一种煤层水力压冲增透系统及其施工方法技术领域
本发明属于煤矿安全生产施工技术领域，具体涉及一种煤层水力压冲增透系统及
其施工方法。
背景技术
煤层在进行开采前需要对煤层内的瓦斯进行清除，以消除煤层突出危险，这一过
程行业内称之为消突作业。煤层消突作业主首先要在煤层内进行钻孔，钻孔分布于煤层的
整个延展区域上，然后通过这些钻孔将煤层中的瓦斯抽出。然而，由于煤层长年受到挤压，
透气性较差，即使在煤层内钻孔，也无法确保瓦斯气体充分溢出，因此在现有技术中，抽排
瓦斯之间还要对煤层进行水力压裂施工，也就是将高压水注入煤层内，使煤层中的裂隙充
分扩张，进而增加透气性。然而即使使用该技术来增大煤层透气性，也依然需要较长时间才
能将煤层内的瓦斯排出，严重影响开煤矿开采的施工周期。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效提高煤层透气性的煤层水力压冲增透系统及
其施工方法。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种煤层水力压冲增透系统，包括
位于煤层下方的底板巷道，所述底板巷道内呈放射状向煤层方向开设有多条钻孔，所述钻
孔延伸至煤层上方的顶板内，所述各钻孔在煤层内的部分位于煤层的掘进条带两侧40米范
围内；所述各钻孔之间间隔设置有多个冲水孔和压裂孔，所述各压裂孔从掘进条带内穿过，
且各压裂孔沿掘进条带延伸方向呈一字型间隔排列；所述压裂孔孔口封闭设置且压裂孔内
设有高压注水装置，所述冲水孔内设有冲水钻头。
优选的，沿竖直方向看，各钻孔在煤层内的截面呈矩形阵列分布，各钻孔之间的横
向间距和纵向间距均为5-10m，且在该横向和纵向上每间隔1-2个钻孔设置一个冲水孔。
优选的，相邻两压裂孔在掘进条带内的间距为80-120m。
优选的，所述高压注水装置包括注水管，所述注水管延伸至煤层内，且注水管的管
端封闭设置，注水管位于煤层内的管身上设有筛孔。
优选的，所述冲水钻头前端为椎体，并镶有钻牙，冲水钻头侧面沿圆周方向均匀间
隔设置有多个冲孔，且所述冲孔的轴线与冲水钻头的轴线成45°角设置，所述冲水钻头在冲
水孔内沿轴线方向往复运动设置。
优选的，沿竖直方向看，各钻孔在煤层内的截面之间的横向间距和纵向间距均为
8m，
一种所述煤层水力压冲增透系统的施工方法，包括如下步骤：
步骤1：将钻机运送至底板巷道，并在底板巷道内敷设供水管路和排水管路；
步骤2：钻孔，计算钻孔孔口位置和钻孔角度，利用钻机进行钻孔施工，确保各钻孔
在煤层内的部分位于煤层的掘进条带两侧40米范围内；
步骤3：沿掘进条带的延伸方向每间隔80-120m选择一条穿过掘进条带的钻孔作为
压裂孔，并对压裂孔进行封孔、注水施工，注水压力为15-30Mpa，注水后保压2-4天，在此期
间若注水孔压力降低，需再次注水；
步骤4：压裂施工结束后对各冲水孔进行水力冲孔操作，将冲孔钻头插入冲水孔，
并使其到达煤层区域，开启冲水钻头，对冲水孔内壁进行冲洗，使煤渣与水的混合液沿冲水
孔留出，在冲水孔孔口下方设置煤渣计量装置；持续冲水至冲出的煤量不低于5t为止；
步骤5：水力冲孔结束后，将冲孔钻头抽出，煤层增透施工结束。
优选的，在步骤3中，每间隔100m选择一个钻孔作为压裂孔。
优选的，在步骤3中，所述注水压力为20Mpa，注水后保压2天。
优选的，在步骤4中，水力冲孔是的水压为14Mpa。
本发明的技术效果在于：本发明对水力压裂后的煤层再采取水力冲孔措施，使水
力压裂于水力冲孔优化组合，增大了煤层透气性，加速瓦斯流通，使预抽效果倍增，预抽效
范围更广，瓦斯抽采更彻底，效果更好。工艺原理简单、实用、高效、成本低、用时少，提高了
瓦斯抽采效率，缩短了瓦斯预抽的时间。
附图说明
图1是本发明涉及的煤层断面视图；
图2是本发明涉及的煤层俯视图，即钻孔分布图；
图3是本发明的压裂孔结构示意图；
图4是本发明的冲水孔结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
在本发明的术语中：顶板，是指煤层上方的岩层；底板，是指煤层下方的岩层；掘进
条带，是指顺槽掘进路径。
实施例1
如图1、2所示，一种煤层水力压冲增透系统，包括位于煤层1下方的底板巷道2，所
述底板巷道2内呈放射状向煤层1方向开设有多条钻孔7，所述钻孔7延伸至煤层1上方的顶
板内，所述各钻孔7在煤层1内的部分位于煤层1的掘进条带3两侧40米范围内；所述各钻孔7
之间间隔设置有多个冲水孔6和压裂孔5，所述各压裂孔5从掘进条带3内穿过，且各压裂孔5
沿掘进条带3延伸方向呈一字型间隔排列；所述压裂孔5孔口封闭设置且压裂孔5内设有高
压注水装置，所述冲水孔6内设有冲水钻头10。上述掘进条带3是指煤层1的顺槽开设路径，
本实施例主要是对掘进条带3周边进行消突作业，以掩护顺槽的掘进施工。
优选的，如图2所示，沿竖直方向看，各钻孔7在煤层1内的截面呈矩形阵列分布，本
实施例中，各钻孔7之间的横向间距和纵向间距均为8m，且在该横向和纵向上每间隔1个钻
孔7设置一个冲水孔6。
优选的，本实施例中相邻两压裂孔5在掘进条带3内的间距为100m。
如图3所示，所述高压注水装置包括注水管8，所述注水管8延伸至煤层1内，且注水
管8的管端封闭设置，注水管8位于煤层1内的管身上设有筛孔9。本发明利用高压乳化泵，通
过压裂孔5内的筛管，大压力、大水量注入清水，利用高压水射流，冲击煤体，使煤体产生裂
隙。
如图4所示，所述冲水钻头10前端为椎体，并镶有钻牙，冲水钻头10侧面沿圆周方
向均匀间隔设置有多个冲孔，且所述冲孔的轴线与冲水钻头10的轴线成45°角设置，所述冲
水钻头10在冲水孔6内沿轴线方向往复运动设置。本发明选取特定位置实施水力冲孔增透
技术，扩大抽采钻孔7预抽半径，从而达到最大化抽采煤体赋存瓦斯效果，解决煤层1透气性
差，抽采难的问题，提高预抽效果，缩短预抽时间，保证工作面投产时间，高效解决瓦斯问
题。
实施例2
一种所述煤层1水力压冲增透系统的施工方法，包括如下步骤：
步骤1：将钻机运送至底板巷道2，并在底板巷道2内敷设供水管路和排水管路；
步骤2：钻孔7，计算钻孔7孔口位置和钻孔7角度，利用钻机进行钻孔7施工，确保各
钻孔7在煤层1内的部分位于煤层1的掘进条带3两侧40米范围内；
步骤3：沿掘进条带3的延伸方向每间隔80-120m选择一条穿过掘进条带3的钻孔7
作为压裂孔5，并对压裂孔5进行封孔、注水施工，注水压力为15-30Mpa，注水后保压2-4天，
在此期间若注水孔压力降低，需再次注水；
步骤4：压裂施工结束后对各冲水孔6进行水力冲孔操作，将冲孔钻头插入冲水孔
6，并使其到达煤层1区域，开启冲水钻头10，对冲水孔6内壁进行冲洗，使煤渣与水的混合液
沿冲水孔6留出，在冲水孔6孔口下方设置煤渣计量装置；持续冲水至冲出的煤量不低于5t
为止；
步骤5：水力冲孔结束后，将冲孔钻头抽出，煤层1增透施工结束。
在步骤3中，每间隔100m选择一个钻孔7作为压裂孔5。
在步骤3中，所述注水压力为20Mpa，注水后保压2天。
在步骤4中，水力冲孔是的水压为14Mpa。
为验证本发明的实际增透效果，本发明进行了以下实验：
本发明在底板巷道2内划定了三个区，即原始区、压裂区、和压冲区，其中原始区长
112m，设计了126个钻孔7，压裂区长96m,设计了99个钻孔7，压冲区长56m，设计了54个钻孔
7。
其中原始区只打孔不实施水力压裂和水力冲孔；压力区只实施水力压裂，不实施
水力冲孔；压冲去即实施水力压裂，又实施水力冲孔。
三个区域的最终抽采效果对比如下表所述：
![]()
预抽达标时间按煤巷条带预抽率35％计算，原始区预抽达标需44天，压裂后预抽
达标需30天，压冲后预抽达标需22天。
通过对比可以明显看出，采取先压冲孔增透技术后，与原始区比，百孔纯量提高了
2.1倍，预抽达标时间缩短了50％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。