CN102155254A - 一种低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法 - Google Patents

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一种低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法，先从煤层、高位巷或低位巷通过矿用防爆、频率和压力可调的脉冲式煤层高压注水装置，利用脉冲压力最大为35MPa，流量约为300L/min，脉冲频率0~1460次/min的高压脉冲水在煤体钻孔内部的周期性变化所产生的脉冲水力效应，迫使煤层中的宏观裂隙扩展联通，并促使微小孔裂隙形成和逐渐张开，形成新的再生裂隙网，提供水在煤层中的渗透通道，从而达到改善煤体的力学性质、降低工作面前方煤体的应力、提高瓦斯的排放速度的效果，该方法使得煤层卸压范围大、整体卸压充分，压裂影响区域半径可达10~40m，煤体透气性可提高100~1000倍，其方法简单，操作容易，效果好。

Description

一种低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法
技术领域
本发明涉及一种抽采瓦斯方法，尤其是一种适用于高瓦斯低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法。
技术背景
我国煤层瓦斯具有微孔隙、低渗透率、高吸附的特性，80%以上的煤层是高瓦斯低透气性煤层。高瓦斯低透气性煤层的开采往往伴随着大量瓦斯涌出，特别是随着煤炭生产的高效集约化和开采深度的增加，瓦斯涌出量越来越大，瓦斯爆炸和瓦斯突出危险的威胁越来越严重。解决高瓦斯低透气性煤层开采过程中的瓦斯问题的主要措施是预先实施煤层瓦斯抽采，常规的瓦斯抽采方法有效影响范围小，工作面钻孔施工工程量大，抽采效率低，对于高瓦斯低透气性煤层难以起到理想效果。若要做到抽采达标，消除煤层瓦斯灾害，需要采取增透的方法，扩大单个钻孔有效影响范围，提高瓦斯抽采效果。目前采用的高瓦斯低透气性煤层卸压增透措施是采用人为方法预先松动原始煤体，提高煤层的透气性，主要采取的方法有以下深孔松动爆破、水射流割缝技术、水力冲孔技术和井下煤层水力压裂技术等。深孔松动爆破、水射流割缝技术、水力冲孔技术存在钻孔有效影响范围小、工作量大、施工工艺复杂、抽采效率低等问题。常规的井下水力压裂技术相对来说能够实现大范围的煤层卸压，由于采用大流量高压注水，高压水在煤体里面会出现沿煤层主裂隙的方向流动，无法控制压裂方向，这样会导致部分卸压，部分应力集中，在卸压的同时也容易产生高应力集中区，集中应力能达到原始应力的3~4倍左右，难以形成区域性整体卸压增透。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种方法简单、压裂方向可控、卸压范围大，可有效提高高瓦斯的低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法。
技术方案：本发明的低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法，包括以下步骤：
a．从煤层进风巷或回风巷内沿煤层顺层、高位巷穿层或低位巷穿层向压裂目标区域内分组依次实施压裂单元，首先施工一压裂孔，然后在距离压裂孔的中心位置两侧距离10～20m处分别施工一个导向孔，三个钻孔构成一个压裂单元；
b.在进入压裂孔深度为20～35m的孔段内布置耐高压无缝钢管，深入孔中的耐高压无缝钢管头部0.5~1.5m的管壁上均匀布有若干通孔；
c．用可承受35MPa以上水压的封孔器对耐高压无缝钢管与压裂孔之间的缝隙实施封孔，封孔器封孔长度为10~15m；或者通过注浆泵向耐高压无缝钢管与压裂孔之间的缝隙注入配置好的高压钻孔密封材料浆液实施封孔，注浆段封孔长度为15~25m；
d．封孔完成后，将高压胶管连接到高压无缝钢管的入口上，通过高压脉冲水装置向高压无缝钢管内注入高压脉冲水，并通过压力表观测高压脉冲水的压力情况；
e．当压裂孔的高压脉冲水压力迅速下降、高压脉冲注水压力持续加压后压裂孔的压力无明显上升或导向孔中有水流出时，停止高压脉冲水的注入，完成一个压裂单元；
f．按常规技术在完成的脉冲压裂卸压影响区域内实施瓦斯抽采，同时将导向孔和压裂孔连入抽采管路对煤层进行瓦斯抽采；
g．继续下一个压裂单元的压裂、抽采作业。
所述的煤层顺层施工的压裂孔孔深为50~120m，高位巷穿层或低位巷穿层施工的压裂孔孔深穿透煤层；所述的高压脉冲水的初始压力为5MPa以下，最大注水压力约35MPa，流量为300L/min，脉冲频率为0~1460次/min。
有益效果：由于采用了上述技术方案，在压裂孔两侧10～20m顺层或穿层布置有与压裂孔平行的钻孔，通过周期性的脉冲高压作用于煤体，使煤体的裂隙孔隙产生“压缩－膨胀－压缩”反复作用，产生疲劳破坏，迫使煤层中的宏观裂隙扩展联通，并促使微小孔裂隙形成和逐渐张开，形成新的再生裂隙网，提供瓦斯在煤层中的流动通道，最大限度的使得煤体力学性质发生改变，提高了高瓦斯煤层的透气性，改善了煤层中的瓦斯流动状态。压裂孔和导向孔的连心线处产生贯通裂隙面，实现定向压裂，形成整体卸压。压裂影响区域半径可达10~40m，煤体透气性提高了100~1000倍，给煤层内部卸压、瓦斯释放和流动创造了良好的条件。加速瓦斯的排放速度的效果，通过封孔管、汇流管和支管将钻孔连入抽采管网，脉冲压裂结束后对压裂影响区域进行打钻抽采卸压瓦斯，单孔瓦斯抽采量平均可达0.8m3/min ，瓦斯抽采浓度可达30~90%，回采工作面瓦斯抽采率达到50%以上，瓦斯抽采钻孔数减少20%~60%。此外，消除了煤体和围岩中的集中应力，煤与瓦斯突出潜能的大量释放，起到防止煤与瓦斯突出的有效作用。其方法简单，操作容易，效果好，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是煤层顺层钻孔高压脉冲水力压裂增透抽采瓦斯示意图；
图2是图1的A－A剖面示意图。
图3是高位巷穿层下行孔高压脉冲水力压裂增透抽采瓦斯示意图；
图4是图3的B—B剖面图。
图5是低位巷穿层上行孔高压脉冲水力压裂增透抽采瓦斯示意图；
图6是图5的C—C剖面图。
图中：1－压裂孔，2—导向孔，3—煤层，4—进风巷或回风巷，5—采空区，6—高位巷，7—低位巷。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步的描述：
实施例一、
如图1、图2所示，为煤层3顺层钻孔高压脉冲水力压裂增透抽采瓦斯，首先在煤层3进风巷或回风巷4沿煤层3顺层分组依次实施压裂单元，首先施工压裂孔1，然后在距离压裂孔1的中心位置L为10～20m的两侧分别施工一个导向孔2，三个钻孔组成一个压裂单元；煤层3钻孔孔深50~120m，钻孔施工和已有技术相同，可根据需要选择螺旋钻杆、圆形钻杆或三角形钻杆。钻孔施工结束后，向压裂孔1中插入前部管壁上均匀布有若干孔眼的耐高压无缝钢管，插入耐高压无缝钢管的长度h为20～35m，均匀布有若干孔眼的前部管壁的长度为0.5~1.5m。采用承受35MPa以上水压的封孔器对耐高压无缝钢管与压裂孔1之间的缝隙实施封孔，封孔器封孔的长度为10~15m左右；或者通过注浆泵向耐高压无缝钢管与压裂孔1之间的缝隙注入配置好的高压钻孔密封材料浆液实施封孔，注浆段封孔长度为15~25m。封孔完成后，通过高压胶管将压裂孔1口处的高压无缝钢管连接高压脉冲注水装置，向高压无缝钢管内注入高压脉冲水，高压脉冲水的初始压力为5MPa以下，最大注水压力约35MPa；流量为300L/min，脉冲频率为0~1460次/min。当压裂孔1的高压脉冲水压力迅速下降、高压脉冲注水装置注水压力持续加压后压裂孔1的压力无明显上升或导向孔2有水流出时，停止运行高压脉冲注水，完成一个压裂单元，之后按常规方法在脉冲压裂卸压影响区域内实施瓦斯抽采，同时将导向孔2和压裂孔1连入抽采管路对煤层进行瓦斯抽采。重复上述过程，完成整个工作面的压裂和瓦斯抽采。
实施例二、
如图3、图4所示，为高位巷6穿层下行孔高压脉冲水力压裂增透抽采瓦斯，与实施例一基本相同。不同部分主要为从高位巷穿层向下部煤层3压裂目标区域分组依次实施压裂单元，首先施工压裂孔1，然后在距离压裂孔1的中心位置L为为10～20m的两侧分别施工一个导向孔2，三个钻孔组成一个压裂单元；钻孔深度穿透煤层3。其余部分与实施例一都相同，相同部分略。
实施例三、
如图5、图6所示，为低位巷7穿层上行孔高压脉冲水力压裂增透抽采瓦斯，与实施例一基本相同。不同部分主要为从低位巷7穿层向上部煤层3向压裂目标区域分组依次实施压裂单元，首先施工压裂孔1，然后在距离压裂孔1的中心位置L为10～20m的两侧分别施工一个导向孔2，三个钻孔组成一个压裂单元；钻孔深度应穿透煤层3。其余部分与实施例一都相同，相同部分略。

Claims (3)

1.一种低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法，其特征在于包括以下步骤：
a．在煤层（3）巷道内沿煤层（3）顺层、高位巷（6）穿层或低位巷（7）穿层向压裂目标区域内分组依次实施压裂单元，首先施工一压裂孔（1），然后在距离压裂孔（1）的中心位置L为10～20m的两侧处分别施工一个导向孔（2），三个钻孔构成一个压裂单元；
b.在进入压裂孔（1）深度为20～35m的孔段内布置耐高压无缝钢管，深入孔中的耐高压无缝钢管头部0.5~1.5m的管壁上均匀布有若干通孔；
c．用可承受35MPa以上水压的封孔器对耐高压无缝钢管与压裂孔（1）之间的缝隙实施封孔，封孔器封孔长度为10~15m；或者通过注浆泵向耐高压无缝钢管与压裂孔（1）之间的缝隙注入配置好的高压钻孔密封材料浆液实施封孔，注浆段封孔长度为15~25m；
d．封孔完成后，将高压胶管连接到高压无缝钢管的入口上，通过高压脉冲水装置向高压无缝钢管内注入高压脉冲水，并通过压力表观测高压脉冲水的压力情况；
e．当压裂孔（1）的高压脉冲水压力迅速下降、高压脉冲注水压力持续加压后压裂孔（1）的压力无明显上升或导向孔（2）中有水流出时，停止高压脉冲水的注入，完成一个压裂单元；
f．按常规技术在完成的脉冲压裂卸压影响区域内实施瓦斯抽采，同时将导向孔（2）和压裂孔（1）连入抽采管路对煤层（3）进行瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法，其特征在于：所述的煤层（3）施工的压裂孔（1）孔深为50~120m，高位巷穿层或低位巷穿层施工的压裂孔（1）孔深穿透煤层（3）。
3.根据权利要求1所述的低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法，其特征在于：所述的高压脉冲水的初始压力为5MPa以下，最大注水压力约35MPa，流量为300L/min，脉冲频率为0~1460次/min。
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