CN112696185A - 一种复合爆破高能气体定向精准压裂方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合爆破高能气体定向精准压裂方法，属于煤层开采技术领域，可解决煤矿现有岩层压裂控制技术无法实现定向、精准压裂的技术难题。具体步骤为：a.选定需要定向压裂的方向及范围；b.依据需要切缝的长度、射孔弹的参数设计钻孔间距及数量；c.装配复合爆破管串结构，校正射孔方向；d.射孔爆破；e.采用窥视仪窥视成缝的效果；f.评价定向压裂效果。优点：操作工艺简单，定向程度高，定向精准压裂的效果评价方法简单易行，首次实现了岩层的定向精准压裂，推广应用前景广阔。

Description

一种复合爆破高能气体定向精准压裂方法
技术领域
本发明属于煤层开采技术领域，具体涉及一种复合爆破高能气体定向精准压裂方法。
背景技术
地下煤层开采，岩层控制是煤层安全高效开采的核心，尤其遇坚硬顶板赋存时，因坚硬顶板强度大，不易破断，坚硬顶板大面积悬顶造成工作面采场应力集中，巷道变形破坏严重等问题。目前对坚硬顶板的控制多采用水力压裂、爆破等方法，水力压裂受岩层三向应力、岩体裂隙赋存等因素的影响较大，无法实现岩层垮落的精准控制；爆破的方法对岩体损伤程度大，亦无法实现高效控制。复合爆破技术通过金属粒子流、高能气体耦合压裂，在岩层中形成定向的齐整裂缝面，从而可实现对岩层垮落的精准控制，但目前煤矿井下尚未大面积应用复合爆破技术，对于复合爆破高能气体压裂的具体工艺尚需进一步完善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下顶板精准高效致裂工艺，最大化提高致裂效果，实现岩层垮落的精确控制，改善采场应力环境，保证煤层的安全高效开采。
本发明采用如下技术方案：
一种复合爆破高能气体定向精准压裂方法，通过管串、射孔弹、火药、导爆索、雷管和窥视仪实现，其中，管串上设有若干用于装射孔弹的射孔，射孔的射孔方向从上至下左右交替布置，具体包括如下步骤：
第一步，在煤矿井下选定要精准压裂切缝的方向，以及需要切缝的长度；
第二步，沿切缝方向布置若干钻孔，钻孔的间距及数量根据需要切缝的长度、射孔弹的参数决定，记需要切缝的长度为L，射孔弹的射孔长度为Z，则沿切缝方向最两侧布置的钻孔分别距需要切缝长度两侧边界距离为Z，钻孔的间距为2Z，钻孔的数量为L/2Z；
第三步，将射孔弹装填至管串的射孔，火药装填管串中，采用导爆索连接管串上的射孔弹，将管串放置与钻孔中，水泥封孔，其中，管串上的位于同一水平面的射孔方向的连线与需要切缝的方向平行；
第四步，通过雷管分别与导爆索连接，引爆器与雷管连接；
第五步，在任意两个钻孔连线的中心打设窥视钻孔，采用窥视仪窥视成缝效果，若窥视钻孔两侧都有裂缝面，则认为定向精准压裂效果极好，若窥视钻孔仅一侧有裂缝面，则认为定向精准压裂效果一般，若窥视钻孔两侧都无裂缝面，则认为定向压裂效果较差。
所述管串上的射孔弹的间距为10-25cm。
第二步中所述钻孔的孔径大小通过管串的直径确定，记管串的直径为D，则钻孔的直径为D+2n，15mm≤n≤50mm。
第五步中所述窥视孔的直径为60-80mm。
本发明的有益效果如下：
本发明主要针对煤矿坚硬顶板难垮问题，提供一种复合爆破定向压裂切顶方法，主要基于金属射流和高能气体耦合压裂，在顶板中形成定向连续的裂缝面，使坚硬顶板可以及时垮落，改善采场应力环境。
（1）操作工艺简单，定向程度高，首次实现了煤矿井下岩层精准定向压裂。（2）对于定向精准压裂的效果评价方法简单易行，可靠性高。
（3）通过射孔弹和火药的相互配合，基于科学的钻孔布置设计即可实现定向压裂，推广应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明的管串结构示意图；
图2为本发明管串安装后结构示意图；
图3为本发明施工安装示意图；
其中：1-管串；2-射孔弹；3-火药；4-导爆索；5-雷管；6-钻孔；7-水泥；8-引爆器；9-窥视钻孔；10-窥视仪。
具体实施方式
结合附图，对本发明做进一步说明。
如图所示，一种复合爆破高能气体定向精准压裂方法，通过管串1、射孔弹2、火药3、导爆索4、雷管5和窥视仪10实现，其中，管串1上设有若干用于装射孔弹的射孔，射孔的射孔方向从上至下左右交替布置，具体包括如下步骤：
第一步，在煤矿井下选定要精准压裂切缝的方向，以及需要切缝的长度；
第二步，沿切缝方向布置若干钻孔6，钻孔6的间距及数量根据需要切缝的长度、射孔弹2的参数决定，记需要切缝的长度为L，射孔弹2的射孔长度为Z，则沿切缝方向最两侧布置的钻孔6分别距需要切缝长度两侧边界距离为Z，钻孔6的间距为2Z，钻孔6的数量为L/2Z；
第三步，将射孔弹2装填至管串1的射孔，火药3装填管串1中，采用导爆索4连接管串1上的射孔弹2，将管串1放置与钻孔6中，水泥7封孔，其中，管串1上的位于同一水平面的射孔方向的连线与需要切缝的方向平行；
第四步，通过雷管5分别与导爆索4连接，引爆器8与雷管5连接；通过引爆器8引爆雷管5，雷管5引爆管串1中的射孔弹2和火药3。
第五步，在任意两个钻孔6连线的中心打设窥视钻孔9，采用窥视仪10窥视成缝效果。若窥视钻孔两侧都有裂缝面，则认为定向精准压裂效果极好，若窥视钻孔仅一侧有裂缝面，则认为定向精准压裂效果一般，若窥视钻孔两侧都无裂缝面，则认为定向压裂效果较差。
所述管串1上的射孔弹的间距为10-25cm。
第二步中所述钻孔6的孔径大小通过管串1的直径确定，记管串1的直径为D，则钻孔6的直径为D+2n，15mm≤n≤50mm。
第五步中所述窥视孔9的直径为60-80mm。
实施例
以某矿区工作面巷道顶板定向压裂为背景，进行具体说明。
第一步，在煤矿井下选定要精准压裂切缝的方向，连续切缝长度50m；
第二步，所采用射孔弹2的射孔长度为50cm，射孔弹之间的间距为20cm，则沿切缝方向最两侧布置的钻孔6分别距需要切缝长度两侧边界距离为50cm，钻孔6的间距为1m，沿切缝方向布置钻孔6的数量为50个；管串的直径50mm，钻孔的直径定为80mm。
第三步，将射孔弹2装填至管串1的射孔，火药3装填管串1中，采用导爆索4连接管串1上的射孔弹2，将管串1放置与钻孔6中，水泥7封孔，其中，管串1上的位于同一水平面的射孔方向的连线与需要切缝的方向平行；
第四步，通过雷管5分别与导爆索4连接，引爆器8与雷管5连接；通过引爆器8引爆雷管5，雷管5引爆管串1中的射孔弹2和火药3。
第五步，在任意两个钻孔6连线的中心打设窥视钻孔9，窥视钻孔9直径80mm，采用窥视仪10窥视成缝效果。发现窥视钻孔两侧都有裂缝面，则认为定向精准压裂效果极好。

Claims (4)

1.一种复合爆破高能气体定向精准压裂方法，其特征在于：通过管串（1）、射孔弹（2）、火药（3）、导爆索（4）、雷管（5）和窥视仪（10）实现，其中，管串（1）上设有若干用于装射孔弹的射孔，射孔的射孔方向从上至下左右交替布置，具体包括如下步骤：
第一步，在煤矿井下选定要精准压裂切缝的方向，以及需要切缝的长度；
第二步，沿切缝方向布置若干钻孔（6），钻孔（6）的间距及数量根据需要切缝的长度、射孔弹（2）的参数决定，记需要切缝的长度为L，射孔弹（2）的射孔长度为Z，则沿切缝方向最两侧布置的钻孔（6）分别距需要切缝长度两侧边界距离为Z，钻孔（6）的间距为2Z，钻孔（6）的数量为L/2Z；
第三步，将射孔弹（2）装填至管串（1）的射孔，火药（3）装填管串（1）中，采用导爆索（4）连接管串（1）上的射孔弹（2），将管串（1）放置与钻孔（6）中，水泥（7）封孔，其中，管串（1）上的位于同一水平面的射孔方向的连线与需要切缝的方向平行；
第四步，通过雷管（5）分别与导爆索（4）连接，引爆器（8）与雷管（5）连接；
第五步，在任意两个钻孔（6）连线的中心打设窥视钻孔（9），采用窥视仪（10）窥视成缝效果。
2.根据权利要求1所述的一种复合爆破高能气体定向精准压裂方法，其特征在于：所述管串（1）上的射孔弹（2）的间距为10-25cm。
3.根据权利要求1所述的一种复合爆破高能气体定向精准压裂方法，其特征在于：第二步中所述钻孔（6）的孔径大小通过管串（1）的直径确定，记管串（1）的直径为D，则钻孔（6）的直径为D+2n，15mm≤n≤50mm。
4.根据权利要求1所述的一种复合爆破高能气体定向精准压裂方法，其特征在于：第五步中所述窥视孔（9）的直径为60-80mm。
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