CN103939075B - 一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于瓦斯抽采技术领域，涉及一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置，在井下钻设瓦斯抽采孔后下入射孔头和爆破筒，连接高压作业管线和高压进水管线，用支撑装置顶住爆破筒，依次泵入气体和高压液，气体压力达到一定值后，射孔头射开煤层，继续泵入高压液实施压裂作业。上述两管线与爆破筒相连，爆破筒能密封瓦斯抽采孔。本发明装置可在现场快速组装，支撑装置及爆破筒确保压裂作业安全可靠；本装置可重复使用，成本低。
Description
技术领域
本发明属于瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置。
背景技术
根据煤矿瓦斯治理十二字方针，《防治煤与瓦斯突出规定》及国务院办公厅26、93、99号文件，我国从强化瓦斯综合治理，鼓励瓦斯治理新技术的应用等方面给予极大的政策支持。
穿层钻孔预抽瓦斯是煤与瓦斯突出矿井防治煤巷掘进及采面回采时突出的主要措施，也是高瓦斯煤层降低煤层瓦斯涌出量，解决采掘过程中瓦斯超限的常用方法。如何增大钻孔的影响范围，提高钻孔的预抽效果，一直是人们十分期望解决的问题。国内外采用的方法不少，密集钻孔抽放、水力冲孔、扩大钻孔直径等是其中有效的手段，但是大量试验和理论研究表明，随着煤层开采深度的增加，地应力不断增大，煤层渗透率随之减小，从而导致密集钻孔抽放、水力冲孔方法因泄压面积有限而抽采效率不高。另外，施工大直径钻孔面临着垮孔严重、排渣困难、有效孔段长度短以及钻机负荷急剧增大等技术问题。
综上，针对上述问题，迫切需要研发一种有效的瓦斯抽采方法。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足，提供一种在煤矿井下对瓦斯抽采孔实施压裂作业以提高瓦斯抽采效果的方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，具体步骤如下：
一、在煤矿井下回采工作面上利用钻机钻设一个孔径为45～120mm，孔深为40～200m的瓦斯抽采孔，并在回采工作面相对位置安装好支撑装置3；
二、利用支撑装置3的水平液压缸3a先将射孔头2顶入瓦斯抽采孔，再将爆破筒短节1a逐级连接后下入瓦斯抽采孔，直到下至设计深度，爆破筒短节1a为外侧带有橡胶塞的无缝钢管；
三、将高压作业管线4a和高压进水管线4b分别与密封盖1f上的作业加注口和密封固定加注口连接后，利用支撑装置3的水平液压缸3a顶住爆破筒1；
四、在巷道安全区域装备作业监测设备5，在巷道作业面对应的地面上装备裂缝监测设备；
五、打开高压水管线闸门4c，利用乳化液泵4h对爆破筒短节1a中无缝钢管与橡胶塞之间的环空进行加压，直到压力升至设计值1～20MPa后再关闭高压水管线闸门4c；
六、打开高压气瓶管线闸门4f，利用高压气瓶4g对爆破筒1进行加压，直到爆破筒1内气压升至设计值0.4～0.6Mpa，再关闭高压气瓶管线闸门4f，打开乳化液泵管线闸门4i，利用乳化液泵4h将水以一定的排量泵入爆破筒1；
七、随着乳化液泵4h不断将水泵入爆破筒1，爆破筒1内压力不断升高，当压力超过爆破筒1内引爆片1c最大拉伸强度时，引爆片1c破裂，继而爆破筒1内高压气体快速泄压，在射孔头2所在空腔形成气爆，产生冲击波，使射孔头2上的玻璃珠高速冲击瓦斯抽采孔的孔壁，在整个孔壁上形成一段小孔；
八、乳化液泵4h继续以一定的排量将水高压泵入爆破筒1，高压水挤入上述孔壁上一段小孔而形成裂缝；
九、当裂缝监测设备发现裂缝无法扩展或施工压力超过额定值时，停止乳化液泵4h作业并关闭乳化液泵管线闸门4i，同时打开高压返排管线闸门4j开始泄压返排；
十、泄压结束后，打开高压水管线闸门4c，卸掉爆破筒1中无缝钢管与橡胶塞之间的环空压力，再利用支撑装置3中水平液压缸3a将爆破筒短节1a逐级上提完后，将瓦斯抽采孔封孔后实施瓦斯抽采作业。
一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂装置，包括爆破筒1、射孔头2、支撑装置3、加注引爆系统4和作业监测设备5，其特征是，射孔头2位于爆破筒1前端，加注引爆系统4通过高压作业管线4a和高压进水管线4b与爆破筒1相连，支撑装置3通过水平液压缸3a支撑巷道回采面上的爆破筒1，爆破筒1能密封瓦斯抽采孔。
所述爆破筒1包括爆破筒短节1a、双向压紧接箍1b、引爆片1c、压紧盖1d、单向压紧接箍1e和密封盖1f，爆破筒短节1a为外侧带有橡胶塞的无缝钢管，橡胶塞与无缝钢管之间有环空，爆破筒短节1a的外径为60～105mm，长度为1～5m，密封盖1f上设有作业加注口和密封固定加注口。
所述射孔头2的前端距离瓦斯抽采孔孔底0～0.3m，其外径为65～110mm，长度为1～4m。
本发明的有益效果：
1、压裂装置在现场便可快速组装，实现高效作业；
2、支撑装置及爆破筒能确保整个压裂作业安全可靠；
3、除了射孔头为一次性消耗品外，整个压裂装置可重复使用，具有成本低廉的特点；
4、可借用煤矿现有乳化液泵站作为加压装置。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明井下结构示意图；
图2是本发明防爆筒的结构示意图；
图3是本发明射孔头的结构示意图；
图4是本发明支撑装置的结构示意图；
图5是本发明加注引爆系统的结构示意图。
图中：1、爆破筒，2、射孔头，3、支撑装置，4、加注引爆系统，5、作业监测设备，1a、爆破筒短节，1b、双向压紧接箍，1c、引爆片，1d、压紧盖，1e、单向压紧接箍，1f、密封盖，3a、水平液压缸，3b、顶头，3c、支架，3d、垂直液压缸，4a、高压作业管线，4b、高压进水管线，4c、高压水管线闸门，4d、压力表，4e、管汇，4f、高压气瓶管线闸门，4g、高压气瓶，4h、乳化液泵，4i、乳化液泵管线闸门，4j、高压返排管线闸门，4k、放空管线，4l、安全阀，4m、压力表，4n、流量表。
具体实施方式
参见图1～图5，本发明提出的一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，具体步骤如下：
一、在煤矿井下回采工作面上利用钻机钻设一个孔径为45～120mm，孔深为40～200m的瓦斯抽采孔，并在回采工作面相对位置安装好支撑装置3；
二、利用支撑装置3的水平液压缸3a先将射孔头2顶入瓦斯抽采孔，再将爆破筒短节1a逐级连接后下入瓦斯抽采孔，直到下至设计深度，爆破筒短节1a为外侧带有橡胶塞的无缝钢管；
三、将高压作业管线4a和高压进水管线4b分别与密封盖1f上的作业加注口和密封固定加注口连接后，利用支撑装置3的水平液压缸3a顶住爆破筒1；
四、在巷道安全区域装备作业监测设备5，在巷道作业面对应的地面上装备裂缝监测设备；
五、打开高压水管线闸门4c，利用乳化液泵4h对爆破筒短节1a中无缝钢管与橡胶塞之间的环空进行加压，直到压力升至设计值1～20MPa后再关闭高压水管线闸门4c；
六、打开高压气瓶管线闸门4f，利用高压气瓶4g对爆破筒1进行加压，直到爆破筒1内气压升至设计值0.4～0.6Mpa，再关闭高压气瓶管线闸门4f，打开乳化液泵管线闸门4i，利用乳化液泵4h将水以一定的排量泵入爆破筒1；
七、随着乳化液泵4h不断将水泵入爆破筒1，爆破筒1内压力不断升高，当压力超过爆破筒1内引爆片1c最大拉伸强度时，引爆片1c破裂，继而爆破筒1内高压气体快速泄压，在射孔头2所在空腔形成气爆，产生冲击波，使射孔头2上的玻璃珠高速冲击瓦斯抽采孔的孔壁，在整个孔壁上形成一段小孔；
八、乳化液泵4h继续以一定的排量将水高压泵入爆破筒1，高压水挤入上述孔壁上一段小孔而形成裂缝；
九、当裂缝监测设备发现裂缝无法扩展或施工压力超过额定值时，停止乳化液泵4h作业并关闭乳化液泵管线闸门4i，同时打开高压返排管线闸门4j开始泄压返排；
十、泄压结束后，打开高压水管线闸门4c，卸掉爆破筒1中无缝钢管与橡胶塞之间的环空压力，再利用支撑装置3中水平液压缸3a将爆破筒短节1a逐级上提完后，将瓦斯抽采孔封孔后实施瓦斯抽采作业。
一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂装置，包括爆破筒1、射孔头2、支撑装置3、加注引爆系统4和作业监测设备5，其特征是，射孔头2位于爆破筒1前端，加注引爆系统4通过高压作业管线4a和高压进水管线4b与爆破筒1相连，支撑装置3通过水平液压缸3a支撑巷道回采面上的爆破筒1，爆破筒1能密封瓦斯抽采孔。
所述爆破筒1包括爆破筒短节1a、双向压紧接箍1b、引爆片1c、压紧盖1d、单向压紧接箍1e和密封盖1f，爆破筒短节1a为外侧带有橡胶塞的无缝钢管，橡胶塞与无缝钢管之间有环空，爆破筒短节1a的外径为60～105mm，长度为1～5m，密封盖1f上设有作业加注口和密封固定加注口。
所述射孔头2的前端距离瓦斯抽采孔孔底0～0.3m，其外径为65～110mm，长度为1～4m。
爆破筒短节1a在作业期间起密封爆破筒1管壁与瓦斯抽采孔之间的环空，和将爆破筒1固定在瓦斯抽采孔内的作用，密封盖1f起密封作业加注口和密封固定加注口的作用。
作业监测设备5用于监测作业期间高压进水管线压力、高压作业管线的压力和流量，裂缝监测设备主要用于实时监测和记录作业期间形成的裂缝延伸位置，并评价压后裂缝的半径、走向和高度。
高压作业管线4a上设有一个安装有安全阀4l的放空管线4k，以确保压裂作业期间不发生管线破裂的情况。
当爆破筒短节1a中橡胶塞与瓦斯抽采孔孔壁摩擦力足够大时，可以不使用支撑装置3。
Claims (1)
1.一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，其特征是，
一、在煤矿井下回采工作面上利用钻机钻设一个孔径为45～120mm，孔深为40～200m的瓦斯抽采孔，并在回采工作面相对位置安装好支撑装置(3)；
二、利用支撑装置(3)的水平液压缸(3a)先将射孔头(2)顶入瓦斯抽采孔，再将爆破筒短节(1a)逐级连接后下入瓦斯抽采孔，直到下至设计深度，爆破筒短节(1a)为外侧带有橡胶塞的无缝钢管；
三、将高压作业管线(4a)和高压进水管线(4b)分别与密封盖(1f)上的作业加注口和密封固定加注口连接后，利用支撑装置(3)的水平液压缸(3a)顶住爆破筒(1)；
四、在巷道安全区域装备作业监测设备(5)，在巷道作业面对应的地面上装备裂缝监测设备；
五、打开高压水管线闸门(4c)，利用乳化液泵(4h)对爆破筒短节(1a)中无缝钢管与橡胶塞之间的环空进行加压，直到压力升至设计值1～20MPa后再关闭高压水管线闸门(4c)；
六、打开高压气瓶管线闸门(4f)，利用高压气瓶(4g)对爆破筒(1)进行加压，直到爆破筒(1)内气压升至设计值0.4～0.6Mpa，再关闭高压气瓶管线闸门(4f)，打开乳化液泵管线闸门(4i)，利用乳化液泵(4h)将水以一定的排量泵入爆破筒(1)；
七、随着乳化液泵(4h)不断将水泵入爆破筒(1)，爆破筒(1)内压力不断升高，当压力超过爆破筒(1)内引爆片(1c)最大拉伸强度时，引爆片(1c)破裂，继而爆破筒(1)内高压气体快速泄压，在射孔头(2)所在空腔形成气爆，产生冲击波，使射孔头(2)上的玻璃珠高速冲击瓦斯抽采孔的孔壁，在整个孔壁上形成一段小孔；
八、乳化液泵(4h)继续以一定的排量将水高压泵入爆破筒(1)，高压水挤入上述孔壁上一段小孔而形成裂缝；
九、当裂缝监测设备发现裂缝无法扩展或施工压力超过额定值时，停止乳化液泵(4h)作业并关闭乳化液泵管线闸门(4i)，同时打开高压返排管线闸门(4j)开始泄压返排；
十、泄压结束后，打开高压水管线闸门(4c)，卸掉爆破筒(1)中无缝钢管与橡胶塞之间的环空压力，再利用支撑装置(3)中水平液压缸(3a)将爆破筒短节(1a)逐级上提完后，将瓦斯抽采孔封孔后实施瓦斯抽采作业。
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