一种水力错动卸压增透抽采煤层瓦斯方法技术

本发明专利技术提供了一种水力错动卸压增透抽采煤层瓦斯方法，适用于低渗高瓦斯矿井的煤层瓦斯高效抽采。首先采用冲孔钻头，施工两排冲孔钻孔，并进行大规模水力冲孔，在煤层内形成两排以冲孔孔洞组成的卸压槽；在两排冲孔钻孔中间位置再施工1‑2个压裂钻孔，采用钢管和水泥封孔；断开冲孔钻孔的抽采管，对煤体实施煤层注水，促使煤体向两侧卸压槽位移，排出大量煤粉和水，完成对煤体的水力错动卸压增透。本发明专利技术既实现了由于煤体位移产生大量裂隙网络达到增透的效果，又实现了因煤水混合物排出达到煤体卸压的效果，有效防止了煤体应力集中效应，促使煤层瓦斯解吸，提高了瓦斯抽采效果，具有良好的工程实用价值和经济社会效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤层瓦斯抽采
，具体涉及一种水力错动卸压增透抽采煤层瓦斯方法。
技术介绍
煤层瓦斯灾害是矿井五大灾害之一，是制约煤矿高效安全生产的重要因素，同时瓦斯也是一种非可再生的清洁能源。目前，矿井主要通过施工钻孔抽采煤层瓦斯的方法防治瓦斯灾害、提高资源利用率。对于大多数单一低渗突出煤层，抽采效率低、钻孔工程量大、抽采周期长成为煤层瓦斯治理面临的技术瓶颈，严重影响了矿井的正常接替计划，制约了矿井高效生产。为此，国内外煤炭从业者先后提出深孔松动爆破、水力割缝、水力冲孔、CO2松动爆破、水力压裂等卸压增透措施，其中，水力化增透技术效果显著、实用性较强，广泛应用于低渗煤层瓦斯抽采工程中。然而，单一的水力化措施存在一定的局限性，如水力冲孔对硬煤作用效果差、施工工程量大且影响范围有限；水力割缝产生的裂隙闭合较快，尤其对于软煤裂隙持续性差；水力压裂能够形成煤层大面积裂缝，但对实体煤造缝面临裂缝数量有限、裂缝分布随机、裂缝方向难控制、容易产生局部应力集中等问题。为有效解决低渗煤层大面积卸压增透问题，亟需一种方便、高效的水力化卸压方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有工程中存在的低渗煤层大面积卸压增透问题，提供了一种水力错动卸压增透抽采煤层瓦斯方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种水力错动卸压增透抽采煤层瓦斯方法，具体步骤如下：（1）采用钻冲一体化钻具自底板抽采巷向煤层施工两排上向穿层钻孔，钻孔穿过煤层进入煤层顶板0.5m，钻孔排间距L为30m-40m，每排钻孔孔底间距a为3-5m；（2）以高压水为介质采用水力冲孔技术对步骤钻孔自孔底向外进行全煤段冲孔，得到水力冲孔钻孔，在煤体内部形成卸压槽和卸压带；（3）在水力冲孔钻孔中间位置施工1-2个水力压裂钻孔并采用钢管和水泥封孔；（4）将步骤（3）中钢管连接至高压水供给系统，向水力压裂钻孔注入高压水，促使煤体向卸压槽位移错动，并以煤水混合物的形式通过冲孔钻孔排出；（5）煤水混合物自水力冲孔钻孔排出后，持续向水力压裂钻孔注入高压水，直至水力冲孔钻孔排出清水为止；（6）待水力压裂钻孔与水力冲孔钻孔孔内积水完全排出后进行负压抽采，（7）在所述水力冲孔钻孔和水力压裂钻孔之间，与水力压裂钻孔相距L/6的位置，各施工一排抽采钻孔，钻孔间距a为3-5m，并进行全煤段冲孔，之后封孔、连抽。所述步骤（2）中高压水的压力为12f-20fMPa，所述f为煤层坚固性系数。所述每米煤孔冲孔煤量不少于1t。所述步骤（4）中高压水压力为20-30MPa。所述步骤（1）中钻冲一体化钻具采用钻冲一体化钻头，具体结构参加专利“水压控钻冲割一体高效钻头”，专利申请号为201320644432.7。本专利技术的有益效果：本专利技术通过大范围水力错动使煤层产生裂隙网络和卸压，提高单孔工程量下的卸压效果，改善煤层瓦斯抽采效果，其主要优点有：（1）使用钻冲一体化钻具，钻进至孔底后提高水压进行水力冲孔，节省了更换钻杆和冲孔钻头的作业量，提高了水力冲孔作业效率；（2）水力冲孔与水力压裂协同作用，水力冲孔产生的卸压槽为煤层卸压及水力压裂时的煤体位移提供充足的空间，使得煤体产生大范围裂隙带和卸压带，卸压效果可持续性较好，可以实现工作面前方瓦斯的快速抽放，保证工作面的快速推进；（3）水力冲孔形成的卸压槽为水力压裂过程中煤体的卸压提供了充足的空间，有效防止了煤体应力集中效应，为工作面安全高效回采提供了条件；（4）本专利技术操作简单，提高了瓦斯抽放率，实现瓦斯的安全抽采，提高经济效益。附图说明图1为本专利技术的结构平面示意图。图2为本专利技术的结构断面示意图。其中：1：底板抽采巷，2：水力冲孔钻孔，3：水力压裂钻孔，4：抽采钻孔，5：卸压带，6：卸压槽，7：立体缝网，8：抽采巷，9：煤层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一个实施例作进一步的描述。实施例1本专利技术的水力错动卸压增透抽采煤层瓦斯方法，如图1-2所示，具体步骤如下：（1）采用钻冲一体化钻头自底板抽采巷1施工方位角α=90°向煤层9施工穿层钻孔，静水压力排粉，钻孔穿过煤层9进入煤层顶板0.5m；（2）以高压水为介质采用水力冲孔技术对步骤（1）钻孔自孔底向外进行全煤段冲孔，形成水力冲孔钻孔2，冲孔压力根据煤层坚固性系数f调整为12fMpa，每米煤孔冲孔煤量不少于1t，形成孔洞使煤体卸压；对所述水力冲孔钻孔2进行封孔连抽；按照上述步骤中的钻冲一体化方法，在所述底板抽采巷1依次施工两排钻孔，孔底间距a为3m，两排钻孔排间距L为30m，在水力冲孔钻孔2煤孔段附近形成由冲孔孔洞组成的卸压槽6，并形成一定范围的卸压带5，冲孔前应将临近钻孔抽采管断开以方便排水和煤粉；（3）在水力冲孔钻孔2中间位置施工1个水力压裂钻孔3至顶板煤层交界面，所述水力压裂钻孔3孔底分布于所述水力冲孔钻孔2孔底所形成的矩形区域的中部，并采用钢管和水泥封孔；（4）将步骤（3）中钢管连接至高压水供给系统，高压水的压力为20MPa，断开所述水力冲孔钻孔2的抽采管，使所有水力冲孔钻孔2处于裸露状态以利于排煤粉和压裂液；向水力压裂钻孔3注入高压水对煤体进行压裂，因水力冲孔产生的卸压槽6，煤体应力减小，在高压水作用下形成平行于水力冲孔钻孔的裂缝，并向两侧卸压槽6方向移动，形成立体缝网7增加煤体的透气性，并以煤水混合物的形式通过水力冲孔钻孔2排出；（5）煤水混合物自水力冲孔钻孔2排出卸压，持续向水力压裂钻孔3注入高压水进行裂隙通道疏通，直至水力冲孔钻孔2排出清水为止，停止高压水泵；（6）待水力压裂钻孔3与水力冲孔钻孔2孔内积水完全排出，水压降至0MPa，断开所述水力压裂钻孔3与高压供水系统的连接，连接至抽采系统进行负压抽采；（7）在所述水力冲孔钻孔2和水力压裂钻孔3之间，与水力压裂钻孔3相距L/6即5m的位置，各施工一排抽采钻孔4，钻孔间距a为3m，并进行全煤段冲孔，之后封孔、连抽。实施例2本专利技术的水力错动卸压增透抽采煤层瓦斯方法，如图1-2所示，具体步骤如下：（1）采用钻冲一体化钻头自底板抽采巷1施工方位角α=90°向煤层9施工穿层钻孔，静水压力排粉，钻孔穿过煤层9进入煤层顶板0.5m；（2）以高压水为介质采用水力冲孔技术对步骤（1）钻孔自孔底向外进行全煤段冲孔，形成水力冲孔钻孔2，冲孔压力根据煤层坚固性系数f调整为16fMPa，每米煤孔冲孔煤量不少于1t，形成孔洞使煤体卸压；对所述水力冲孔钻孔2进行封孔连抽；按照上述步骤中的钻冲一体化方法，在所述底板抽采巷1依次施工两排钻孔，孔底间距a为4m，两排钻孔排间距L为35m，在水力冲孔钻孔2煤孔段附近形成由冲孔孔洞组成的卸压槽6，并形成一定范围的卸压带5，冲孔前应将临近钻孔抽采管断开以方便排水和煤粉；（3）在水力冲孔钻孔2中间位置施工2个水力压裂钻孔3至顶板煤层交界面，所述水力压裂钻孔3孔底分布于所述水力冲孔钻孔2孔底所形成的矩形区域的中部，并采用钢管和水泥封孔；（4）将步骤（3）中钢管连接至高压水供给系统，断开所述水力冲孔钻孔2的抽采管，使所有水力冲孔钻孔2处于裸露状态以利于排煤粉和压裂液；向水力压裂钻孔3注入高压水对煤体进行压裂，高压水的压力为25MPa，因水力冲孔产生的卸压槽6，煤体应力减小，在高压水作用下形成平行于水力冲孔钻孔的裂缝，并向两侧卸压槽6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力错动卸压增透抽采煤层瓦斯方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采用钻冲一体化钻具自底板抽采巷（1）向煤层（9）施工两排上向穿层钻孔，钻孔穿过煤层（9）进入煤层顶板0.5m，钻孔排间距L为30m‑40m，每排钻孔孔底间距a为3‑5m；（2）以高压水为介质采用水力冲孔技术对步骤（1）钻孔自孔底向外进行全煤段冲孔，得到水力冲孔钻孔（2），在煤体内部形成卸压槽（6）和卸压带（5）；（3）在水力冲孔钻孔（2）中间位置施工1‑2个水力压裂钻孔（3）并采用钢管和水泥封孔；（4）将步骤（3）中钢管连接至高压水供给系统，向水力压裂钻孔（3）注入高压水，促使煤体向卸压槽（6）位移错动，将煤粉以煤水混合物的形式通过冲孔钻孔排出；（5）煤水混合物自水力冲孔钻孔（2）排出后，持续向水力压裂钻孔（3）注入高压水，直至水力冲孔钻孔（2）排出清水为止；（6）待水力压裂钻孔（3）与水力冲孔钻孔（2）孔内积水完全排出后进行负压抽采；（7）在所述水力冲孔钻孔（2）和水力压裂钻孔（3）之间，与水力压裂钻孔（3）相距L/6的位置，各施工一排抽采钻孔（4），钻孔间距a为3‑5m，并进行全煤段冲孔，之后封孔、连抽。

【技术特征摘要】
1.一种水力错动卸压增透抽采煤层瓦斯方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采用钻冲一体化钻具自底板抽采巷（1）向煤层（9）施工两排上向穿层钻孔，钻孔穿过煤层（9）进入煤层顶板0.5m，钻孔排间距L为30m-40m，每排钻孔孔底间距a为3-5m；（2）以高压水为介质采用水力冲孔技术对步骤（1）钻孔自孔底向外进行全煤段冲孔，得到水力冲孔钻孔（2），在煤体内部形成卸压槽（6）和卸压带（5）；（3）在水力冲孔钻孔（2）中间位置施工1-2个水力压裂钻孔（3）并采用钢管和水泥封孔；（4）将步骤（3）中钢管连接至高压水供给系统，向水力压裂钻孔（3）注入高压水，促使煤体向卸压槽（6）位移错动，将煤粉以煤水混合物的形式通过冲孔钻孔排出；（5）煤水混合物自水力冲孔钻孔（2）排出后，持续向水力...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶云奇，马耕，刘东，王洪盘，孟杰，杨程涛，王峰，李锋，周正涛，
申请(专利权)人：河南能源化工集团研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41