【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤体的快速、均匀润湿，具体涉及一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统及方法。
技术介绍
1、煤层注水在降低煤炭开采过程中的粉尘、瓦斯超限、防治煤与瓦斯突出等问题领域具有显著效果，如何实现煤层的快速、均匀润湿，是解决这些问题的关键。
2、传统的煤层注水方式通常是在密封的钻孔内部直接向煤层注入高压水(大于20mpa)，由于煤体本身均质性较差，且受煤体最大主应力以及受水自身重力的影响，高压水在煤体内部形成的裂隙往往具有不规则形，其形成的裂隙方向也无法控制，这就破坏了原始煤储层，使得后续煤体无法得到均匀润湿。同时，受注水钻孔周围抽采孔、注水孔以及其他功能的钻孔、裂隙的影响，高压水注入的过程中非常容易形成裂隙的导通，从而易造成高压水的“短路”，导致大多数煤层无法得到有效的润湿。此外，由于水压较高，对整个钻孔的密封性也提出了非常严格的要求。
3、为此，亟需提供一种能够既能在煤体内形成较为规则的裂隙，又能实现煤层的快速、均匀润湿的系统及方法。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统及方法，该系统能实现煤体的高压快速造缝作业，可在煤体内形成较为规则的裂隙，同时，其还能实现煤体的低压慢速注水作业，可实现煤层的快速、均匀润湿作业。该方法操作过程简单，作业安全系数高，且能耗低，环保性好，能有效降低煤炭开采过程中的煤尘、瓦斯涌出量、以及煤与瓦斯突出等灾害情况的发生几率，具有广泛的推广实用价
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，包括注水钻孔、供水单元、注水单元、排渣单元、卸压单元和监测单元；
3、所述注水钻孔开设在目标治理煤层中；
4、所述供水单元包括高压泵站、主供水管路、主给水管路、水箱、主高压截止阀和主流量表；所述高压泵站的出水口与主供水管路的进水端连接，其进水口与主给水管路的出水端连接，所述主供水管路延伸到注水钻孔的外侧，所述主给水管路的进水端伸入到水箱的内部；所述主高压截止阀和主流量表依次串接在主供水管路上；
5、所述注水单元包括三通阀门、注水封孔器、注水管路、注水高压截止阀、注水流量表和注水压力表；所述三通阀门串接在主供水管路上，且位于主流量表的下游侧；所述注水封孔器封装于注水钻孔的孔口处；所述注水管路的进水端与三通阀门连接，其出水端封闭，且穿过注水封孔器后延伸到靠近注水钻孔底部的位置；注水管路在注水封孔器以外的部分设置有泄压接口，且在注水封孔器以内部分的管身上设置有多个射流孔道；所述注水高压截止阀、注水流量表和注水压力表位于注水封孔器的外侧，且依次串接在注水管路上，其中，注水高压截止阀位于泄压接口的上游侧；
6、所述排渣单元包括浆液收集装置和排渣管；所述浆液收集装置位于注水钻孔的外侧，所述排渣管的出口端与浆液收集装置的进口端连接，其进口端穿过注水封孔器后延伸到注水钻孔中；
7、所述卸压单元包括集水器、泄压管路和泄压阀门，所述集水器位于注水钻孔的外侧，所述泄压管路的出口端与集水器的进口端连接，其进口端与泄压接口连接；所述泄压阀门串接在泄压管路上；
8、所述监测单元包括监测钻孔和监测封孔器，所述监测钻孔邻近注水钻孔地开设在目标治理煤层中，监测钻孔的走向和深度均与注水钻孔相适应，所述监测封孔器安装在监测钻孔的孔口处。
9、本专利技术中，采用工作压力可调节的高压泵站作为动力源，可以在作业过程中便捷地实现注水压力的调节，从而能仅用一套设备便能同时满足高压快速造缝和低压慢速注水两种工况的作业需求，显著地提高了作业效率，同时，有效降低了作业成本。在主供水管路上连接有供水高压截止阀，可以便于控制主供水管路的通断状态，在主供水管路上连接有供水流量表，可以在高压快速造缝和低压慢速注水两个工况中直观地观察到总输出流量情况，有利于根据主流量数据的反馈作为高压泵站的调整依据，进一步确保了高压造缝效果和低压慢速润湿效果。利用三通阀门连接注水管路和主供水管路，可以在不改变主供水管路正常供水状态的情况下，便捷地实现注水管路的接入和脱离过程。使注水管路穿过封装于孔口处的注水封孔器伸入到注水钻孔底部，能便于利用注水管路向注水钻孔中进行高效的注水作业。使注水管路的出水端封闭，再于管身上开设有多个射流孔道，能够在高压造缝过程中确保所加注的高压水集中通过射流孔道径向高速喷出并作用于煤体，从而可以在煤体中形成延深深度更好、更为规则的射流裂缝，可以为后续的润湿作业提供延展性更好的导流通道，同时，还能够在低压慢速注水过程中避免所加注的低压水不会直接从注水管路的下端向下部流出，确保了低压水能够更集中地沿着径向形成的导流通道向着更大的径向延伸范围流动，有效地提高了润湿范围。同时在注水钻孔中设置注水管路和排渣管，可以在高压快速造缝作业过程中，同步利用排渣管将射流过程中形成的渣液及时排出，进而可以通过外排渣液的方式降低高压造缝过程中的阻力，有利于所注入的高压水能在煤体中快速形成效果更好的星型的射流裂缝，并确保了高压造缝的效率，其中，通过浆液收集装置可以实现渣液的集中收集，避免了直接外排所引起的环境污染问题。使注水管路在注水封孔器以上的部分开设有泄压接口，同时，在泄压接口的上游侧安装注水高压截止阀，可以在造缝及润湿作业结束后，通过注水高压截止阀截断注水管路水流的供应，同时，可以利用连接在泄压接口处的卸压管路将注水钻内的余压外排，这样，确保了后续注水封孔器拆除过程中的安全系数。通过集水器的设置，可以便于对注水钻孔中残存的水进行收集，有利于实现水资源的循环再利用。通过监测钻孔的设置，可以便于实时监测注水钻孔的润湿效果，进而能及时地判断出润湿作业的结束状态。该系统能实现煤体的高压快速造缝作业，可在煤体内形成较为规则的裂隙，同时，其还能实现煤体的低压慢速注水作业，可实现煤层的快速、均匀润湿作业，有效降低了煤炭开采过程中的煤尘、瓦斯涌出量、以及煤与瓦斯突出等灾害的发生几率。
10、进一步，为了能根据不同的注水钻孔深度灵活地组装出与现场情况相适配的注水管路，所述注水管路由多节普通注水钢管和一节射流与注水一体化钢管通过多个快速接头连接组成，其中，位于出口端的一节普通注水钢管的端部封装有端板，且射流与注水一体化钢管位于靠近出水端第二节的位置；所述射流孔道形成于射流与注水一体化钢管的管身上。
11、进一步，为了能在高压快速造缝作业过程中形成星型的射流裂隙，同时，为了便于后续低压慢速注水作业过程中能更高效地润湿煤层，所述射流孔道的数量为6～10个，且沿周向均匀地分布于射流与注水一体化钢管的管身上，且每个射流孔道均为沿长度方向延伸的条形孔。
12、进一步，为了避免杂质进入到高压泵站中引起高压泵站损坏的情况发生，所述供水单元还包括过滤网，所述过滤网安装在主给水管路的进水端。
13、作为一种优选，所述泄压管路为耐高压软管。
14、进一步，为了能同步地利用多个注水钻孔对煤层进行高效的润湿作业，所述注水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，包括注水钻孔(2)，所述注水钻孔(2)开设在目标治理煤层(1)中，其特征在于，还包括供水单元、注水单元、排渣单元、卸压单元和监测单元；
2.根据权利要求1所述的一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，其特征在于，所述注水管路(3)由多节普通注水钢管(20)和一节射流与注水一体化钢管(22)通过多个快速接头(21)连接组成，其中，位于出口端的一节普通注水钢管(20)的端部封装有端板(17)，且射流与注水一体化钢管(22)位于靠近出水端第二节的位置；所述射流孔道(31)形成于射流与注水一体化钢管(22)的管身上。
3.根据权利要求2所述的一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，其特征在于，所述射流孔道(31)的数量为6～10个，且沿周向均匀地分布于射流与注水一体化钢管(22)的管身上，且每个射流孔道(31)均为沿长度方向延伸的条形孔。
4.根据权利要求3所述的一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，其特征在于，所述供水单元还包括过滤网(12)，所述过滤网(12)安装
5.根据权利要求4所述的一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，其特征在于，所述泄压管路(25)为耐高压软管。
6.根据权利要求5所述的一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，其特征在于，所述注水钻孔(2)的数量为多个，且沿目标治理方向依次分布；
7.一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿方法，采用如权利要求1至6任一项所述的一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，其特征在于，具体步骤如下：
8.根据权利要求7所述一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿方法，在步骤一中，所述监测钻孔(13)与对应注水钻孔(2)的走向和深度均一致。
9.根据权利要求8所述一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿方法，在步骤六中，高压快速造缝作业过程中的注水压力不低于20MPa；在步骤七中，低压慢速注水作业过程中的注水压力不高于15MPa，且注水时间不低于24h。
10.根据权利要求9所述一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿方法，在步骤一中，相邻两个注水钻孔(2)之间的间距范围为5～30m。
...【技术特征摘要】
1.一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，包括注水钻孔(2)，所述注水钻孔(2)开设在目标治理煤层(1)中，其特征在于，还包括供水单元、注水单元、排渣单元、卸压单元和监测单元；
2.根据权利要求1所述的一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，其特征在于，所述注水管路(3)由多节普通注水钢管(20)和一节射流与注水一体化钢管(22)通过多个快速接头(21)连接组成，其中，位于出口端的一节普通注水钢管(20)的端部封装有端板(17)，且射流与注水一体化钢管(22)位于靠近出水端第二节的位置；所述射流孔道(31)形成于射流与注水一体化钢管(22)的管身上。
3.根据权利要求2所述的一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，其特征在于，所述射流孔道(31)的数量为6～10个，且沿周向均匀地分布于射流与注水一体化钢管(22)的管身上，且每个射流孔道(31)均为沿长度方向延伸的条形孔。
4.根据权利要求3所述的一种基于高压快速造缝与低压慢速注水的煤层润湿系统，其特征在于，所述供水单元还包括过滤网(12)，所述过滤网(12)安装在主给水管路(30)的进...
【专利技术属性】
技术研发人员：张祥良，林柏泉，朱传杰，杨威，刘厅，马顺庆，林明华，查伟，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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