CN114165209A - 一种逐级构建煤层复杂缝网的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种逐级构建煤层复杂缝网的方法。从底板岩巷开设爆破孔、自由面构建钻孔，并构建自由面；向爆破孔内送入乳化炸药，封孔并向孔内带压注水，引爆炸药，在爆破孔周围构建一级裂缝；并顺次构建二级裂缝、三级裂缝……N级裂缝，直到爆破孔周围区域已形成了均匀复杂的裂缝网络，结束爆破作业。本发明的方法相比传统爆破手段，能够使煤体内的裂缝扩展的更远，在更大范围内致裂煤体，最终形成更加均匀、复杂的裂缝网络。

Description

一种逐级构建煤层复杂缝网的方法
技术领域
本发明涉及煤层致裂增透技术领域，具体地说是一种逐级构建煤层复杂缝网的方法。
背景技术
瓦斯是我国煤矿开采的重大灾害源之一，同时也是一种强温室气体和清洁能源，实现煤层瓦斯的高效抽采对于煤矿安全、环境保护以及资源开发均具有重要意义。但是，目前我国煤层普遍为难抽采煤层，具有微孔隙、低渗透和强吸附的特性，常规的钻孔抽采方法效果差、周期长，且钻孔施工工程量大，成本高。为此，需要采用煤层增透措施以强化瓦斯抽采。
在煤层内构建均匀复杂的裂缝网络是实现瓦斯高效抽采的关键。目前，常用的单一煤层钻孔致裂增透措施包括松动爆破、水力割缝、水力冲孔以及水力压裂等。但是，大量的工程实践表明，单一的技术手段致裂增透效果差，难以实现煤层瓦斯的快速高效抽采。主要原因是单一的技术手段单次作业影响范围小，且在煤层内很难形成均匀的裂缝网络，导致煤层内大量瓦斯很难在短时间内快速解吸释放。例如，传统的钻孔内爆破能够在钻孔周围形成均匀的裂缝网，但是在深部高地应力条件下有效影响范围小。再如水力压裂形成的裂缝扩展长度较大，但是压裂过程中煤层内水力裂缝通常沿着垂直于最小主应力的方向扩展，在高应力差条件下，煤层内很容易形成一条单一的主裂缝，导致煤层压裂改造范围小，不利于提高瓦斯抽采效率。
因此，为了增大煤层致裂增透范围，提高瓦斯抽采效果，急需寻求一种能够实现煤层均匀致裂的复杂缝网构建技术，以实现煤层瓦斯的高效抽采。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种逐级构建煤层复杂缝网的方法，该方法相比传统爆破手段，能够使煤体内的裂缝扩展的更远，在更大范围内致裂煤体，最终形成更加均匀、复杂的裂缝网络。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种逐级构建煤层复杂缝网的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1.从底板岩巷沿垂直于底板岩巷方向向煤层开设爆破孔；
步骤2.从底板岩巷向煤层开设若干组自由面构建钻孔；自由面构建钻孔与爆破孔构成角度为锐角；所述爆破孔穿过若干组自由面构建钻孔所构成的几何形状的中心；
步骤3.从自由面构建钻孔构建自由面；所述自由面垂直于自由面构建钻孔和爆破孔所在平面；且自由面垂直于底板岩巷；
步骤4.从底板岩巷向爆破孔内送入乳化炸药，封孔并向孔内带压注水，引爆炸药，在钻孔周围构建一级裂缝；
步骤5.开启爆破孔的密封，并再次向孔内送入乳化炸药，封孔后向钻孔内注入高压水，并保持压力；
步骤6.引爆爆破孔内的炸药，在爆破孔一级裂缝的周围构建二级裂缝；
步骤7.重复以上步骤4-6，在煤层内通过多次高压注水并爆破产生的脉冲爆炸波逐级致裂煤体，在爆破孔的周围依次形成一级裂缝、二级裂缝、三级裂缝……N级裂缝，直到爆破孔周围区域已形成了均匀复杂的裂缝网络，结束爆破作业。
作为本发明进一步优选地，自由面构建钻孔与爆破孔构成角度为30°-60°。
作为本发明进一步优选地，自由面构建钻孔数量为3-5组。
作为本发明进一步优选地，通过水射流切割或定向水力压裂等手段构建自由面。
作为本发明进一步优选地，自由面的长度为1-2m。
作为本发明进一步优选地，爆破孔穿过煤层的长度小于等于10m，只布置1点乳化炸药；爆破孔穿过煤层的长度大于10 m的钻孔，应沿爆破孔钻孔轴向多点布置乳化炸药，且各点炸药按照串联的方式连接，从底板岩巷向煤层方向依次引爆炸药依次引爆炸药，在爆破孔内形成分段顺序爆破。
作为本发明进一步优选地，两个自由面构建钻孔的间的水平距离为8-15m。
作为本发明进一步优选地，步骤5中注入的高压水压力为1-2 MPa，并保持压力10-20 min。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过采用水射流切割、定向水力压裂等技术措施在煤层内预先构建自由面，当爆炸产生的冲击波在煤体传播过程中遇到自由面时发生反射，反射波与后续的冲击波叠加形成拉伸波，在煤体内形成拉伸裂缝，自由面的构建结合爆破作业能够形成卸压爆破，强化了煤层卸压增透效果。
2.相比于传统的爆炸致裂，本发明提出的方法能够在煤层内形成更加均匀、复杂的裂缝网络。向钻孔内注入高压水，以水为介质传递爆炸产生的压力波，由于水为不可压缩介质，爆炸波在其内部衰减更慢，传播距离更远，因此能够使煤体内的裂缝扩展的更远，能够更大范围地致裂煤体。
3.本发明采用多次脉冲爆破产生的爆生气体驱动高压水，再以高压水在裂缝尖端形成的水楔效应驱动裂缝扩展，逐级致裂煤体，能够形成更大范围的裂缝网络。
附图说明
图1 为自由面构建钻孔和爆破孔布置剖面图。
图2 为自由面构建钻孔和爆破孔布置俯视图。
图3 为裂缝逐级构建过程示意图。
其中有：1.底板岩巷；2.煤层；3.自由面构建钻孔；4.爆破孔；5.一级裂缝；6.二级裂缝；7.三级裂缝；8.自由面。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
下面结合附图和和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种逐级构建煤层复杂缝网的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
所述底板岩巷1平行于煤层2开设。
步骤1.从底板岩巷1沿垂直于底板岩巷1方向向煤层2开设爆破孔4。
步骤2.从底板岩巷1向煤层2开设若干组自由面构建钻孔3；自由面构建钻孔3与爆破孔4构成角度为锐角；优选范围为30°-60°；所述爆破孔4穿过若干组自由面构建钻孔3所构成的几何形状的中心。一般手段可通过水射流切割或定向水力压裂等手段构建自由面8，所述自由面构建钻孔3优选数量数量为3-5组。
步骤3.从自由面构建钻孔3构建自由面8；所述自由面8垂直于自由面构建钻孔3和爆破孔4所在平面；且自由面8垂直于底板岩巷1；所述自由面8的长度为1-2m，两个自由面构建钻孔3的间的水平距离为8-15m。
构建自由面的目的在于，当爆炸产生的冲击波在煤体传播过程中遇到自由面时发生反射，反射波与后续的冲击波叠加形成拉伸波，在煤体内形成拉伸裂缝，自由面的构建结合爆破作业能够形成卸压爆破，强化了煤层卸压增透效果。
步骤4.从底板岩巷1向爆破孔4内送入乳化炸药，封孔并向孔内带压注水，引爆炸药，在钻孔周围构建一级裂缝5。
步骤5.开启爆破孔4的密封，并再次向孔内送入乳化炸药，封孔后向钻孔内注入高压水，并保持压力，高压水压力为1-2 MPa，并保持压力10-20 min。
高压水可在多次脉冲爆破产生的爆生气体驱动下，在裂缝尖端形成的水楔效应驱动裂缝扩展，逐级致裂煤体，能够形成更大范围的裂缝网络。
步骤6.引爆爆破孔4内的炸药，在爆破孔4一级裂缝5的周围构建二级裂缝6。爆破孔4穿过煤层2的长度小于等于10m，只布置1点乳化炸药；爆破孔4穿过煤层2的长度大于10m的钻孔，应沿爆破孔4钻孔轴向多点布置乳化炸药，且各点炸药按照串联的方式连接，从底板岩巷1向煤层2方向依次引爆炸药依次引爆炸药，在爆破孔4内形成分段顺序爆破。
步骤7.重复以上步骤4-6，在煤层内通过高压注水并爆破产生的脉冲爆炸波逐级致裂煤体，在爆破孔4的周围依次形成一级裂缝5、二级裂缝6、三级裂缝7……N级裂缝，直到爆破孔周围区域已形成了均匀复杂的裂缝网络，结束爆破作业。
相比于传统的爆炸致裂，本发明提出的方法能够在煤层内形成更加均匀、复杂的裂缝网络。向钻孔内注入高压水，以水为介质传递爆炸产生的压力波，由于水为不可压缩介质，爆炸波在其内部衰减更慢，传播距离更远，因此能够使煤体内的裂缝扩展的更远，能够更大范围地致裂煤体。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种逐级构建煤层复杂缝网的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
所述底板岩巷（1）平行于煤层（2）开设；
步骤1.从底板岩巷（1）沿垂直于底板岩巷（1）方向向煤层（2）开设爆破孔（4）；
步骤2.从底板岩巷（1）向煤层（2）开设若干组自由面构建钻孔（3）；自由面构建钻孔（3）与爆破孔（4）构成角度为锐角；所述爆破孔（4）穿过若干组自由面构建钻孔（3）所构成的几何形状的中心；
步骤3.从自由面构建钻孔（3）构建自由面（8）；所述自由面（8）垂直于自由面构建钻孔（3）和爆破孔（4）所在平面；且自由面（8）垂直于底板岩巷（1）；
步骤4.从底板岩巷（1）向爆破孔（4）内送入乳化炸药，封孔并向孔内带压注水，引爆炸药，在爆破孔（4）周围构建一级裂缝（5）；
步骤5.开启爆破孔（4）的密封，并再次向孔内送入乳化炸药，封孔后向钻孔内注入高压水，并保持压力；
步骤6.引爆爆破孔（4）内的炸药，在爆破孔（4）一级裂缝（5）的周围构建二级裂缝（6）；
步骤7.重复以上步骤4-6，在煤层内通过高压注水并爆破产生的脉冲爆炸波逐级致裂煤体，在爆破孔（4）的周围依次形成一级裂缝（5）、二级裂缝（6）、三级裂缝（7）……N级裂缝，直到爆破孔周围区域已形成了均匀复杂的裂缝网络，结束爆破作业。
2.根据权利要求1所述的一种逐级构建煤层复杂缝网的方法，其特征在于：自由面构建钻孔（3）与爆破孔（4）构成角度为30°-60°。
3.根据权利要求1所述的一种逐级构建煤层复杂缝网的方法，其特征在于：自由面构建钻孔（3）数量为3-5组。
4.根据权利要求1所述的一种逐级构建煤层复杂缝网的方法，其特征在于：通过水射流切割或定向水力压裂等手段构建自由面（8）。
5.根据权利要求1所述的一种逐级构建煤层复杂缝网的方法，其特征在于：自由面（8）的长度为1-2m。
6.根据权利要求1所述的一种逐级构建煤层复杂缝网的方法，其特征在于：爆破孔（4）穿过煤层（2）的长度小于等于10m，只布置1点乳化炸药；爆破孔（4）穿过煤层（2）的长度大于10 m的钻孔，应沿爆破孔（4）钻孔轴向多点布置乳化炸药，且各点炸药按照串联的方式连接，从底板岩巷（1）向煤层（2）方向依次引爆炸药，在爆破孔（4）内形成分段顺序爆破。
7.根据权利要求1所述的一种逐级构建煤层复杂缝网的方法，其特征在于：两个自由面构建钻孔（3）的间的水平距离为8-15m。
8.根据权利要求1所述的一种逐级构建煤层复杂缝网的方法，其特征在于：步骤5中注入的高压水压力为1-2 MPa，并保持压力10-20 min。
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