CN104389631A - 一种低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法 - Google Patents

一种低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法 Download PDF

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Abstract

一种低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法，适用于高瓦斯低透气性煤层的区域瓦斯治理。增透方法：先按照网络化的布置方式在底抽巷交叉布置割缝钻孔与压裂钻孔孔位；对割缝钻孔实施高压水射流割缝，形成环形缝槽；再对压裂钻孔进行分段压裂，在煤层内形成裂隙网。本发明通过将割缝钻孔与压裂钻孔协同布置，利用割缝形成的缝槽控制压裂裂缝的扩展方向，分段分次压裂能够有效地增加煤层内的裂缝数量，为煤层内瓦斯流动和钻孔瓦斯抽采创造良好条件。压裂裂缝与缝槽连通后，在煤层内形成裂隙网络，钻孔周围煤体透气性系数可提高150-400倍，单个钻孔瓦斯抽采有效影响范围可提高2-4倍，钻孔瓦斯抽采量可增加3-6倍，可有效的缩短高瓦斯突出煤层瓦斯预抽时间。

Description

一种低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法
技术领域
本发明涉及一种低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法，特别适用于高瓦斯低透气性煤层底抽巷穿层钻孔掩护煤巷掘进，提高钻孔瓦斯抽采效率，实现突出煤层快速消突。
背景技术
瓦斯抽采是解决高瓦斯低透气性煤层开采过程中的瓦斯涌出问题及防治突出的主要措施。但是，高瓦斯低透气性煤层的透气性低，常规抽采难度大、效果差，需要采取卸压增透的技术措施。目前，水力割缝和水力压裂等水利化措施在煤矿井下高瓦斯低透气性煤层卸压增透中得到了广泛的应用，虽然取得了一定的效果，但是还有待于进一步完善和提高。水力割缝技术利用高压水射流在煤体内旋转切割形成缝槽，排出一定量的煤体，形成卸压空间，增加了煤体的透气性，但水力割缝存在有效影响范围小的缺点；水力压裂技术是通过向煤体内注入高压水，使煤体内原生裂隙张开，同时形成新的裂隙，提高了煤体的透气性，其优点是影响范围比较大，但是，水力压裂存在着压裂方向不易控制，且容易形成局部应力集中的问题，影响了其在现场的应用。
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问题，提供一种低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法，通过将割缝钻孔与压裂钻孔交叉协同布置，并对压裂钻孔进行分段压裂，以解决割缝钻孔影响范围小、压裂裂缝扩展方向不易控制的问题，扩大了单个钻孔有效影响范围，实现了瓦斯高效抽采。
技术方案：本发明的低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法，包括如下步骤：
a、在底抽巷内向煤层方向交替布置多个割缝钻孔和压裂钻孔孔位，相邻钻孔见煤点之间的距离为5-10m；
b、逐一施工各割缝钻孔，并采用高压水射流对各割缝钻孔进行割缝，各割缝钻孔底部距煤层顶板0.6-1.0m开始割缝，先形成厚度为0.3-0.5m的环形缝槽，然后向外退钻，每退钻1.0-1.5m施工一个厚度为0.3-0.5m的环形缝槽，直至环形缝槽距煤层底板1.0-1.5m时，结束割缝作业，对各割缝钻孔进行常规封孔作业后，连入瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采；
c、逐一施工各压裂钻孔，并利用封孔器对各压裂钻孔实施分段压裂，分段压裂的位置位于两割缝钻孔中各相对的环形缝槽之间的压裂钻孔处，之后，对压裂钻孔进行封孔作业，连入瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采。
所述厚度为0.3-0.5m的环形缝槽的半径为0.6-1.5m。
所述的压裂钻孔分段压裂的顺序由内向外，即完成钻孔底部段的压裂后，关闭高压水泵和截止阀，将封孔器向外退至下一压裂位置处继续压裂，直至压完整个钻孔。
所述的压裂钻孔分段压裂是在压裂钢管一端接封孔器，送入压裂钻孔中，在压裂钢管外端通过高压胶管连接至高压水泵，打开截止阀，高压水泵的水流经压裂钢管进入封孔器，封孔器出水口两侧的压裂钻孔密封，使高压水仅作用在封孔器出水口所对应的位置，对煤体进行水力压裂。
有益效果：本发明将水力割缝钻孔和水力压裂钻孔协同网络化布置，利用割缝钻孔的缝槽控制压裂裂缝的扩展方向，同时，通过对压裂钻孔进行分段压裂，增加了裂缝的数量，压裂裂缝与割缝钻孔缝槽连通后，在空间上形成了网络化的裂隙，增加了煤体的透气性。单个钻孔瓦斯抽采有效影响范围可提高2-4倍，钻孔周围煤体透气性系数可提高150-400倍，瓦斯抽采量可增加3-6倍，可有效的缩短高瓦斯突出煤层瓦斯预抽时间，为煤矿安全高效开采、掘进提供了宝贵的时间及安全保障。
附图说明
图1是本发明的割缝与压裂协同网络化布置的剖视图；
图2是本发明的割缝与压裂协同网络化布置的俯视图；
图3是本发明的实例中压裂钻孔初次分段压裂的结构图；
图4是本发明的实例中压裂钻孔第二段压裂的结构图；
图5是本发明的实例中压裂钻孔压裂完成的结构图。
图中：1－割缝钻孔，2－压裂钻孔，3－环形缝槽，4－煤层，5－高压水泵，6－截止阀，7－高压胶管，8－压裂钢管，9－封孔器，10－封孔器出水口，11－压裂裂缝，12－底抽巷。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法，具体步骤如下：
a、在底抽巷12内向煤层4方向交替布置多个割缝钻孔1和压裂钻孔2孔位，相邻钻孔见煤点之间的距离为5-10m，如图2所示；
b、逐一施工各割缝钻孔1，并采用高压水射流对各割缝钻孔1进行割缝，各割缝钻孔1底部距煤层顶板0.6-1.0m开始割缝，先形成厚度为0.3-0.5m的环形缝槽3，环形缝槽3半径为0.6-1.5m，然后向外退钻，每退钻1.0-1.5m施工一个厚度为0.3-0.5m的环形缝槽3，直至环形缝槽距煤层底板1.0-1.5m时，结束割缝作业，对各割缝钻孔1进行常规封孔作业后，连入瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采；
c、逐一施工各压裂钻孔2，并利用封孔器对各压裂钻孔2实施分段压裂，分段压裂的位置位于两割缝钻孔1中各相对的环形缝槽3之间的压裂钻孔2处，之后，对压裂钻孔2进行封孔作业，连入瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采。所述的压裂钻孔2分段压裂的顺序由内向外，即完成钻孔底部段的压裂后，关闭高压水泵5和截止阀6，将封孔器9向外退至下一压裂位置处继续压裂，直至压完整个钻孔。
如图3所示，所述的压裂钻孔2分段压裂是在压裂钢管8一端接封孔器9，送入压裂钻孔2中，使封孔器出水口10位于两割缝钻孔1底部相对环形缝槽3之间的压裂钻孔2交点处，在压裂钢管8外端通过高压胶管7连接至高压水泵5，打开截止阀6，高压水泵5的水流经压裂钢管8进入封孔器9，封孔器出水口10两侧的压裂钻孔封闭，使高压水仅作用在封孔器出水口10所对应的位置，对煤体进行水力压裂，使压裂裂缝12贯通两割缝钻孔1底部相对的环形缝槽3；水力压裂时的水压为15-40MPa；
当水压突然降低后，关闭高压水泵5和截止阀6；将封孔器出水口10向外退至中间环形缝槽3所对应的位置，如图4所示，然后打开截止阀6和高压水泵5进行水力压裂，当该段压裂完成后，再次关闭高压水泵5和截止阀6；将封孔器出水口10退至最外面的环形缝槽3所对应的位置，打开截止阀6和高压水泵5进行压裂，直至压裂钻孔2中相对的所有环形缝槽3分段压裂全部完成后，如图5所示，退出封孔器9，对压裂钻孔2进行封孔作业，并将其连入瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采。

Claims (4)

1.一种低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法，其特征在于，包括如下步骤：
 a、在底抽巷（12）内向煤层（4）方向交替布置多个割缝钻孔（1）和压裂钻孔（2）孔位，相邻钻孔见煤点之间的距离为5-10m；
 b、逐一施工各割缝钻孔（1），并采用高压水射流对各割缝钻孔（1）进行割缝，各割缝钻孔（1）底部距煤层顶板0.6-1.0m开始割缝，先形成厚度为0.3-0.5m的环形缝槽（3），然后向外退钻，每退钻1.0-1.5m施工一个厚度为0.3-0.5m的环形缝槽（3），直至环形缝槽距煤层底板1.0-1.5m时，结束割缝作业，对各割缝钻孔（1）进行常规封孔作业后，连入瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采；
 c、逐一施工各压裂钻孔（2），并利用封孔器对各压裂钻孔（2）实施分段压裂，分段压裂的位置位于两割缝钻孔（1）中各相对的环形缝槽（3）之间的压裂钻孔（2）处，之后，对压裂钻孔（2）进行封孔作业，连入瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采。
2. 根据权利要求1所述的低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法，其特征在于：所述厚度为0.3-0.5m的环形缝槽（3）的半径为0.6-1.5m。
3. 根据权利要求1所述的低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法，其特征在于：所述的压裂钻孔（2）分段压裂的顺序由内向外，即完成钻孔底部段的压裂后，关闭高压水泵（5）和截止阀（6），将封孔器（9）向外退至下一压裂位置处继续压裂，直至压完整个钻孔。
4. 根据权利要求1所述的低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法，其特征在于：所述的压裂钻孔（2）分段压裂是在压裂钢管（8）一端接封孔器（9），送入压裂钻孔（2）中，在压裂钢管（8）外端通过高压胶管 （7）连接至高压水泵（5），打开截止阀（6），高压水泵（5）的水流经压裂钢管（8）进入封孔器（9），封孔器出水口（10）两侧的压裂钻孔密封，使高压水仅作用在封孔器出水口（10）所对应的位置，对煤体进行水力压裂。
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