專利名稱：煤礦井下重復(fù)脈動(dòng)水力壓裂強(qiáng)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(fù)脈動(dòng)水力壓裂強(qiáng)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(dòng)水力壓裂卸壓增透措施。
背景技術(shù)：
目前防治煤礦瓦斯災(zāi)害的根本性方法是進(jìn)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(zāi)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(jìn)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(gè)開采工作面需要數(shù)百至上千個(gè)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(shí)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(diǎn)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(jìn)煤體裂隙發(fā)育、改變煤層的瓦斯動(dòng)力學(xué)性質(zhì)及物理力學(xué)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(xué)性質(zhì)的原則，在國內(nèi)多個(gè)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(fù)雜、高壓封孔困難、壓裂成功率低等問題。針對(duì)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(qǐng)?zhí)?01110046285. 9)提出了脈沖壓裂增透抽采瓦斯方法，形成了脈動(dòng)水力壓裂卸壓增透技術(shù)，該技術(shù)利用脈動(dòng)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(kuò)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(xué)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(duì)于高瓦斯低透氣性松軟煤層，常規(guī)水力壓裂和脈動(dòng)水力壓裂卸壓增透技術(shù)均存在裂隙張開時(shí)間短、閉合快、瓦斯抽采量衰減快的問題，因此，在脈動(dòng)水力壓裂技術(shù)的基礎(chǔ)上，本專利提出重復(fù)脈動(dòng)水力壓裂卸壓增透技術(shù)，強(qiáng)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(dá)標(biāo)時(shí)間的煤礦井下重復(fù)脈動(dòng)水力壓裂強(qiáng)化瓦斯抽采方法。技術(shù)方案本發(fā)明的煤礦井下重復(fù)脈動(dòng)水力壓裂強(qiáng)化瓦斯抽采方法，包括在本煤層中施工一個(gè)順層鉆孔作為脈動(dòng)水力壓裂孔，脈動(dòng)水力壓裂孔兩側(cè)間隔距離L1處分別施工一個(gè)一級(jí)導(dǎo)向控制孔，間隔距離L1 一般取值為8 12m，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔和一級(jí)導(dǎo)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(jìn)行注漿封孔；對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔進(jìn)行脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)，當(dāng)兩個(gè)一級(jí)導(dǎo)向控制孔中有一個(gè)孔出水或兩個(gè)孔都出水時(shí)，關(guān)閉脈動(dòng)水力壓裂孔閥門；之后打開脈動(dòng)水力壓裂孔閥門，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔進(jìn)行放水卸壓，同時(shí)對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔和一級(jí)導(dǎo)向控制孔進(jìn)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(dòng)水力壓裂鉆孔和一級(jí)導(dǎo)向控制孔中的任意兩個(gè)鉆孔瓦斯抽采流量低于該鉆孔初始瓦斯抽采流量的40%時(shí)，關(guān)閉一級(jí)導(dǎo)向控制孔閥門，停止瓦斯抽采；
b.在兩個(gè)一級(jí)導(dǎo)向控制孔的外側(cè)間隔距離L2處分別施工一個(gè)二級(jí)導(dǎo)向控制孔，間隔距離L2為4飛!11，并對(duì)二級(jí)導(dǎo)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(jìn)行注漿封孔；
c.在第一次脈動(dòng)水力壓裂參數(shù)的基礎(chǔ)上提高20%的脈沖壓力，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔進(jìn)行脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)，當(dāng)兩個(gè)二級(jí)導(dǎo)向控制孔中一個(gè)出水或兩個(gè)二級(jí)導(dǎo)向控制孔均出水時(shí)，停止脈動(dòng)水力壓裂，關(guān)閉脈動(dòng)水力壓裂孔閥門；
d.脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)結(jié)束24h后，打開脈動(dòng)水力壓裂孔閥門，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔進(jìn)行·放水卸壓，打開一級(jí)導(dǎo)向控制孔閥門，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔、一級(jí)導(dǎo)向控制孔和二級(jí)導(dǎo)向控制孔進(jìn)行管網(wǎng)抽采。所述的脈動(dòng)水力壓裂孔、一級(jí)導(dǎo)向控制孔、二級(jí)導(dǎo)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(jìn)行注漿封孔；所述的脈動(dòng)水力壓裂鉆孔與一級(jí)導(dǎo)向控制孔的距離L1為8 12m ;—級(jí)導(dǎo)向控制孔與二級(jí)導(dǎo)向控制孔的距離L2為r6m。有益效果本發(fā)明針對(duì)常規(guī)水力壓裂技術(shù)單一脈動(dòng)水力壓裂卸壓增透技術(shù)存在的裂隙張開時(shí)間短、閉合快、瓦斯抽采量衰減快的問題，結(jié)合脈動(dòng)水力壓裂卸壓增透技術(shù)的優(yōu)勢和特點(diǎn)，在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)鉆孔實(shí)施重復(fù)脈動(dòng)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(dá)標(biāo)時(shí)間。煤層透氣性系數(shù)可提供1(T100倍，瓦斯抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間可減少50%，有利于延長脈動(dòng)水力壓裂區(qū)域裂隙的閉合時(shí)間，為工作面高效回采和安全生產(chǎn)提供了時(shí)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(dá)標(biāo)時(shí)間，具有廣泛的實(shí)用性。


圖I是煤礦井下重復(fù)脈動(dòng)水力壓裂強(qiáng)化瓦斯抽采方法鉆孔布置示意圖 圖2是煤礦井下重復(fù)脈動(dòng)水力壓裂強(qiáng)化瓦斯抽采方法鉆孔布置剖面示意圖
圖中1 一脈動(dòng)水力壓裂孔，2—一級(jí)導(dǎo)向控制孔，3—二級(jí)導(dǎo)向控制孔，4一閥門，5—巷道，6—煤層頂板，7—煤層底板。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)構(gòu)附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述
本發(fā)明的煤礦井下重復(fù)脈動(dòng)水力壓裂強(qiáng)化瓦斯抽采方法
a.選擇脈動(dòng)水力壓裂地點(diǎn)，在本煤層中施工一個(gè)順層鉆孔作為脈動(dòng)水力壓裂孔1，脈動(dòng)水力壓裂孔I兩側(cè)間隔距離L1處分別布置一級(jí)導(dǎo)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(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔I和一級(jí)導(dǎo)向控制孔2進(jìn)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(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔I進(jìn)行脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)，兩個(gè)一級(jí)導(dǎo)向控制孔2中一個(gè)出水或兩個(gè)都出水時(shí)停止脈動(dòng)水力壓裂，關(guān)閉脈動(dòng)水力壓裂孔閥門4 ；
c.脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)結(jié)束24h后打開脈動(dòng)水力壓裂孔閥門4，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔I進(jìn)行放水卸壓，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔I和一級(jí)導(dǎo)向控制孔2進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)抽采，每天記錄瓦斯抽采流量和濃度。d.在脈動(dòng)水力壓裂鉆孔I和一級(jí)導(dǎo)向控制孔2中的任意兩個(gè)鉆孔瓦斯抽采流量低于該鉆孔初始瓦斯抽采流量的40%時(shí)，關(guān)閉一級(jí)導(dǎo)向控制孔閥門4，停止瓦斯抽采；
e.在兩個(gè)一級(jí)導(dǎo)向控制孔2外側(cè)間隔距離L2處分別施工一個(gè)二級(jí)導(dǎo)向控制孔3，間隔距離L2為4飛!11，并對(duì)兩個(gè)二級(jí)導(dǎo)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(jìn)行注漿封孔；
f.在第一次脈動(dòng)水力壓裂工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，提高20%的脈沖壓力，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔I進(jìn)行脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)，兩個(gè)二級(jí)導(dǎo)向控制孔3中一個(gè)出水或兩個(gè)二級(jí)導(dǎo)向控制孔3 均出水時(shí)停止脈動(dòng)水力壓裂，關(guān)閉脈動(dòng)水力壓裂孔閥門4 ；
g.脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)結(jié)束24h后打開脈動(dòng)水力壓裂孔閥門4，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔I進(jìn)行放水卸壓，打開一級(jí)導(dǎo)向控制孔閥門4，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔I、一級(jí)導(dǎo)向控制孔2和二級(jí)導(dǎo)向控制孔3進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)抽采。
權(quán)利要求
1.一種煤礦井下重復(fù)脈動(dòng)水力壓裂強(qiáng)化瓦斯抽采方法，包括在本煤層中施工一個(gè)順層鉆孔作為脈動(dòng)水力壓裂孔(1)，脈動(dòng)水力壓裂孔(I)兩側(cè)間隔距離L1處分別施工一個(gè)一級(jí)導(dǎo)向控制孔(2)，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔(I)和一級(jí)導(dǎo)向控制孔(2)進(jìn)行注漿封孔；對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔(I)進(jìn)行脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)，當(dāng)兩個(gè)一級(jí)導(dǎo)向控制孔(2)中有一個(gè)孔出水或兩個(gè)孔都出水時(shí)，關(guān)閉脈動(dòng)水力壓裂孔閥門(4);之后打開脈動(dòng)水力壓裂孔閥門(4)，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔(I)進(jìn)行放水卸壓，同時(shí)對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔(I)和一級(jí)導(dǎo)向控制孔(2)進(jìn)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(dòng)水力壓裂鉆孔(I)和一級(jí)導(dǎo)向控制孔(2)中的任意兩個(gè)鉆孔瓦斯抽采流量低于該鉆孔初始瓦斯抽采流量的40%時(shí)，關(guān)閉一級(jí)導(dǎo)向控制孔閥門(4)，停止瓦斯抽采； b.在兩個(gè)一級(jí)導(dǎo)向控制孔(2)的外側(cè)間隔距離L2處分別施工一個(gè)二級(jí)導(dǎo)向控制孔(3)，并對(duì)二級(jí)導(dǎo)向控制孔(3)進(jìn)行注漿封孔； c.在第一次脈動(dòng)水力壓裂參數(shù)的基礎(chǔ)上提高20%的脈沖壓力，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔(I)進(jìn)行脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)，當(dāng)兩個(gè)二級(jí)導(dǎo)向控制孔(3)中一個(gè)出水或兩個(gè)二級(jí)導(dǎo)向控制孔(3)均出水時(shí)，停止脈動(dòng)水力壓裂，關(guān)閉脈動(dòng)水力壓裂孔閥門(4); d.脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)結(jié)束24h后，打開脈動(dòng)水力壓裂孔閥門(4)，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔(1)進(jìn)行放水卸壓，打開一級(jí)導(dǎo)向控制孔閥門(4)，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔(I)、一級(jí)導(dǎo)向控制孔(2)和二級(jí)導(dǎo)向控制孔(3)進(jìn)行管網(wǎng)抽采。
2.根據(jù)權(quán)利I要求的煤礦井下重復(fù)脈動(dòng)水力壓裂強(qiáng)化瓦斯抽采方法，其特征在于所述的脈動(dòng)水力壓裂孔(I)、一級(jí)導(dǎo)向控制孔(2)、二級(jí)導(dǎo)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(jìn)行注漿封孔。
3.根據(jù)權(quán)利I要求的煤礦井下重復(fù)脈動(dòng)水力壓裂強(qiáng)化瓦斯抽采方法，其特征在于所述的脈動(dòng)水力壓裂鉆孔(I)與一級(jí)導(dǎo)向控制孔(2)的距離L1Sf 12m;—級(jí)導(dǎo)向控制孔(2)與二級(jí)導(dǎo)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(fù)脈動(dòng)水力壓裂強(qiáng)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(gè)鉆孔分別作為脈動(dòng)水力壓裂孔和一級(jí)導(dǎo)向控制孔，完成注漿封孔，進(jìn)行脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)；對(duì)三個(gè)鉆孔進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)抽采；三個(gè)鉆孔任意兩個(gè)鉆孔瓦斯抽采流量低于該鉆孔初始瓦斯抽采流量的40%時(shí)，停止瓦斯抽采；在一級(jí)導(dǎo)向控制孔外側(cè)分別施工二級(jí)導(dǎo)向控制孔，進(jìn)行注漿封孔；保持二級(jí)導(dǎo)向控制孔閥門處于打開狀態(tài)，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂孔進(jìn)行脈動(dòng)水力壓裂作業(yè)，二級(jí)導(dǎo)向控制孔出水時(shí)停止脈動(dòng)水力壓裂；對(duì)所有鉆孔進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)抽采。本發(fā)明有利于延長脈動(dòng)水力壓裂區(qū)域裂隙閉合時(shí)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(hào)E21F7/00GK102720528SQ20121022658
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)