钻孔完成后停钻，

[0007] S2：调整钻杆的喷嘴至初始切割位置；

[0008] S3：将钻杆内低压水切换为高压水用于切割煤层，切割过程同步退钻距离L形成割缝槽；

[0009] S4：将高压水切换为低压水，钻头转动进行排渣；

[0010] S5：排渣完成后，进钻距离L，钻杆停止转动并调整喷嘴切割位置与上一切割位置中心夹角为α;

[0011] S6：重复步骤S2至S4直至完成周向切割；

[0012] S7：退钻距离L并重复步骤S2至S6直至切割至预设位置；

[0013] 进一步，步骤S5中α为45°。

[0014] 进一步，步骤S2中喷嘴初始切割位置的射流方向与煤层层面平行。

[0015] 进一步，步骤S1中高压水力割缝装置的低压水压力小于15MPa。

[0016] 进一步，步骤S3中高压水力割缝装置的高压水压力为60 100MPa。~

[0017] 进一步，所述退钻距离L为1‑5m。

[0018] 进一步，所述割缝槽厚度为30‑80mm、深度为1‑3m。

[0019] 进一步，步骤S3中退钻速度为0.1‑0.5m/s。

[0020] 本发明的有益效果：

[0021] 本发明在煤层中钻孔周围形成的轴向布置的割缝槽，可同时降低钻孔周围的各个方向的应力水平，对钻孔周围煤层进行均匀卸压，同时可提高煤层透气性，提高钻孔瓦斯抽
采效果，保障了工作面安全高效回采；；

[0022] 本发明通过若干个L行程的割缝操作，形成在轴向方向的割缝槽，其兼顾了割缝效果以及排渣效果，防止在切割过程中的卡钻现象，提高切割效率并降低切割过程中的故障
率。

附图说明

[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

[0024] 图1为割缝结构示意图；

[0025] 图2为图1的A‑A剖视结构示意图；

[0026] 图3为初始割缝结构示意图；

[0027] 图4为相对初始位置旋转45°后割缝结构示意图；

[0028] 图5为相对初始位置旋转90°后割缝结构示意图；

[0029] 图6为相对初始位置旋转135°后割缝结构示意图；

具体实施方式

[0030] 图1为割缝结构示意图；图2为图1的A‑A剖视结构示意图；图3为初始割缝结构示意图；图4为相对初始位置旋转45°后割缝结构示意图；图5为相对初始位置旋转90°后割缝结
构示意图；图6为相对初始位置旋转135°后割缝结构示意图；

[0031] 本实施例中采用高压水力割缝装置实现钻孔，高压水力割缝装置包括钻机、安装于钻机上的钻杆以及水辫装置，钻机具有钻头用于驱动钻杆转动，钻机还可器驱动钻杆进
钻或者退钻，钻杆为中空结构，通过水辫为钻杆提供高压或低压水并，其中钻杆靠近头部的
外圆处径向相对开设有一对喷嘴，通过喷嘴喷射高压水用于切割煤层，具体高压水力割缝
装置采用现有结构，具体不在赘述；

[0032] 如图所示，本实施例提供了一种均匀自卸压增透钻孔方法，包括以下步骤：

[0033] S1：利用高压水力割缝装置驱动钻杆转动并配合低压水钻孔，钻孔完成后停钻，调整钻杆的喷嘴至初始切割位置；具体为高压水力割缝装置驱动钻杆转动并进钻用于对煤层
钻孔，钻孔至预设深度时，用低压水配合钻杆钻孔，防止射流水损伤钻孔内壁，保证钻孔内
壁完整性，利于钻孔时的排渣；

[0034] S2：调整钻杆的喷嘴至初始切割位置；停钻并调整钻头使得喷嘴位于初始切割位置，其中初始切割位置可人为设定，用喷嘴的射流方向表征喷嘴的切割位置，可设定水平或
与水平一任意夹角的射流方向为初始位置；

[0035] S3：将钻杆内低压水切换为高压水用于切割煤层，切割过程同步退钻距离L形成割缝槽；钻杆停止后，通过喷嘴喷出的高压射流水切割钻孔内壁，在切割过程中通过水力割缝
装置驱动钻杆同步退钻形成沿钻孔轴向方向延伸的割缝槽；通过该结构利于在轴向L距离
内形对煤层整体卸压和增透，在该方向降低煤层的应力水平；

[0036] S4：将高压水切换为低压水，钻头转动进行排渣；通过低压水利于将切割后的碎渣随着钻杆转动排出，同时可防止射流水损伤钻孔内壁，保证钻孔以及割缝槽的完整性。

[0037] S5：排渣完成后，进钻距离L，钻杆停止转动并调整喷嘴切割位置与上一切割位置中心夹角为α；完成上一切割程序后，转动α角度重新进行切割，在与上一个割缝槽中心角α
处切割形成新的割缝槽，在该方向降低煤层的应力水平；

[0038] S6：重复步骤S2至S4直至完成周向切割；完成周向切割含义为转动若干个α角，完成360°的切割，即在钻孔周向均匀形成若干个割缝槽，在各个方向均降低煤层的应力水平；

[0039] S7：退钻距离L并重复步骤S2至S6直至切割至预设位置；预设位置可以为喷嘴完全退出钻孔的位置，或者是喷嘴退至钻孔内的某一位置，具体位置以及实际地质条件确定。

[0040] 本实施例中，步骤S5中α为45°。将α设定为45°，即在顺时针或者逆时针方向转动三次即可实现周向的切割，如图2所示，通过四次切割形成米字形的割缝槽结构，利于在周向
均匀对煤层卸压和增透，而且兼顾了切割效率，通过较少次数的转动即可实现周向切割，其
切割效率高。

[0041] 本实施例中，步骤S2中喷嘴初始切割位置的射流方向与煤层层面平行。通过与煤层层面平行的初始切割位置可首先对垂直于煤层的方向进行泄压，可减小泄压过程中的安
全隐患。

[0042] 本实施例中，步骤S1中高压水力割缝装置的低压水压力小于15MPa。步骤3中高压水力割缝装置的高压水压力为60 100MPa。通过该范围内高压水压可形成良好的切割效果
~
并利于控制切割的颗粒大小，结合该范围内的低压水压利于排渣。

[0043] 本实施例中，所述退钻距离L为1‑5m。通过钻孔深度确定该退钻距离，本实施例优选L为3m，通过该退钻距离的设定，可将每次切割形成的割缝槽轴向长度控制在一定范围
内，即保证泄压的效果，也保证煤层内部结构的稳定性，也利于排渣。

[0044] 本实施例中，所述割缝槽厚度为30‑80mm、深度为1‑3m。本实施例优选割缝槽厚度为50mm，深度为2m；结合图3所示，割缝槽的深度为该割缝槽水平方向的尺寸，割缝槽的厚度
为该割缝槽竖向方向的尺寸，依据不同的煤层地质条件可选用相适配的高压水压力，使得
割缝槽深度控制于1‑3m内，通过控制喷嘴的大小控制割缝槽的厚度，通过该尺寸的割缝槽，
即保证良好的泄压效果，同时保证煤层的稳定性。

[0045] 本实施例中，步骤S3中退钻速度为0.1‑0.5m/s。本实施优选退钻速度为0.2 m/s，通过该范围内的退钻速度提高切割效果。

[0046] 结合图1所示，钻杆1向煤层2内钻进形成钻孔3，本实施例中从内向外进行了六次切割循环，形成六组轴向距离为L的割缝槽，结合图2所示，各组割缝槽形成了米字形的槽体
结构；

[0047] 结合图3所示，在初始切割时，调整喷嘴4的射流方向与煤层层面平行，本实施例中煤层的层面为水平方向，此时的割缝槽5水平延伸，此割缝槽切割完成并排渣后，如图4所
示，喷嘴顺时针转动45°，在该L行程内进行下一个割缝槽的切割操作，此时形成的割缝槽与
初始的割缝槽中心角呈45°，此割缝槽切割完成并排渣后，如图5所示，喷嘴顺时针继续转动
45°，在该L行程内进行下一个割缝槽的切割操作，此时形成的割缝槽与初始的割缝槽中心
角呈90°，此割缝槽切割完成并排渣后，如图6所示，喷嘴顺时针转动45°在该L行程内进行下
一个割缝槽的切割操作，此时形成的割缝槽与初始的割缝槽中心角呈135°，该割缝槽切割
完成后，形成了该L行程内的米字形割缝槽的切割；然后退钻L距离，进行下一个L行程内的
割缝槽的切割，依次类推直至切割至预定位置。本发明在煤层中钻孔周围形成的轴向布置
的割缝槽，可同时降低钻孔周围的各个方向的应力水平，对钻孔周围煤层进行均匀卸压，同
时可提高煤层透气性，提高钻孔瓦斯抽采效果；

[0048] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技
术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本
发明的权利要求范围当中。