WO2017075935A1 - 一种底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法 - Google Patents

一种底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法 Download PDF

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郭畅
闫发志
朱传杰
邹全乐
刘厅
孔佳
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    • E21F7/00—Methods or devices for drawing- off gases with or without subsequent use of the gas for any purpose

Definitions

  • the invention relates to a high-power electric detonation auxiliary hydraulic fracturing coal seam anti-filtration method for bottom pumping roadway, which is especially suitable for the treatment of gas in a high gas and low permeability coal seam under coal mine.
  • China's coal mine geological conditions are complex, and most of them are high-gas, low-breathing coal seams. It is difficult to extract gas by ordinary methods. During the mining process, the gas emission is large, and the threat of gas outburst and gas explosion is increasingly serious. Therefore, it is an important means to effectively prevent coal mine gas disasters and ensure coal mine safety production by artificially cracking and strengthening the coal seam and increasing the gas drainage concentration and extraction efficiency.
  • hydraulic fracturing At present, more and more hydraulic measures, represented by hydraulic fracturing, have been applied in the gas control work of coal mines in China, and have achieved certain results.
  • the single hydraulic fracturing measures Due to the complicated geological conditions in the coal mine, the single hydraulic fracturing measures have fewer cracks in the coal seam, limited pressure relief and permeability enhancement, and the extraction efficiency is not high, which is difficult to meet the normal mining needs of the coal mine.
  • the object of the present invention is to provide a method for simplifying the hydraulic fracturing coal seam enhancement of the bottom pumping road with high power and electric shock according to the existing deficiencies in the prior art.
  • the high-power electric detonation assisted hydraulic fracturing coal seam anti-reflection method of the bottom pumping roadway of the present invention comprises the following steps:
  • the fractured steel pipe with the high-voltage pulse discharger installed at the front end is sent from the fracturing discharge borehole to the middle position of the coal seam, and is installed at the rear end of the fractured steel pipe at a distance of 2 to 3 m from the fracture hole of the fracturing discharge.
  • a sealing device connecting a high pressure hose at a rear end of the fractured steel pipe;
  • the high pressure hose is equipped with a pressure gauge and a valve;
  • the high voltage pulse arrester has a discharge voltage of 20-150 KV and a discharge frequency of 5-60 Hz.
  • the present invention combines a hydraulic fracturing technique and a high-voltage electric pulse technique to generate a spherical shock wave generated by discharging a high-voltage electric pulse discharger in water, forming a strong shock wave in water, and forming a large number of cracks in the coal seam.
  • the original cracks are expanded, thereby effectively increasing the number of cracks in the coal seam, extending the length of the primary cracks, increasing the permeability of the coal seam, and effectively improving the gas drainage efficiency.
  • After acting on the fracture caused by hydraulic fracturing it can promote the secondary expansion and penetration of the fracture and increase the number of fractures in the coal seam.
  • the cracks in the coal seam develop continuously and form a fracture network, which provides a good channel for gas migration, and the gas permeability of the coal seam is significantly enhanced, thus achieving efficient gas extraction.
  • the method is simple and practical, and has good application prospects for regional gas control of high gas and low permeability coal seams.
  • Figure 1 is a schematic view of a specific implementation method of the present invention
  • the high-power electric detonation assisted hydraulic fracturing coal seam anti-reflection method of the bottom pumping roadway of the present invention has the following steps:
  • a high-voltage pulse arrester 6 is installed at the front end of the fractured steel pipe 5, and then the fractured steel pipe 5 to which the high-pressure pulse discharger 6 is mounted at the front end is sent from the fracturing discharge bore 4 to the middle position of the coal seam 2 at the pressure.
  • the rear end of the splitting steel pipe 5 is installed at a distance of 2 to 3 m from the orifice of the fracturing discharge borehole 4; the high pressure rubber hose 11 is connected to the rear end of the fractured steel pipe 5;
  • the explosion-proof switch 9 Open the explosion-proof switch 9, charge the high-voltage pulse discharge device 6 through the high-voltage pulse power supply 10, and discharge the high-voltage pulse discharge device 6 in the water, and set the discharge voltage according to the actual situation on the site, the discharge voltage is 20-150KV, and the discharge frequency is 5 -60Hz, high-voltage strong electric field passes through the liquid, because the huge energy is instantaneously released into the discharge channel, the liquid in the channel rapidly vaporizes, expands and produces powerful The shock wave acts on the coal body, creating new cracks and expanding the original cracks. After discharging for 50 to 90 times, the explosion-proof switch 9 is disconnected;

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Abstract

一种底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法，适用于高瓦斯低透气性煤层瓦斯的高效抽采。首先利用钻机从底抽巷(1)向煤层(2)施工压裂放电钻孔(4)，然后使用水力压裂技术在压裂放电钻孔(4)中形成裂隙，再利用高压电脉冲放电器(6)在水中放电产生的冲击波作用于煤体，产生大量裂缝并促进原始裂隙的二次扩展和贯通，同时，通过水力压裂过程中压力的不断上升以及脉冲波重复冲击煤体的协同作用，使煤层中的裂隙不断发育并形成裂隙网络，为瓦斯的运移提供了良好的通道，煤层的透气性显著增强，从而实现了瓦斯的高效抽采。

Description

一种底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法 技术领域
本发明涉及一种底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法，尤其适用于煤矿井下高瓦斯低渗透性煤层区域瓦斯的治理。
背景技术
我国煤矿地质条件复杂，且大部分为高瓦斯、低透气性煤层，普通方法抽采瓦斯难度较大，在开采过程中瓦斯涌出量大，瓦斯突出和瓦斯爆炸爆炸威胁日益严峻。因此，对煤层实施人工致裂增透、提高瓦斯抽采浓度和抽采效率，是有效防止煤矿瓦斯灾害、保障煤矿安全生产的重要手段。
目前，以水力压裂为代表的水力化措施越来越多的在我国煤矿区域瓦斯治理工作中运用，也取得了一定的效果。但由于煤矿井下地质条件复杂，单一的水力压裂措施在煤层内形成的裂隙数量少，卸压增透效果有限，抽采效率不高，难以满足煤矿正常的开采需求。
发明内容
技术问题：本发明目的是针对现有技术中的存在的不足，提供一种方法简单、操作方便、效果好的底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法。
技术方案：本发明的底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法，包括如下步骤：
a、在底抽巷内向煤层方向施工压裂放电钻孔，直至压裂放电钻孔穿过煤层顶板0.5m处停止钻进；
b、采用前端安装有高压脉冲放电器的压裂钢管，从压裂放电钻孔中送至煤层的中间位置，在压裂钢管的后端距压裂放电钻孔孔口处2～3m处安装封孔器；在压裂钢管的后端连接高压胶管；
c、将连接高压脉冲放电器的高压电缆与底抽巷内的防爆开关一端连接，防爆开关另一端连接到高压脉冲电源上，通过高压胶管将压裂钢管与底抽巷内的高压水泵相连，所述高压胶管上装有压力表和阀门；
d、打开阀门，通过高压水泵向压裂放电钻孔内注水，待高压胶管上的压力表示数达到5Mpa时，停止向压裂放电钻孔内注入水，关闭阀门；
e、打开防爆开关，通过高压脉冲电源向高压脉冲放电器充电，使高压脉冲放电器在水中放电，形成的冲击波作用于煤体，产生新的裂隙并使原始裂隙扩展，放电50～90次后断开防爆开关；
f、再次开启高压水泵，向压裂放电钻孔继续注水，使压力继续增高，当压力表示数增高5Mpa时，停止向压裂放电钻孔注水；
g、重复步骤e和f多次，使压力不断增高，直至示数达到50Mpa时，停止注水，打开阀门，将压裂放电孔内卸压；将压裂钢管、高压脉冲放电器和封孔器退出压裂放电钻孔，然后将压裂放电 钻孔连至瓦斯抽采管网抽采瓦斯。
所述的高压脉冲放电器的放电电压为20-150KV，放电频率为5-60Hz。
有益效果：本发明通过将水力压裂技术和高压电脉冲技术结合起来，利用高压电脉冲放电器在水中放电产生的球面冲击波，在水中形成强大的冲击波，在煤层内形成大量的裂缝，并使原生裂隙扩展，从而有效增加煤层内的裂缝数量，延伸原生裂缝的长度，增加煤层透气性，有效提高瓦斯抽采效率。作用于水力压裂产生的裂隙后，可促进裂隙的二次扩展和贯通，并增加了煤层内的裂缝数量。通过水力压裂和高压电脉冲的协同作用，煤层中的裂隙不断发育并形成裂隙网络，为瓦斯的运移提供了良好的通道，煤层的透气性显著增强，从而实现了瓦斯的高效抽采。其方法简单，实用性强，对高瓦斯、低透气性煤层的区域瓦斯治理具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的具体实施方法示意图；
图中：1－底抽巷，2－煤层，3－顶板，4－压裂放电钻孔，5－压裂钢管，6－高压脉冲放电器，7－封孔器，8－高压电缆，9－防爆开关，10－高压脉冲电源，11－高压胶管，12－压力表，13－高压水泵，14－阀门。
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：
如图1所示，本发明的底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法，具休步骤如下：
a、在底抽巷1内向煤层2方向施工压裂放电钻孔4，直至压裂放电钻孔4穿过煤层2顶板3距离0.5m处停止钻进；
b、在压裂钢管5的前端安装一高压脉冲放电器6，然后将前端安装有高压脉冲放电器6的压裂钢管5从压裂放电钻孔4中送至煤层2的中间位置，在压裂钢管5的后端距压裂放电钻孔4孔口处2～3m处安装封孔器7；在压裂钢管5的后端连接高压胶管11；
c、将连接高压脉冲放电器6的高压电缆8与底抽巷1内的防爆开关9一端连接，防爆开关9另一端连接到高压脉冲电源10上，通过高压胶管11将压裂钢管5与底抽巷1内的高压水泵13相连，所述高压胶管11上装有压力表12和阀门14；
d、打开阀门14，通过高压水泵13向压裂放电钻孔4内注水，待高压胶管11上的压力表12示数达到5Mpa时，停止向压裂放电钻孔4内注入水，关闭阀门14，高压水作用于煤体上，使煤体产生大量裂隙；
e、打开防爆开关9，通过高压脉冲电源10向高压脉冲放电器6充电，使高压脉冲放电器6在水中放电，根据现场实际情况设定放电电压，放电电压为20-150KV，放电频率为5-60Hz，高压强电场通过液体，由于巨大的能量瞬间释放于放电通道内，通道中的液体迅速汽化、膨胀并产生强大 的冲击波作用于煤体，产生新的裂隙并使原始裂隙扩展，放电50～90次后断开防爆开关9；
f、再次开启高压水泵13，向压裂放电钻孔4继续注水，使压力在原有压的基础上继续增高，当压力表12示数增高5Mpa时，停止向压裂放电钻孔4注水；
g、重复步骤e和f多次，使注水压力不断增高，直至压力表示数达到50Mpa时，停止注水，打开阀门14，对压裂放电孔4卸压；卸压后将压裂钢管5、高压脉冲放电器6和封孔器7退出压裂放电钻孔4，然后将压裂放电钻孔4连至瓦斯抽采管网进行抽采瓦斯。

Claims (2)

  1. 一种底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法，其特征在于包括如下步骤：
    a、在底抽巷(1)内向煤层(2)方向施工压裂放电钻孔(4)，直至压裂放电钻孔(4)穿过煤层(2)顶板(3)0.5m处停止钻进；
    b、采用前端安装有高压脉冲放电器(6)的压裂钢管(5)，从压裂放电钻孔(4)中送至煤层(2)的中间位置，在压裂钢管(5)的后端距压裂放电钻孔(4)孔口处2～3m处安装封孔器(7)；在压裂钢管(5)的后端连接高压胶管(11)；
    c、将连接高压脉冲放电器(6)的高压电缆(8)与底抽巷(1)内的防爆开关(9)一端连接，防爆开关(9)另一端连接到高压脉冲电源(10)上，通过高压胶管(11)将压裂钢管(5)与底抽巷(1)内的高压水泵(13)相连，所述高压胶管(11)上装有压力表(12)和阀门(14)；
    d、打开阀门(14)，通过高压水泵(13)向压裂放电钻孔(4)内注水，待高压胶管(11)上的压力表(12)示数达到5Mpa时，停止向压裂放电钻孔(4)内注入水，关闭阀门(14)；
    e、打开防爆开关(9)，通过高压脉冲电源(10)向高压脉冲放电器(6)充电，使高压脉冲放电器(6)在水中放电，形成的冲击波作用于煤体，产生新的裂隙并使原始裂隙扩展，放电50～90次后断开防爆开关(9)；
    f、再次开启高压水泵(13)，向压裂放电钻孔(4)继续注水，使压力继续增高，当压力表(12)示数增高5Mpa时，停止向压裂放电钻孔(4)注水；
    g、重复步骤e和f多次，使压力不断增高，直至示数达到50Mpa时，停止注水，打开阀门(14)，将压裂放电孔(4)内卸压；将压裂钢管(5)、高压脉冲放电器(6)和封孔器(7)退出压裂放电钻孔(4)，然后将压裂放电钻孔(4)连至瓦斯抽采管网抽采瓦斯。
  2. 根据权利要求1所述的一种底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法，其特征在于：所述的高压脉冲放电器(6)的放电电压为20-150KV，放电频率为5-60Hz。
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