CN110617102A - 煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，包括如下步骤：A、岩体或煤体打钻，针对整体或局部煤层的瓦斯释放时，在保证岩层强度的条件下，设计钻压裂孔的位置，并使用地质钻探机向下进行压裂孔的钻孔操作；B、压裂孔钻至煤体，在对岩体进行钻压裂孔时，需要将压裂孔钻入煤体，并深入煤体至少5m的深度。有益效果在于：通过高压注水将煤层内的吸附性瓦斯变为浮游性瓦斯，降低瓦斯的危害，同时通过长时间的注水和抽排，能够大量降低瓦斯浓度，减少瓦斯突出的危险；提前释放瓦斯，能够降低后续开采成本，加快开采的准备工期，同时在开采过程中能够减少煤尘的危害，同时还可将抽出的瓦斯进行存储，合理再利用，避免资源浪费。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯释放技术领域，特别是涉及煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法。
背景技术
煤矿瓦斯是指天然气。植物在成煤过程中生成的大量气体，又称煤层气。腐植型的有机质，被细菌分解，可生成瓦斯；其后随着沉积物埋藏深度增加，在漫长的地质年代中，由于煤层经受高温、高压的作用，进入煤的碳化变质阶段，煤中挥发分减少，固定碳增加，又生成大量瓦斯，保存在煤层或岩层的注水压裂孔隙和裂隙内。
瓦斯突出多发生在煤矿开采过程中，又常被叫做“煤与瓦斯突出”。
瓦斯突出是一个灾害的专用术语，是指随着煤矿开采深度的增加、瓦斯含量的增加，在煤层中形成了在地应力作用下，瓦斯释放的引力作用下，使软弱煤层突破抵抗线，瞬间释放大量瓦斯和煤而造成的一种地质灾害。
煤与瓦斯突出，是煤矿井下含瓦斯煤岩体多以碎粉状由煤层向采掘部位急剧运动、并伴随大量瓦斯喷出的一种强烈动力过程。是极为复杂的煤矿自然灾害，严重威胁着煤矿安全生产。
目前对高瓦斯含量的煤层，采取统一措施是打钻消除瓦斯突出危险后，才可以揭露煤层，进行煤巷掘进、工作面采煤等工作，但是打钻数量多，消除瓦斯突出时间长，严重影响工程进度和煤矿产量，并且浪费了大量人力物力和宝贵的时间。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，包括如下步骤：
A、岩体或煤体打钻，针对整体或局部煤层的瓦斯释放时，在保证岩层强度的条件下，设计钻压裂孔的位置，并使用地质钻探机向下进行压裂孔的钻孔操作；
B、压裂孔钻至煤体，在对岩体进行钻压裂孔时，需要将压裂孔钻入煤体，并深入煤体至少5m的深度，且至少钻两个压裂孔；
C、煤体下套管，在钻好的压裂孔内下入套管，套管的直径与钻好的压裂孔径相配合，并在钻好的压裂孔的起始端利用密封圈或密封环对套管和钻好的压裂孔之间的间隙进行密封，保证密封效果；
D、注水，将其中一个套管与压力泵相连接，压力泵抽取外界的水并加压泵至该套管内，压力水经套管渗入煤体中，水分子与煤中的亲水分子相结合，便于水的渗透作用，高压水进入煤体后，将煤体中的吸附性瓦斯挤出，并转变为浮游性瓦斯，通过长时间的注水操作，瓦斯被水层顶起，并集中在煤体的上层位置，持续注水一个月以上的时间；
E、抽瓦斯，在其他套管外端均连接抽吸机，停止注水后，利用抽吸机的吸力，通过套管将煤体内部的空气或液体吸出，并将气体和污水进行分离存储，持续抽取一个月以上的时间；
F、揭露煤层，抽吸机停止工作后，可将抽吸机与连接套管断开，利用瓦斯浓度检测器检测套管内的剩余瓦斯浓度或瓦斯压力，当检测结果显示不会出现瓦斯突出的危险时，可进行巷井掘进，将煤层暴露后在进行后续操作，当检测结果显示依然存在瓦斯突出的危险时，需要重复上述操作，直至检测结果为不危险。
进一步的，所述步骤A和B中，打钻过程前，需要将设备通过副井和井底龙门大巷运输至煤层底板运输巷。
进一步的，所述步骤B中，所钻的压裂孔中，其中一个为注水压裂孔，其余为抽排压裂孔，抽排压裂孔均位于以注水压裂孔为圆心的100m范围内。
进一步的，所述步骤D中，压力泵在通过套管向煤体注水时，其对水的压力为30Mpa，且注水流量为200L/min。
进一步的，所述步骤D中，在注水过程中，需要将抽排套管进行密封操作。
进一步的，所述步骤E中，在注水结束后，将所有套管进行密封操作。
进一步的，所述步骤E中，在使用抽吸机进行抽吸操作前静置时间至少一星期。
进一步的，所述步骤E中，在使用抽吸机进行抽吸操作时，需要先使用瓦斯检测器对初始浓度、气体压力进行检测。
进一步的，所述步骤F中，当检测到的煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa或残余瓦斯含量小于8m³/t时，判定为不会出现瓦斯突出的危险。
本发明的有益效果在于：通过高压注水将煤层内的吸附性瓦斯变为浮游性瓦斯，降低瓦斯的危害，同时通过长时间的注水和抽排，能够大量降低瓦斯浓度，减少瓦斯突出的危险；提前释放瓦斯，能够降低后续开采成本，加快开采的准备工期，同时在开采过程中能够减少煤尘的危害，同时还可将抽出的瓦斯进行存储，合理再利用，避免资源浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的高压注水压裂示意图；
图2是本发明的高压注水瓦斯抽排示意图。
附图标记说明如下：
1、煤体；2、副井；3、主井；4、煤层底板；5、井底龙门大巷；6、煤层底板运输巷；7、压裂孔；701、注水压裂孔；702、排水压裂孔；8、进水管道；9、抽排管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，包括如下步骤：
A、岩体（煤层底板4）或煤体1打钻，针对整体或局部煤层的瓦斯释放时，在保证岩层强度的条件下，设计钻压裂孔的位置，并使用地质钻探机向下进行压裂孔7的钻孔操作；
B、压裂孔7钻至煤体1，在对岩体进行钻压裂孔7时，需要将压裂孔7钻入煤体1，并深入煤体1至少5m的深度，且钻两个压裂孔7；
C、煤体1下套管，在钻好的压裂孔7内下入套管，套管的直径与钻好的压裂孔7径相配合，并在钻好的压裂孔7的起始端利用密封圈或密封环对套管和钻好的压裂孔7之间的进行密封，保证密封效果；
D、注水，将其中一个套管与压力泵相连接，压力泵抽取外界的水并加压泵至该套管内，压力水经套管渗入煤体1中，水分子与煤中的亲水分子相结合，便于水的渗透作用，高压水进入煤体1后，将煤体1中的吸附性瓦斯挤出，并转变为浮游性瓦斯，通过长时间的注水操作，瓦斯被水层顶起，并集中在煤体1的上层位置，持续注水一个月以上的时间，若按8%的煤体压裂孔隙率计算，十万吨煤体1内注入8%的水，需要一个月以上的时间，根据储煤量可调整注水时间；
E、抽瓦斯，在其他套管外端均连接抽吸机，停止注水后，利用抽吸机的吸力，通过套管将煤体1内部的空气或液体吸出，并将气体和污水进行分离存储，持续抽取一个月以上的时间；
F、揭露煤层，抽吸机停止工作后，可将抽吸机与连接套管断开，利用瓦斯浓度检测器检测套管内的剩余瓦斯浓度或瓦斯压力，当检测结果显示不会出现瓦斯突出的危险时，可进行巷井掘进，将煤层暴露后在进行后续操作，当检测结果显示依然存在瓦斯突出的危险时，需要重复上述操作，直至检测结果为不危险，优选的，瓦斯含量降低50%以上，有利于进行挖掘。
本实施例中，所述步骤A和B中，打钻过程前，需要将设备通过副井2和井底龙门大巷5运输至煤层底板运输巷6。
本实施例中，所述步骤B中，所钻的压裂孔7中，其中一个为注水压裂孔701，另一个为抽排压裂孔702，抽排压裂孔702与注水压裂孔701之间间距在100m左右。
本实施例中，所述步骤D中，压力泵在通过套管向煤体1注水时，其对水的压力为30Mpa，且注水流量为200L/min。
本实施例中，所述步骤D中，在注水过程中，需要将抽排套管进行密封操作，防止压力水在注入煤体1后泄压。
本实施例中，所述步骤E中，在注水结束后，将所有套管进行密封操作。
本实施例中，所述步骤E中，在使用抽吸机进行抽吸操作前静置时间至少一星期。
本实施例中，所述步骤E中，在使用抽吸机进行抽吸操作时，需要先使用瓦斯检测器对初始浓度进行检测。
本实施例中，所述步骤F中，当检测到的煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa或残余瓦斯含量小于8m³/t时，判定为不会出现瓦斯突出的危险。
实施例二：
煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，包括如下步骤：
A、岩体（煤层底板4）或煤体1打钻，针对整体或局部煤层的瓦斯释放时，在保证岩层强度的条件下，设计钻压裂孔的位置，并使用地质钻探机向下进行压裂孔7的钻孔操作；
B、压裂孔7钻至煤体1，在对岩体进行钻压裂孔7时，需要将压裂孔7钻入煤体1，并深入煤体1至少5m的深度，且钻若干个压裂孔7；
C、煤体1下套管，在钻好的压裂孔7内下入套管，套管的直径与钻好的压裂孔7径相配合，并在钻好的压裂孔7的起始端利用密封圈或密封环对套管和钻好的压裂孔7之间的进行密封，保证密封效果；
D、注水，将其中一个套管与压力泵相连接，压力泵抽取外界的水并加压泵至该套管内，压力水经套管渗入煤体1中，水分子与煤中的亲水分子相结合，便于水的渗透作用，高压水进入煤体1后，将煤体1中的吸附性瓦斯挤出，并转变为浮游性瓦斯，通过长时间的注水操作，瓦斯被水层顶起，并集中在煤体1的上层位置，持续注水一个月以上的时间，若按8%的煤体压裂孔隙率计算，十万吨煤体1内注入8%的水，需要一个月以上的时间，根据储煤量可调整注水时间；
E、抽瓦斯，在其他套管外端均连接抽吸机，停止注水后，利用抽吸机的吸力，通过套管将煤体1内部的空气或液体吸出，并将气体和污水进行分离存储，持续抽取一个月以上的时间；
F、揭露煤层，抽吸机停止工作后，可将抽吸机与连接套管断开，利用瓦斯浓度检测器检测套管内的剩余瓦斯浓度或瓦斯压力，当检测结果显示不会出现瓦斯突出的危险时，可进行巷井掘进，将煤层暴露后在进行后续操作，当检测结果显示依然存在瓦斯突出的危险时，需要重复上述操作，直至检测结果为不危险，优选的，瓦斯含量降低50%以上，有利于进行挖掘。
本实施例中，所述步骤A和B中，打钻过程前，需要将设备通过副井2和井底龙门大巷5运输至煤层底板运输巷6。
本实施例中，所述步骤B中，所钻的压裂孔7中，其中一个为注水压裂孔701，其余为抽排压裂孔702，抽排压裂孔702均位于以注水压裂孔701为圆心的100m范围内。
本实施例中，所述步骤D中，压力泵在通过套管向煤体1注水时，其对水的压力为30Mpa，且注水流量为200L/min。
本实施例中，所述步骤D中，在注水过程中，需要将抽排套管进行密封操作，防止压力水在注入煤体1后泄压。
本实施例中，所述步骤E中，在注水结束后，将所有套管进行密封操作。
本实施例中，所述步骤E中，在使用抽吸机进行抽吸操作前静置时间至少一星期。
本实施例中，所述步骤E中，在使用抽吸机进行抽吸操作时，需要先使用瓦斯检测器对初始浓度进行检测。
本实施例中，所述步骤F中，当检测到的煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa或残余瓦斯含量小于8m³/t时，判定为不会出现瓦斯突出的危险。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、岩体或煤体打钻，针对整体或局部煤层的瓦斯释放时，在保证岩层强度的条件下，设计钻压裂孔的位置，并使用地质钻探机向下进行压裂孔的钻孔操作；
B、压裂孔钻至煤体，在对岩体进行钻压裂孔时，需要将压裂孔钻入煤体，并深入煤体至少5m的深度，且至少钻两个压裂孔；
C、煤体下套管，在钻好的压裂孔内下入套管，套管的直径与钻好的压裂孔径相配合，并在钻好的压裂孔的起始端利用密封圈或密封环对套管和钻好的压裂孔之间的间隙进行密封，保证密封效果；
D、注水，将其中一个套管与压力泵相连接，压力泵抽取外界的水并加压泵至该套管内，压力水经套管渗入煤体中，水分子与煤中的亲水分子相结合，便于水的渗透作用，高压水进入煤体后，将煤体中的吸附性瓦斯挤出，并转变为浮游性瓦斯，通过长时间的注水操作，瓦斯被水层顶起，并集中在煤体的上层位置，持续注水一个月以上的时间；
E、抽瓦斯，在其他套管外端均连接抽吸机，停止注水后，利用抽吸机的吸力，通过套管将煤体内部的空气或液体吸出，并将气体和污水进行分离存储，持续抽取一个月以上的时间；
F、揭露煤层，抽吸机停止工作后，可将抽吸机与连接套管断开，利用瓦斯浓度检测器检测套管内的剩余瓦斯浓度或瓦斯压力，当检测结果显示不会出现瓦斯突出的危险时，可进行巷井掘进，将煤层暴露后在进行后续操作，当检测结果显示依然存在瓦斯突出的危险时，需要重复上述操作，直至检测结果为不危险。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，其特征在于：所述步骤A和B中，打钻过程前，需要将设备通过副井和井底龙门大巷运输至煤层底板运输巷。
3.根据权利要求1所述的煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，其特征在于：所述步骤B中，所钻的压裂孔中，其中一个为注水压裂孔，其余为抽排压裂孔，抽排压裂孔均位于以注水压裂孔为圆心的100m范围内。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，其特征在于：所述步骤D中，压力泵在通过套管向煤体注水时，其对水的压力为30Mpa，且注水流量为200L/min。
5.根据权利要求4所述的煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，其特征在于：所述步骤D中，在注水过程中，需要将抽排套管进行密封操作。
6.根据权利要求1所述的煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，其特征在于：所述步骤E中，在注水结束后，将所有套管进行密封操作。
7.根据权利要求6所述的煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，其特征在于：所述步骤E中，在使用抽吸机进行抽吸操作前静置时间至少一星期。
8.根据权利要求1所述的煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，其特征在于：所述步骤E中，在使用抽吸机进行抽吸操作时，需要先使用瓦斯检测器对初始浓度、气体压力进行检测。
9.根据权利要求8所述的煤矿井下高压注水压裂煤层快速释放瓦斯方法，其特征在于：所述步骤F中，当检测到的煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa或残余瓦斯含量小于8m³/t时，判定为不会出现瓦斯突出的危险。
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