一种高瓦斯煤层定向大范围造缝增透防突方法技术

本发明专利技术公开了一种高瓦斯煤层定向大范围造缝增透防突方法，步骤一、施工定向钻孔，在定向钻孔内切割出若干条缝槽；步骤二、退出空心钻杆，将连接电缆的放电电极安置在空心钻杆前端，并将放电电极通过空心钻杆送入钻孔内；步骤三、利用封孔器进行封孔，进行水力压裂；步骤四—步骤六、完成多次重复电脉冲放电操作；步骤七、连接瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采。该方法运用水力割缝、高压水力压裂和高压电脉冲的综合手段，对煤层进行致裂增透，改变瓦斯赋存状态，促进瓦斯解吸和运移，提高瓦斯抽采效率，降低煤与瓦斯突出风险性。低煤与瓦斯突出风险性。低煤与瓦斯突出风险性。

【技术实现步骤摘要】
一种高瓦斯煤层定向大范围造缝增透防突方法


[0001]本专利技术涉及煤矿安全、高效开采
，具体涉及一种高瓦斯煤层定向大范围造缝增透防突方法。

技术介绍

[0002]2021年，在我国一次能源消费结构中，煤炭占比达到55％以上，仍为我国能源主要的来源。我国高瓦斯煤矿占全国煤矿总数的30％以上，高瓦斯煤矿普遍具有煤与瓦斯突出风险，严重威胁煤矿的安全高效生产。煤与瓦斯突出是一种瓦斯特殊涌出的现象，即在压力作用下，破碎的煤与瓦斯突然向采掘空间大量喷出的现象，具有极大的破坏性。
[0003]我国高瓦斯煤矿普遍具有低渗透性的特点，导致瓦斯抽采困难。近年来，随着煤矿开采深度的不断增大，煤矿开采环境和地质条件愈加恶化，煤与瓦斯突出问题日益严峻，一旦发生，不仅影响煤炭开采效率，还会造成人员伤亡及设备损坏，带来巨大的经济损失和恶劣的社会影响。故需采取措施对煤层增透，增加裂隙数量，提高煤层渗透率，促进瓦斯解吸，提高瓦斯抽采效率。但现目前，对于高瓦斯煤层的增透防突手段单一，防突效果不理想。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种适用于高瓦斯煤层增透防突的方法，提高煤层渗透率，促进瓦斯解吸，提高瓦斯抽采效率。
[0005]为此，本专利技术所采用的技术方案为：一种高瓦斯煤层定向大范围造缝增透防突方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、选择目标煤层，利用定向钻机在目标煤层中施工定向钻孔，再利用割缝器在定向钻孔内切割出若干条缝槽；
[0007]步骤二、定向钻孔施工完成后，退出空心钻杆，拧下空心钻杆前端的钻头和割缝器，将连接电缆的放电电极安置在空心钻杆前端，并将放电电极通过空心钻杆送入定向钻孔内；空心钻杆中部装有压力传感器，利用压力传感器实时监测和记录钻定向孔内压力变化；
[0008]步骤三、利用封孔器进行封孔，之后操作控制阀通过空心钻杆向定向钻孔内不断注入高压水，进行水力压裂；
[0009]步骤四、水力压裂完成后，利用计算机远程设置充电电压，并发送充电命令，高压充电电源开始对电容器进行充电，当电压值达到预定电压时，停止充电；
[0010]步骤五、充电完成后，利用计算机通过光纤发送放电命令，利用高压放电开关联通电容器和放电电极，远程启动电脉冲发生系统，完成1次放电；放电电极在水中放电，电能转化成机械能，形成以球形向外传播的冲击波，作用于煤体，使其产生新的裂隙，同时进一步扩展和延伸水力割缝和水力压裂产生的定向大范围裂缝；
[0011]步骤六、多次重复电脉冲放电操作后，断开高压放电开关，停止放电；放电完成后，退出空心钻杆及放电电极；
[0012]步骤七、连接瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采。
[0013]作为上述方案的优选，步骤二中，在钻孔内安装可实时监测冲击波的脉冲信号和裂缝衍生扩展的可视化监测器；步骤六中，通过可视化监测器实时监控检测冲击波的脉冲信号和裂缝衍生扩展的微震信息。
[0014]进一步优选为，步骤七中，所述电脉冲放电次数为3—5次。
[0015]进一步优选为，空心钻杆采用双钻杆并能实现多节对接，每节钻杆包括内钻杆、外钻杆、螺母和螺圈，所述内钻杆与外钻杆嵌套在一起形成内通道和外通道，内钻杆采用螺旋式钻杆，且螺旋结构结合外通道用于排屑渣，内通道用于注水；内钻杆上端内外和下端外部均带有螺纹，用于实现钻杆对接；外钻杆上端内部和下端内外均带有螺纹，用于实现内钻杆与外钻杆的嵌套，并能在钻孔过程中保护孔壁不被破坏；外钻杆的外表面设有一列凹槽，用于放置并固定电缆，并利用螺圈与外钻杆下端外螺纹的紧固进行电缆约束；每节钻杆上的螺母至少为两个，螺母内外均有螺纹，用于内钻杆与外钻杆的嵌套连接，并通过中间的螺旋叶片连接固定，螺旋叶片的叶片之间镂空用于排屑渣。空心钻杆不受距离的限制，可根据现场所需长度进行多个钻杆对接，实现远距离钻孔，且灵活多变；钻杆结构简单，稳定性强，便于组装；既有助于排渣，又可保护孔壁不受破坏；内外钻杆采用可拆卸式，同为空心结构，均可用来注水，并可根据现场所需用水量选择是否拆卸内钻杆，若所需用水量较大，拆下内钻杆，可增大外钻杆的单位注水量；钻杆外侧设有一列凹槽，可用来放置并固定电缆，便于向孔内输送放电电极，另外钻杆内部为中空结构，可根据需要在其内部安装压力传感器。整个增透过程中利用同一根空心钻杆即可完成钻孔、水力割缝、高压水力压裂和高压电脉冲，极大地节约了成本，简单高效。
[0016]进一步优选为，外钻杆上下两端的外径大于中间位置处的外径。
[0017]进一步优选为，钻头和割缝器可拆卸地同轴安装在空心钻杆的前端，且钻头位于割缝器的下方。
[0018]进一步优选为，每节钻杆上的螺母为两个，分别位于钻杆的两端位置处。
[0019]进一步优选为，高压充电电源、电容器、高压放电开关、控制器集成在全地形移动平台上。
[0020]进一步优选为，在所述全地形移动平台上还配备有充电保护装置。
[0021]本专利技术的有益效果：本专利技术首先通过水力割缝对煤体预制定向裂缝，然后利用高压水力压裂技术对水力割缝产生的定向裂缝进行压裂，从而在水力割缝产生的定向裂缝上产生新的裂隙，再利用高压电脉冲系统，通过液电效应对水力割缝产生的定向裂缝和水力压裂产生的新裂隙进行扩展和贯通，进一步定向扩大裂缝范围，定向大范围形成更多更复杂的裂隙网络，提高煤层渗透性，为瓦斯运移提供通道，提高瓦斯抽采效率，从而降低煤与瓦斯突出风险。
[0022]该方法运用水力割缝、高压水力压裂和高压电脉冲的综合手段，对煤层进行致裂增透，使煤层渗透性明显提高，为瓦斯抽采提供了有利条件，为降低煤与瓦斯突出风险提供了良好的基础。
附图说明
[0023]图1本专利技术的步骤图。
[0024]图2本专利技术的设备结构示意图。
[0025]图3本专利技术钻头钻孔示意图。
[0026]图4为高压电脉冲系统框图。
[0027]图5为系统装置示意图。
[0028]图6为单节钻杆分解示意图。
[0029]图7为两节对接后的空心钻杆示意图。
具体实施方式
[0030]下面通过实施例并结合附图，对本专利技术作进一步说明：
[0031]如图1—图5所示，一种高瓦斯煤层定向大范围造缝增透防突方法，包括以下步骤：
[0032]步骤一、选择目标煤层，利用定向钻机7在目标煤层施工定向钻孔1，再利用割缝器20在定向钻孔1内切割出若干条缝槽2。最好是，钻头19和割缝器20可拆卸地同轴安装在空心钻杆5的前端，且钻头19位于割缝器20的下方。
[0033]步骤二、定向钻孔1施工完成后，退出空心钻杆5，拧下空心钻杆5前端的钻头19和割缝器20，将连接电缆16的放电电极17安置在空心钻杆5前端，并将放电电极17通过空心钻杆5送入定向钻孔1内。空心钻杆5中部装有压力传感器18，利用压力传感器18实时监测和记录定向钻孔1内压力变化。
[0034]步骤三、利用封孔器4进行封孔，之后操作控制阀9通过空心钻杆5向钻孔1内不断注入高压水，进行水力压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高瓦斯煤层定向大范围造缝增透防突方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、选择目标煤层，利用定向钻机(7)在目标煤层中施工定向钻孔(1)，再利用割缝器(20)在定向钻孔(1)内切割出若干条缝槽(2)；步骤二、定向钻孔(1)施工完成后，退出空心钻杆(5)，拧下空心钻杆(5)前端的钻头(19)和割缝器(20)，将连接电缆(16)的放电电极(17)安置在空心钻杆(5)前端，并将放电电极(17)通过空心钻杆(5)送入定向钻孔(1)内；空心钻杆(5)中部装有压力传感器(18)，利用压力传感器(18)实时监测和记录定向钻孔(1)内压力变化；步骤三、利用封孔器(4)进行封孔，之后操作控制阀(9)通过空心钻杆(5)向定向钻孔(1)内不断注入高压水，进行水力压裂；步骤四、水力压裂完成后，利用计算机(15)远程设置充电电压，并发送充电命令，高压充电电源(14)开始对电容器(13)进行充电，当电压值达到预定电压时，停止充电；步骤五、充电完成后，利用计算机(15)通过光纤发送放电命令，利用高压放电开关(6)联通电容器(13)和放电电极(17)，远程启动电脉冲发生系统，完成1次放电；放电电极(17)在水中放电，电能转化成机械能，形成以球形向外传播的冲击波，作用于煤体，使其产生新的裂隙，同时进一步扩展和延伸水力割缝和水力压裂产生的定向大范围裂缝；步骤六、多次重复电脉冲放电操作后，断开高压放电开关(6)，停止放电；放电完成后，退出空心钻杆(5)及放电电极(17)；步骤七、连接瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采。2.按照权利要求1所述的高瓦斯煤层定向大范围造缝增透防突方法，其特征在于：步骤二中，在定向钻孔(1)内安装可实时监测冲击波的脉冲信号和裂缝衍生扩展的可视化监测器(3)；步骤六中，通过可视化监测器(3)实时监控检测冲击波的脉冲信号和裂缝衍生扩展的微震信息。3.按照权利要求1所述的高瓦斯煤层定向大范围造缝增透防突方法，其特征在于：步骤六中，所述电脉冲放电次数为3—...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋长宝，雷运朋，黄椿尧，李琳，余塘，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：