專利名稱：煤礦井下重復脈動水力壓裂強化瓦斯抽采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦井下重復脈動水力壓裂強化瓦斯抽采方法，屬于煤礦井下區(qū)域瓦斯治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于高瓦斯、低透氣性煤層的脈動水力壓裂卸壓增透措施。
背景技術(shù)：
目前防治煤礦瓦斯災害的根本性方法是進行瓦斯抽采，由于自然因素作用，我國煤層瓦斯賦存含量普遍較高，高瓦斯、低透氣性煤層占70%左右，開采前的抽采難度大，使得瓦斯災害已成為制約煤礦安全生產(chǎn)的主要因素。煤礦瓦斯治本措施主要是通過鉆孔進行瓦斯抽采。但是，常規(guī)的瓦斯抽采存在鉆孔有效影響范圍小(鉆孔間距2 m左右)、區(qū)域瓦斯抽采需要的鉆孔數(shù)量多(每個開采工作面需要數(shù)百至上千個鉆孔)、鉆孔施工工程量大、抽采瓦斯?jié)舛鹊汀?0 %，甚至<10 %)、抽采效果差和抽采時間長等問題，不能適應(yīng)安全生產(chǎn)的需要。 隨著煤層瓦斯治理研究工作的深入開展，低透氣性煤層卸壓增透技術(shù)不斷發(fā)展，許多水力化措施得到應(yīng)用，其特點都是用水作為處理煤層瓦斯的手段，如煤層注水、水力壓裂、水力沖刷、水力割縫和水力沖孔等，鉆孔水起到促進煤體裂隙發(fā)育、改變煤層的瓦斯動力學性質(zhì)及物理力學性質(zhì)的作用。諸多的水力化技術(shù)中，水力壓裂技術(shù)較好地遵循了卸壓增透、排放瓦斯和改變煤體物理力學性質(zhì)的原則，在國內(nèi)多個礦井應(yīng)用并取得了較好的效果。但常規(guī)井下煤層水力壓裂主要存在諸如注水壓力大、設(shè)備體積龐大、結(jié)構(gòu)復雜、高壓封孔困難、壓裂成功率低等問題。針對以上問題，專利一種低透氣性煤層脈沖壓裂增透抽采瓦斯方法(申請?zhí)?01110046285. 9)提出了脈沖壓裂增透抽采瓦斯方法，形成了脈動水力壓裂卸壓增透技術(shù)，該技術(shù)利用脈動水壓力在煤體鉆孔內(nèi)部的周期性變化所產(chǎn)生的“水擊”和“水劈”效應(yīng)，促使裂隙發(fā)育、擴展，形成新的再生裂隙，提供水在煤層中的滲透通道，改善煤的力學性質(zhì)、降低工作面前方煤體的應(yīng)力、加速瓦斯的排放速度，提高鉆孔瓦斯抽采效率。對于高瓦斯低透氣性松軟煤層，常規(guī)水力壓裂和脈動水力壓裂卸壓增透技術(shù)均存在裂隙張開時間短、閉合快、瓦斯抽采量衰減快的問題，因此，在脈動水力壓裂技術(shù)的基礎(chǔ)上，本專利提出重復脈動水力壓裂卸壓增透技術(shù)，強化瓦斯抽采效果。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種方法簡單、能增大煤層透氣性，提高瓦斯抽采率，縮短瓦斯抽采達標時間的煤礦井下重復脈動水力壓裂強化瓦斯抽采方法。技術(shù)方案本發(fā)明的煤礦井下重復脈動水力壓裂強化瓦斯抽采方法，包括在本煤層中施工一個順層鉆孔作為脈動水力壓裂孔，脈動水力壓裂孔兩側(cè)間隔距離L1處分別施工一個一級導向控制孔，間隔距離L1 一般取值為8 12m，對脈動水力壓裂孔和一級導向控制孔采用能夠承受40MPa以上壓力的耐高壓鉆孔密封方法進行注漿封孔；對脈動水力壓裂孔進行脈動水力壓裂作業(yè)，當兩個一級導向控制孔中有一個孔出水或兩個孔都出水時，關(guān)閉脈動水力壓裂孔閥門；之后打開脈動水力壓裂孔閥門，對脈動水力壓裂孔進行放水卸壓，同時對脈動水力壓裂孔和一級導向控制孔進行管網(wǎng)抽采，記錄每天瓦斯抽采流量和濃度；還包括如下步驟
a.在脈動水力壓裂鉆孔和一級導向控制孔中的任意兩個鉆孔瓦斯抽采流量低于該鉆孔初始瓦斯抽采流量的40%時，關(guān)閉一級導向控制孔閥門，停止瓦斯抽采；
b.在兩個一級導向控制孔的外側(cè)間隔距離L2處分別施工一個二級導向控制孔，間隔距離L2為4飛!11，并對二級導向控制孔采用能夠承受40MPa以上壓力的耐高壓鉆孔密封方法進行注漿封孔；
c.在第一次脈動水力壓裂參數(shù)的基礎(chǔ)上提高20%的脈沖壓力，對脈動水力壓裂孔進行脈動水力壓裂作業(yè)，當兩個二級導向控制孔中一個出水或兩個二級導向控制孔均出水時，停止脈動水力壓裂，關(guān)閉脈動水力壓裂孔閥門；
d.脈動水力壓裂作業(yè)結(jié)束24h后，打開脈動水力壓裂孔閥門，對脈動水力壓裂孔進行·放水卸壓，打開一級導向控制孔閥門，對脈動水力壓裂孔、一級導向控制孔和二級導向控制孔進行管網(wǎng)抽采。所述的脈動水力壓裂孔、一級導向控制孔、二級導向控制孔采用能夠承受40MPa以上壓力的耐高壓鉆孔密封方法進行注漿封孔；所述的脈動水力壓裂鉆孔與一級導向控制孔的距離L1為8 12m ;—級導向控制孔與二級導向控制孔的距離L2為r6m。有益效果本發(fā)明針對常規(guī)水力壓裂技術(shù)單一脈動水力壓裂卸壓增透技術(shù)存在的裂隙張開時間短、閉合快、瓦斯抽采量衰減快的問題，結(jié)合脈動水力壓裂卸壓增透技術(shù)的優(yōu)勢和特點，在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上對鉆孔實施重復脈動水力壓裂作業(yè)，能保持鉆孔高濃度、高流量瓦斯抽采，可提高鉆孔瓦斯抽采率，大大縮短瓦斯抽采達標時間。煤層透氣性系數(shù)可提供1(T100倍，瓦斯抽采達標時間可減少50%，有利于延長脈動水力壓裂區(qū)域裂隙的閉合時間，為工作面高效回采和安全生產(chǎn)提供了時間和技術(shù)保障。其方法簡單，能增大煤層透氣性，提高瓦斯抽采率，縮短瓦斯抽采達標時間，具有廣泛的實用性。


圖I是煤礦井下重復脈動水力壓裂強化瓦斯抽采方法鉆孔布置示意圖 圖2是煤礦井下重復脈動水力壓裂強化瓦斯抽采方法鉆孔布置剖面示意圖
圖中1 一脈動水力壓裂孔，2—一級導向控制孔，3—二級導向控制孔，4一閥門，5—巷道，6—煤層頂板，7—煤層底板。
具體實施例方式 下面結(jié)構(gòu)附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述
本發(fā)明的煤礦井下重復脈動水力壓裂強化瓦斯抽采方法
a.選擇脈動水力壓裂地點，在本煤層中施工一個順層鉆孔作為脈動水力壓裂孔1，脈動水力壓裂孔I兩側(cè)間隔距離L1處分別布置一級導向控制孔2，間隔距離L1為8 12m，采用能夠承受40MPa以上壓力的常規(guī)技術(shù)耐高壓鉆孔密封方法對脈動水力壓裂孔I和一級導向控制孔2進行注漿封孔；
b.選擇脈沖最大壓力為35MPa、流量約為125L/min、脈沖頻率變化范圍為0 24Hz的脈沖式煤層高壓注水裝置對脈動水力壓裂孔I進行脈動水力壓裂作業(yè)，兩個一級導向控制孔2中一個出水或兩個都出水時停止脈動水力壓裂，關(guān)閉脈動水力壓裂孔閥門4 ；
c.脈動水力壓裂作業(yè)結(jié)束24h后打開脈動水力壓裂孔閥門4，對脈動水力壓裂孔I進行放水卸壓，對脈動水力壓裂孔I和一級導向控制孔2進行聯(lián)網(wǎng)抽采，每天記錄瓦斯抽采流量和濃度。d.在脈動水力壓裂鉆孔I和一級導向控制孔2中的任意兩個鉆孔瓦斯抽采流量低于該鉆孔初始瓦斯抽采流量的40%時，關(guān)閉一級導向控制孔閥門4，停止瓦斯抽采；
e.在兩個一級導向控制孔2外側(cè)間隔距離L2處分別施工一個二級導向控制孔3，間隔距離L2為4飛!11，并對兩個二級導向控制孔3采用能夠承受40MPa以上壓力的已有技術(shù)耐高壓鉆孔密封方法進行注漿封孔；
f.在第一次脈動水力壓裂工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，提高20%的脈沖壓力，對脈動水力壓裂孔I進行脈動水力壓裂作業(yè)，兩個二級導向控制孔3中一個出水或兩個二級導向控制孔3 均出水時停止脈動水力壓裂，關(guān)閉脈動水力壓裂孔閥門4 ；
g.脈動水力壓裂作業(yè)結(jié)束24h后打開脈動水力壓裂孔閥門4，對脈動水力壓裂孔I進行放水卸壓，打開一級導向控制孔閥門4，對脈動水力壓裂孔I、一級導向控制孔2和二級導向控制孔3進行聯(lián)網(wǎng)抽采。
權(quán)利要求
1.一種煤礦井下重復脈動水力壓裂強化瓦斯抽采方法，包括在本煤層中施工一個順層鉆孔作為脈動水力壓裂孔(1)，脈動水力壓裂孔(I)兩側(cè)間隔距離L1處分別施工一個一級導向控制孔(2)，對脈動水力壓裂孔(I)和一級導向控制孔(2)進行注漿封孔；對脈動水力壓裂孔(I)進行脈動水力壓裂作業(yè)，當兩個一級導向控制孔(2)中有一個孔出水或兩個孔都出水時，關(guān)閉脈動水力壓裂孔閥門(4);之后打開脈動水力壓裂孔閥門(4)，對脈動水力壓裂孔(I)進行放水卸壓，同時對脈動水力壓裂孔(I)和一級導向控制孔(2)進行管網(wǎng)抽采，記錄每天瓦斯抽采流量和濃度；其特征在于還包括如下步驟 a.在脈動水力壓裂鉆孔(I)和一級導向控制孔(2)中的任意兩個鉆孔瓦斯抽采流量低于該鉆孔初始瓦斯抽采流量的40%時，關(guān)閉一級導向控制孔閥門(4)，停止瓦斯抽采； b.在兩個一級導向控制孔(2)的外側(cè)間隔距離L2處分別施工一個二級導向控制孔(3)，并對二級導向控制孔(3)進行注漿封孔； c.在第一次脈動水力壓裂參數(shù)的基礎(chǔ)上提高20%的脈沖壓力，對脈動水力壓裂孔(I)進行脈動水力壓裂作業(yè)，當兩個二級導向控制孔(3)中一個出水或兩個二級導向控制孔(3)均出水時，停止脈動水力壓裂，關(guān)閉脈動水力壓裂孔閥門(4); d.脈動水力壓裂作業(yè)結(jié)束24h后，打開脈動水力壓裂孔閥門(4)，對脈動水力壓裂孔(1)進行放水卸壓，打開一級導向控制孔閥門(4)，對脈動水力壓裂孔(I)、一級導向控制孔(2)和二級導向控制孔(3)進行管網(wǎng)抽采。
2.根據(jù)權(quán)利I要求的煤礦井下重復脈動水力壓裂強化瓦斯抽采方法，其特征在于所述的脈動水力壓裂孔(I)、一級導向控制孔(2)、二級導向控制孔(3)采用能夠承受40MPa以上壓力的耐高壓鉆孔密封方法進行注漿封孔。
3.根據(jù)權(quán)利I要求的煤礦井下重復脈動水力壓裂強化瓦斯抽采方法，其特征在于所述的脈動水力壓裂鉆孔(I)與一級導向控制孔(2)的距離L1Sf 12m;—級導向控制孔(2)與二級導向控制孔(3)的距離L2為4飛m。
全文摘要
一種煤礦井下重復脈動水力壓裂強化瓦斯抽采方法，適用于高瓦斯低透氣性煤層的鉆孔瓦斯抽采。在本煤層中施工三個鉆孔分別作為脈動水力壓裂孔和一級導向控制孔，完成注漿封孔，進行脈動水力壓裂作業(yè)；對三個鉆孔進行聯(lián)網(wǎng)抽采；三個鉆孔任意兩個鉆孔瓦斯抽采流量低于該鉆孔初始瓦斯抽采流量的40%時，停止瓦斯抽采；在一級導向控制孔外側(cè)分別施工二級導向控制孔，進行注漿封孔；保持二級導向控制孔閥門處于打開狀態(tài)，對脈動水力壓裂孔進行脈動水力壓裂作業(yè)，二級導向控制孔出水時停止脈動水力壓裂；對所有鉆孔進行聯(lián)網(wǎng)抽采。本發(fā)明有利于延長脈動水力壓裂區(qū)域裂隙閉合時間，提高瓦斯抽采率，為工作面高效回采和安全生產(chǎn)提供保障。
文檔編號E21F7/00GK102720528SQ20121022658
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者倪冠華, 孫臣, 李全貴, 李敏, 林柏泉, 翟成 申請人:中國礦業(yè)大學