一种煤矿顺层瓦斯抽放钻孔合理封孔深度的确定方法技术领域
本发明涉及顺层钻孔抽放煤矿瓦斯方法，特别是一种煤矿顺层瓦斯抽放钻孔合理封
孔深度的确定方法。
背景技术
随着矿井开采深度的增加，我国煤矿的瓦斯问题越来越突出，主要表现为瓦斯压力
高，含量大。煤矿规程中要求掘进和回采前，必须将煤层中的瓦斯压力和含量降低至安
全值以下。实践中，顺层钻孔抽采瓦斯已成为我国煤矿治理瓦斯的重要手段。在瓦斯抽
采工艺中，瓦斯抽采钻孔的封孔深度对瓦斯抽采的效果有着至关重要的影响。如果封孔
的深度过小，巷道内的空气将通过裂隙进入钻孔；反之，如果过长，将会导致材料的浪
费，并且形成抽采盲区，为后续的开采埋下安全隐患。但是，目前尚没有统一的确定瓦
斯抽放钻孔合理封孔深度的方法，各煤矿一般基于各自的经验确定封孔深度。
本发明主要针对本煤层中的顺层钻孔。在巷道开挖完成后，巷道围岩中会产生塑性
区，此区域煤体的渗透率较高，当钻孔的封孔段处于该区域时，空气易于从巷道表面渗
入钻孔，从而影响抽采瓦斯的浓度和绝对流量。塑性区外会有应力集中区，在此区域由
于煤体在应力调整中受到压缩，其渗透率较低，因而钻孔的封孔段应布置在该区域。现
场确定围岩应力集中区范围的方法主要为测量钻机钻进过程中的煤屑量及煤屑瓦斯解
吸指标。此方法需要不断秤取煤屑重量，工作费时费力，而煤屑瓦斯解吸量也不易准确
测量，因而，此方法在现场应用并不广泛。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种煤矿顺层瓦斯抽放钻孔合理封孔深度的确定方
法，解决现有方法存在的费时费力，且结果不可靠的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：该封孔深度确定方法：将压力
变送器串联入液压钻机的旋转马达的输入油路，实时测量钻机的空转压力；将位移传感
器平行于推进油缸布置，实时测量推进油缸钻进长度，并通过将油缸钻进长度累加获得
钻孔深度；通过实时采集的空转压力和钻孔深度，获得钻机在不同钻孔深度下的空转压
力；根据液压旋转钻机的空转压力的突变区域确定钻孔合理封孔深度。
所述的位移传感器测量推进油缸钻进长度的方法为：将位移传感器平行于钻机推进
油缸布置，可量测推进油缸的位移，在钻头钻进期间的油缸位移即为油缸钻进长度。
所述的空转压力是指当钻头在孔底附近旋转但不切割岩石时，钻机的旋转马达输入
油压；空转压力的急剧变化区域为应力集中及高瓦斯压力区域，此区域煤体相对较完整，
抽放钻孔的合理封孔深度即为该区域对应的位置；空转压力在突变区域以前变化较小且
较平稳，而在突变区域内空转压力变化显著。
所述实时采集煤矿液压钻机旋转马达输入压力的装置为压力变送器。
所述获得钻机的空转压力的方法有两种，第一种为保持钻头在钻孔底部，并保持钻
头旋转但不钻进；第二种为将钻头从钻孔底部退出一段距离，然后重新钻进此段距离，
此过程中钻头不切割煤体。
有益效果，由于采用了上述方案，钻机的空转压力反映了孔壁和钻杆及钻头的接触
状态，当处于应力集中及高瓦斯压力区域时，钻孔的孔壁易于变形和塌落，导致孔壁施
加在钻杆上的阻力加大，从而引起空转压力的快速变化，因而，本发明利用空转压力与
应力及瓦斯压力的关系，反演获得煤体的状态，从而确定合理的封孔深度。本发明的整
个实施过程可由程序控制完成，不需要人工干预，解决了现有技术存在的费时费力，且
结果不可靠的问题，同时，钻孔结束后可立即给出合理封孔深度，应用简便，具有广阔
推广应用前景。
优点：
(1)本发明通过对钻机运行时的油路压力和位移实时自动采集获得分析数据，不
会对打钻过程产生任何影响；
(2)本发明数据采集和分析可由程序自动完成，避免人为因素对结果的影响，结
果更为可靠；
(3)本发明可针对每个钻孔提供对应的封孔深度，应用范围更广泛，特别适用于
地质条件变化较大的煤层；
(4)本发明方案思路清晰，分析操作简便，对技术人员的要求低；
附图说明
图1是本发明利用空转压力确定合理封孔深度的方法图。
图2是本发明确定空转压力的第一实施例方法。
图3是本发明确定空转压力的第二实施例方法。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
该封孔深度确定方法：将压力变送器串联入液压钻机的旋转马达的输入油路，实时
测量空转压力；将位移传感器平行于推进油缸布置，实时测量推进油缸钻进长度，并通
过将油缸钻进长度累加获得钻孔深度；通过实时采集的空转压力和钻孔深度，获得钻机
在不同钻孔深度下的空转压力；根据液压旋转钻机的空转压力的突变区域确定钻孔合理
封孔深度。
所述的位移传感器测量推进油缸钻进长度的方法为：将位移传感器平行于钻机推进
油缸布置，可量测推进油缸的位移，在钻头钻进期间的油缸位移即为油缸钻进长度。所
述的空转压力是指当钻头在孔底附近旋转但不切割岩石时，钻机的旋转马达输入油压；
空转压力的急剧变化区域为应力集中及高瓦斯压力区域，此区域煤体相对较完整，抽放
钻孔的合理封孔深度即为该区域对应的位置；空转压力在突变区域以前变化较小且较平
稳，而在突变区域内空转压力变化显著。
所述实时采集煤矿液压钻机旋转马达输入压力的装置为压力变送器。
所述获得钻机的空转压力的方法有两种，第一种为保持钻头在钻孔底部，并保持钻
头旋转但不钻进；第二种为将钻头从钻孔底部退出一段距离，然后重新钻进此段距离，
此过程中钻头不切割煤体。
实施例1：首先将压力变送器串联入液压旋转钻机的旋转马达的输入油路中，并将
位移传感器平行于推进油缸布置。然后，利用图2和图3所示方法确定钻机的空转压力，
对于图2中的方法，具体过程为：钻进中，当推进油缸达到最大行程时，保持钻头继续
旋转，而此时钻头并不会继续钻进，则钻机运行平稳时的旋转马达输入压力即为空转压
力；
将位移传感器测量的推进油缸的钻进长度累加可得到实时的钻孔深度，从而获得空
转压力与钻孔深度的关系，然后，按照图1所示方法确定空转压力急剧变化区域，即可
获得钻孔的合理封孔深度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也
应视为本发明的保护范围。
实施例2：对于图3中方法，具体过程为：钻进到一定位置后，将钻头撤出一段距
离，一般为0.5米左右，然后按照正常程序再次钻进这段距离，钻进过程中的旋转马达
输入压力即为空转压力。其它与实施例1同。