CN102720528A - 煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法 - Google Patents

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Abstract

一种煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法，适用于高瓦斯低透气性煤层的钻孔瓦斯抽采。在本煤层中施工三个钻孔分别作为脉动水力压裂孔和一级导向控制孔，完成注浆封孔，进行脉动水力压裂作业；对三个钻孔进行联网抽采；三个钻孔任意两个钻孔瓦斯抽采流量低于该钻孔初始瓦斯抽采流量的40%时，停止瓦斯抽采；在一级导向控制孔外侧分别施工二级导向控制孔，进行注浆封孔；保持二级导向控制孔阀门处于打开状态，对脉动水力压裂孔进行脉动水力压裂作业，二级导向控制孔出水时停止脉动水力压裂；对所有钻孔进行联网抽采。本发明有利于延长脉动水力压裂区域裂隙闭合时间，提高瓦斯抽采率，为工作面高效回采和安全生产提供保障。

Description

煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法，属于煤矿井下区域瓦斯治理技术领域，尤其适用于高瓦斯、低透气性煤层的脉动水力压裂卸压增透措施。
背景技术
目前防治煤矿瓦斯灾害的根本性方法是进行瓦斯抽采，由于自然因素作用，我国煤层瓦斯赋存含量普遍较高，高瓦斯、低透气性煤层占70%左右，开采前的抽采难度大，使得瓦斯灾害已成为制约煤矿安全生产的主要因素。煤矿瓦斯治本措施主要是通过钻孔进行瓦斯抽采。但是，常规的瓦斯抽采存在钻孔有效影响范围小（钻孔间距2 m左右）、区域瓦斯抽采需要的钻孔数量多（每个开采工作面需要数百至上千个钻孔）、钻孔施工工程量大、抽采瓦斯浓度低（≤20 %，甚至≤10 %）、抽采效果差和抽采时间长等问题，不能适应安全生产的需要。
随着煤层瓦斯治理研究工作的深入开展，低透气性煤层卸压增透技术不断发展，许多水力化措施得到应用，其特点都是用水作为处理煤层瓦斯的手段，如煤层注水、水力压裂、水力冲刷、水力割缝和水力冲孔等，钻孔水起到促进煤体裂隙发育、改变煤层的瓦斯动力学性质及物理力学性质的作用。诸多的水力化技术中，水力压裂技术较好地遵循了卸压增透、排放瓦斯和改变煤体物理力学性质的原则，在国内多个矿井应用并取得了较好的效果。但常规井下煤层水力压裂主要存在诸如注水压力大、设备体积庞大、结构复杂、高压封孔困难、压裂成功率低等问题。针对以上问题，专利一种低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法（申请号：201110046285.9）提出了脉冲压裂增透抽采瓦斯方法,形成了脉动水力压裂卸压增透技术，该技术利用脉动水压力在煤体钻孔内部的周期性变化所产生的“水击”和“水劈”效应，促使裂隙发育、扩展，形成新的再生裂隙，提供水在煤层中的渗透通道，改善煤的力学性质、降低工作面前方煤体的应力、加速瓦斯的排放速度，提高钻孔瓦斯抽采效率。
对于高瓦斯低透气性松软煤层，常规水力压裂和脉动水力压裂卸压增透技术均存在裂隙张开时间短、闭合快、瓦斯抽采量衰减快的问题，因此，在脉动水力压裂技术的基础上，本专利提出重复脉动水力压裂卸压增透技术，强化瓦斯抽采效果。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中存在的不足之处，提供一种方法简单、能增大煤层透气性，提高瓦斯抽采率，缩短瓦斯抽采达标时间的煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法。
技术方案：本发明的煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法，包括在本煤层中施工一个顺层钻孔作为脉动水力压裂孔，脉动水力压裂孔两侧间隔距离L1处分别施工一个一级导向控制孔，间隔距离L1一般取值为8~12m，对脉动水力压裂孔和一级导向控制孔采用能够承受40MPa以上压力的耐高压钻孔密封方法进行注浆封孔；对脉动水力压裂孔进行脉动水力压裂作业，当两个一级导向控制孔中有一个孔出水或两个孔都出水时，关闭脉动水力压裂孔阀门；之后打开脉动水力压裂孔阀门，对脉动水力压裂孔进行放水卸压，同时对脉动水力压裂孔和一级导向控制孔进行管网抽采，记录每天瓦斯抽采流量和浓度；还包括如下步骤：
a. 在脉动水力压裂钻孔和一级导向控制孔中的任意两个钻孔瓦斯抽采流量低于该钻孔初始瓦斯抽采流量的40%时，关闭一级导向控制孔阀门，停止瓦斯抽采；
b. 在两个一级导向控制孔的外侧间隔距离L2处分别施工一个二级导向控制孔，间隔距离L2为4~6m，并对二级导向控制孔采用能够承受40MPa以上压力的耐高压钻孔密封方法进行注浆封孔；
c. 在第一次脉动水力压裂参数的基础上提高20%的脉冲压力，对脉动水力压裂孔进行脉动水力压裂作业，当两个二级导向控制孔中一个出水或两个二级导向控制孔均出水时，停止脉动水力压裂，关闭脉动水力压裂孔阀门；
d. 脉动水力压裂作业结束24h后，打开脉动水力压裂孔阀门，对脉动水力压裂孔进行放水卸压，打开一级导向控制孔阀门，对脉动水力压裂孔、一级导向控制孔和二级导向控制孔进行管网抽采。
所述的脉动水力压裂孔、一级导向控制孔、二级导向控制孔采用能够承受40MPa以上压力的耐高压钻孔密封方法进行注浆封孔；所述的脉动水力压裂钻孔与一级导向控制孔的距离L1为8~12m；一级导向控制孔与二级导向控制孔的距离L2为4~6m。
有益效果：本发明针对常规水力压裂技术单一脉动水力压裂卸压增透技术存在的裂隙张开时间短、闭合快、瓦斯抽采量衰减快的问题，结合脉动水力压裂卸压增透技术的优势和特点，在已有技术的基础上对钻孔实施重复脉动水力压裂作业，能保持钻孔高浓度、高流量瓦斯抽采，可提高钻孔瓦斯抽采率，大大缩短瓦斯抽采达标时间。煤层透气性系数可提供10~100倍，瓦斯抽采达标时间可减少50%，有利于延长脉动水力压裂区域裂隙的闭合时间，为工作面高效回采和安全生产提供了时间和技术保障。其方法简单，能增大煤层透气性，提高瓦斯抽采率，缩短瓦斯抽采达标时间，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法钻孔布置示意图
图2是煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法钻孔布置剖面示意图
图中：1－脉动水力压裂孔，2—一级导向控制孔，3—二级导向控制孔，4—阀门，5—巷道， 6—煤层顶板，7—煤层底板。
具体实施方式：
下面结构附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法：
a. 选择脉动水力压裂地点，在本煤层中施工一个顺层钻孔作为脉动水力压裂孔1，脉动水力压裂孔1两侧间隔距离L1处分别布置一级导向控制孔2，间隔距离L1为8~12m，采用能够承受40MPa以上压力的常规技术耐高压钻孔密封方法对脉动水力压裂孔1和一级导向控制孔2进行注浆封孔；
b.选择脉冲最大压力为35MPa、流量约为125L/min、脉冲频率变化范围为0~24Hz的脉冲式煤层高压注水装置对脉动水力压裂孔1进行脉动水力压裂作业，两个一级导向控制孔2中一个出水或两个都出水时停止脉动水力压裂，关闭脉动水力压裂孔阀门4；
c. 脉动水力压裂作业结束24h后打开脉动水力压裂孔阀门4，对脉动水力压裂孔1进行放水卸压，对脉动水力压裂孔1和一级导向控制孔2进行联网抽采，每天记录瓦斯抽采流量和浓度。
d. 在脉动水力压裂钻孔1和一级导向控制孔2中的任意两个钻孔瓦斯抽采流量低于该钻孔初始瓦斯抽采流量的40%时，关闭一级导向控制孔阀门4，停止瓦斯抽采；
e. 在两个一级导向控制孔2外侧间隔距离L2处分别施工一个二级导向控制孔3，间隔距离L2为4~6m，并对两个二级导向控制孔3采用能够承受40MPa以上压力的已有技术耐高压钻孔密封方法进行注浆封孔；
f. 在第一次脉动水力压裂工艺参数的基础上，提高20%的脉冲压力，对脉动水力压裂孔1进行脉动水力压裂作业，两个二级导向控制孔3中一个出水或两个二级导向控制孔3均出水时停止脉动水力压裂，关闭脉动水力压裂孔阀门4；
g. 脉动水力压裂作业结束24h后打开脉动水力压裂孔阀门4，对脉动水力压裂孔1进行放水卸压，打开一级导向控制孔阀门4，对脉动水力压裂孔1、一级导向控制孔2和二级导向控制孔3进行联网抽采。

Claims (3)

1.一种煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法， 包括在本煤层中施工一个顺层钻孔作为脉动水力压裂孔（1），脉动水力压裂孔（1）两侧间隔距离L1处分别施工一个一级导向控制孔（2），对脉动水力压裂孔（1）和一级导向控制孔（2）进行注浆封孔；对脉动水力压裂孔（1）进行脉动水力压裂作业，当两个一级导向控制孔（2）中有一个孔出水或两个孔都出水时，关闭脉动水力压裂孔阀门（4）；之后打开脉动水力压裂孔阀门（4），对脉动水力压裂孔（1）进行放水卸压，同时对脉动水力压裂孔（1）和一级导向控制孔（2）进行管网抽采，记录每天瓦斯抽采流量和浓度；其特征在于：还包括如下步骤：
a. 在脉动水力压裂钻孔（1）和一级导向控制孔（2）中的任意两个钻孔瓦斯抽采流量低于该钻孔初始瓦斯抽采流量的40%时，关闭一级导向控制孔阀门（4），停止瓦斯抽采；
b. 在两个一级导向控制孔（2）的外侧间隔距离L2处分别施工一个二级导向控制孔（3），并对二级导向控制孔（3）进行注浆封孔；
c. 在第一次脉动水力压裂参数的基础上提高20%的脉冲压力，对脉动水力压裂孔（1）进行脉动水力压裂作业，当两个二级导向控制孔（3）中一个出水或两个二级导向控制孔（3）均出水时，停止脉动水力压裂，关闭脉动水力压裂孔阀门（4）；
d. 脉动水力压裂作业结束24h后，打开脉动水力压裂孔阀门（4），对脉动水力压裂孔（1）进行放水卸压，打开一级导向控制孔阀门（4），对脉动水力压裂孔（1）、一级导向控制孔（2）和二级导向控制孔（3）进行管网抽采。
2.根据权利1要求的煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法，其特征在于：所述的脉动水力压裂孔（1）、一级导向控制孔（2）、二级导向控制孔（3）采用能够承受40MPa以上压力的耐高压钻孔密封方法进行注浆封孔。
3.根据权利1要求的煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法，其特征在于：所述的脉动水力压裂钻孔（1）与一级导向控制孔（2）的距离L1为8~12m；一级导向控制孔（2）与二级导向控制孔（3）的距离L2为4~6m。
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