煤礦井下脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種煤礦瓦斯防治技術(shù)，尤其涉及一種煤礦井下脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在我國各大礦區(qū)單一低透氣性煤層普遍存在，而單一低透氣性煤層的瓦斯治理工作一直是困擾廣大科技工作者的技術(shù)難題。尤其是近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速可持續(xù)發(fā)展，我國對煤炭產(chǎn)量的需求不斷增加，導(dǎo)致煤礦每年以20?50m的速度向深部延伸，許多礦井已經(jīng)進(jìn)入深部開采。礦井深部由于地質(zhì)條件極其復(fù)雜，尤其是單一低透氣性的礦區(qū)，使得采前預(yù)抽效果較差，無法消除采掘工作面的突出危險性。因此，具有突出危險性的單一低透氣性高瓦斯煤層數(shù)量逐漸達(dá)到35%?49%，導(dǎo)致全國各大礦區(qū)特別重大瓦斯事故不斷頻發(fā)。采用脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采技術(shù)能有效提高單一低透氣性煤層卸壓半徑和透氣性，極大增加本煤層瓦斯抽采量，降低瓦斯事故的發(fā)生頻率。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，煤礦井下的脈沖水力增透措施只是采用水力割縫或者水力壓裂其中一種技術(shù)措施進(jìn)行煤體卸壓，以提升煤層透氣性，提高瓦斯抽放率的目的，但在實(shí)踐應(yīng)用中無論是選用水力割縫技術(shù)還是水力壓裂技術(shù)都存在明顯的不足。單獨(dú)使用水力割縫技術(shù)時，其增透的效果由于受到縫槽深度和間距的限制，往往導(dǎo)致抽放半徑小，需要施工較多的抽放鉆孔才能達(dá)到有效抽放瓦斯的目的，因此工程量較大，成本較高。而單獨(dú)使用水力壓裂技術(shù)時，煤體裂紋的起裂位置和擴(kuò)展方向無法控制，不能對試驗(yàn)煤層實(shí)施有效壓裂，也無法達(dá)到有效抽放瓦斯的目的，甚至在一些復(fù)雜煤層中還會引發(fā)頂、底板的次生災(zāi)害。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種能有效致裂煤體，增加煤層透氣性，有效抽采煤層瓦斯的煤礦井下脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采裝置。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本實(shí)用新型的煤礦井下脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采裝置，包括脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)，所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)通過水管與鉆桿或注水管連接。
[0007]由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的煤礦井下脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采裝置，由于將脈沖水力割縫技術(shù)和脈沖水力壓裂技術(shù)一體化，有效致裂煤體，增加煤層透氣性，避免了采用單一的脈沖水力割縫技術(shù)或者脈沖水力壓裂技術(shù)而造成的致裂半徑小和裂縫無序擴(kuò)展甚至引發(fā)頂、底板次生災(zāi)害的缺陷。同時能夠充分致裂煤體，極大的增加煤層透氣性，延緩?fù)咚钩椴伤p過快，最終達(dá)到有效抽采煤層瓦斯的目的。
【附圖說明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中脈沖水力割縫-壓裂孔與控制孔井下布置示意圖；
[0009]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中脈沖水力割縫狀態(tài)示意圖；
[0010]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中脈沖水力割縫槽形狀示意圖；
[0011]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中脈沖水力壓裂狀態(tài)示意圖。
[0012]圖中:
[0013]1、控制孔，2、壓裂孔，3、煤層頂板，4、煤層底板，5、控制臺，6、水箱，7、水管，8、溢流閥，9、保壓容器，10、電磁閥，11、煤壁，12、多功能鉆頭，13、鉆機(jī)，14、鉆桿，15、注水栗，16、數(shù)據(jù)線，17、注水管，18、封孔材料，19、縫槽形狀。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將對本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0015]本實(shí)用新型的煤礦井下脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采裝置，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0016]包括脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)，所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)通過水管與鉆桿或注水管連接。
[0017]所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)包括水箱，所述水箱的出水口通過水管依次與注水栗、保壓容器、電磁閥連接，所述電磁閥的出水口通過水管與所述鉆桿或注水管連接，所述注水栗、保壓容器、電磁閥分別通過數(shù)據(jù)線與控制臺連接。
[0018]所述保壓容器的進(jìn)水口水管上設(shè)有溢流閥，所述溢流閥的溢流口通過水管與所述水箱連接。
[0019]本實(shí)用新型的上述的煤礦井下脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采裝置實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采的方法，包括步驟:
[0020]A、通過鉆桿和多功能鉆頭在采掘工作面本煤層巷道中交替間隔布置脈沖水力割縫的壓裂孔和控制孔，所述壓裂孔與控制孔的間距d為9?Ilm ;
[0021]B、將所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)與所述鉆桿連接，在所述壓裂孔中進(jìn)行非均勻的脈沖水力徑向割縫，形成具有近似橢圓形狀的徑向?qū)蚩p槽，水平方向縫槽深度大于豎直方向縫槽深度；
[0022]C、撤掉所述鉆桿和多功能鉆頭，將所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)與所述注水管連接，將所述注水管伸入到所述壓裂孔中，并將所述壓裂孔和控制孔進(jìn)行封孔，對已經(jīng)完成脈沖水力徑向割縫的壓裂孔進(jìn)行脈沖水力壓裂；
[0023]D、完成脈沖水力壓裂以后，撤出所述注水管，對所述壓裂孔進(jìn)行放水，然后將壓裂孔和控制孔并入瓦斯抽放管網(wǎng)進(jìn)行瓦斯抽放，并記錄抽放數(shù)據(jù)。
[0024]所述步驟A中，首先以2d的間距在煤層頂、底板中間施工兩個控制孔，然后在兩個控制孔中間施工一個壓裂孔。
[0025]所述步驟B和C中，脈沖水壓的產(chǎn)生過程包括:
[0026]通過控制臺發(fā)出指令，指令通過數(shù)據(jù)線啟動注水栗，注水栗將水箱中的水轉(zhuǎn)化成高壓水，高壓水經(jīng)過溢流閥向保壓容器中注水，通過控制臺實(shí)時監(jiān)測保壓容器內(nèi)的水壓變化，當(dāng)保壓容器內(nèi)水壓達(dá)到要求的注水壓力后，通過控制臺按照設(shè)定頻率啟動電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)脈沖水壓的產(chǎn)生。
[0027]所述步驟B中，非均勻的脈沖水力徑向割縫過程由壓裂孔底部分段的逐漸向壓裂孔外部進(jìn)行，割縫過程無需進(jìn)行封孔，分段距離為0.3?0.5m，割縫位置到達(dá)脈沖水力壓裂封孔位置后停止，通過控制臺關(guān)閉脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)。
[0028]所述步驟C中，對壓裂孔進(jìn)行脈沖水力壓裂過程中，當(dāng)任一控制孔有水流出時，表明脈沖水力壓裂過程完成，此時通過控制臺關(guān)閉脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)。
[0029]本實(shí)用新型的脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采技術(shù)，將脈沖水力割縫技術(shù)和脈沖水力壓裂技術(shù)一體化，致使煤體有效卸壓，提升煤層透氣性，避免了采用單一水力割縫技術(shù)或者水力壓裂技術(shù)而造成的致裂半徑小和裂縫無序擴(kuò)展甚至引發(fā)頂、底板次生災(zāi)害的缺陷。同時能夠充分致裂煤體，極大的增加煤層透氣性，延緩?fù)咚钩椴伤p過快，最終達(dá)到有效抽采煤層瓦斯的目的。
[0030]本實(shí)用新型所描述的脈沖水力割縫-壓裂一體化技術(shù)，其有益效果為:
[0031](I)在脈沖水力割縫的基礎(chǔ)上進(jìn)行脈沖水力壓裂，使得致裂半徑比采用單一的一種脈沖水力增透措施具有明顯增加，可使壓裂孔與控制孔間距由5-7m增加到1m左右，增大了抽放鉆孔間距，減少了施工鉆孔的工程量，降低了開采成本；⑵脈沖水力割縫-壓裂一體化增透技術(shù)能夠充分致裂煤體，致裂的煤體裂隙閉合幅度顯著降低，增強(qiáng)了瓦斯導(dǎo)流能力，使得高濃度的瓦斯抽采量持續(xù)時間較長；(3)在一定程度上有效的防止了裂紋的無序擴(kuò)展，預(yù)防了頂?shù)装宕紊鸀?zāi)害事故的發(fā)生。
[0032]具體實(shí)施過程:
[0033]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，包括步驟:
[0034](I)確定鉆孔施工方案:
[0035]在采掘工作面本煤層巷道煤壁上確定施工鉆孔位置以及鉆孔間距d(—般取值為1m左右)。首先以2d的間距施工2個控制孔I，然后在兩個控制孔的中間以及煤層頂板3和煤層底板4的中間位置施工脈沖水力割縫-壓裂孔2。
[0036](2)對脈沖水力割縫-壓裂孔2進(jìn)行非均勻的脈沖水力徑向割縫:
[0037]當(dāng)施工完壓裂孔2以后，將鉆桿14的中心導(dǎo)水孔通過水管7與脈沖水壓系統(tǒng)聯(lián)接，然后啟動脈沖水壓系統(tǒng)。脈沖水壓具體產(chǎn)生過程:通過控制臺5發(fā)出指令，指令通過數(shù)據(jù)線16啟動注水栗15，注水栗15將水箱6中的水轉(zhuǎn)化成具有一定壓力的高壓水，高壓水經(jīng)過溢流閥8向保壓容器9中注水，通過控制臺5實(shí)時監(jiān)測保壓容器9內(nèi)的水壓變化，當(dāng)保壓容器9內(nèi)水壓達(dá)到要求的注水壓力后，通過控制臺5按照設(shè)定頻率啟動電磁閥10，從而實(shí)現(xiàn)脈沖水壓的產(chǎn)生。脈沖水流通過鉆桿14到達(dá)多功能鉆頭12，此時啟動鉆機(jī)13，使其緩慢旋轉(zhuǎn)，由壓裂孔底部分段的逐漸向壓裂孔外部進(jìn)行脈沖水力割縫，分段距離一般為0.3?0.5m，割縫位置到達(dá)脈沖水力壓裂封孔位置即可停止。為了防止下一步的脈沖水力壓裂時，裂隙擴(kuò)展范圍深入煤層頂、底板產(chǎn)生次生災(zāi)害，脈沖水力割縫要求在水平和豎直兩個方向進(jìn)行非均勻徑向割縫，縫槽深度要求水平方向深度L2大于豎直方向深度LI，即割縫槽19形狀近似為橢圓形，這樣有利于脈沖水力壓裂時，裂紋擴(kuò)展范圍沿水平方向擴(kuò)展范圍大于豎直方向，可防止頂、底板次生災(zāi)害的發(fā)生；
[0038](3)進(jìn)行脈沖水力壓裂；
[0039]脈沖水力割縫完成以后，撤掉鉆機(jī)13，采用封孔材料18對壓裂孔和控制孔進(jìn)行封孔，封孔同時埋入注水管17，將注水管17與脈沖水壓系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)接之后，即可進(jìn)行脈沖水力壓裂過程。脈沖水力壓裂水壓產(chǎn)生過程與步驟(2)中的脈沖水力割縫水壓產(chǎn)生過程相同，在此不再敘述。脈沖水力壓裂過程中，密切觀測兩個控制孔1，當(dāng)控制孔出水時，表明壓裂完成，即可停栗，并對壓裂孔進(jìn)行放水；
[0040](4)完成脈沖水力割縫-壓裂增透技術(shù)全部工藝以后，將壓裂孔與兩個控制孔并入瓦斯抽放管網(wǎng)進(jìn)行瓦斯抽放效果考察，記錄每天的瓦斯抽放數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析。
[0041]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種煤礦井下脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采裝置，其特征在于，包括脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)，所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)通過水管與鉆桿或注水管連； 所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)包括水箱，所述水箱的出水口通過水管依次與注水栗、保壓容器、電磁閥連接，所述電磁閥的出水口通過水管與所述鉆桿或注水管連接，所述注水栗、保壓容器、電磁閥分別通過數(shù)據(jù)線與控制臺連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采裝置，其特征在于，所述保壓容器的進(jìn)水口水管上設(shè)有溢流閥，所述溢流閥的溢流口通過水管與所述水箱連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種煤礦井下脈沖水力割縫-壓裂一體化增透抽采裝置，包括脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)，所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)通過水管與鉆桿或注水管連接。脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)包括水箱，水箱的出水口通過水管依次與注水泵、保壓容器、電磁閥連接，電磁閥的出水口通過水管與鉆桿或注水管連接，注水泵、保壓容器、電磁閥分別通過數(shù)據(jù)線與控制臺連接。將脈沖水力割縫技術(shù)和脈沖水力壓裂技術(shù)一體化，能使煤體有效卸壓，增加煤層透氣性，有效抽采煤層瓦斯。
【IPC分類】E21F7/00, E21B43/26
【公開號】CN204754895
【申請?zhí)枴緾N201520104399
【發(fā)明人】朱紅青, 李峰, 譚波
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年2月12日