專利名稱：一種低透氣性煤層脈沖壓裂增透抽采瓦斯方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及一種抽采瓦斯方法，尤其是一種適用于高瓦斯低透氣性煤層脈沖壓裂增透抽采瓦斯方法。
背景技術(shù)：
我國煤層瓦斯具有微孔隙、低滲透率、高吸附的特性，80%以上的煤層是高瓦斯低透氣性煤層。高瓦斯低透氣性煤層的開采往往伴隨著大量瓦斯涌出，特別是隨著煤炭生產(chǎn)的高效集約化和開采深度的增加，瓦斯涌出量越來越大，瓦斯爆炸和瓦斯突出危險的威脅越來越嚴重。解決高瓦斯低透氣性煤層開采過程中的瓦斯問題的主要措施是預先實施煤層瓦斯抽采，常規(guī)的瓦斯抽采方法有效影響范圍小，工作面鉆孔施工工程量大，抽采效率低， 對于高瓦斯低透氣性煤層難以起到理想效果。若要做到抽采達標，消除煤層瓦斯災害，需要采取增透的方法，擴大單個鉆孔有效影響范圍，提高瓦斯抽采效果。目前采用的高瓦斯低透氣性煤層卸壓增透措施是采用人為方法預先松動原始煤體，提高煤層的透氣性，主要采取的方法有以下深孔松動爆破、水射流割縫技術(shù)、水力沖孔技術(shù)和井下煤層水力壓裂技術(shù)等。 深孔松動爆破、水射流割縫技術(shù)、水力沖孔技術(shù)存在鉆孔有效影響范圍小、工作量大、施工工藝復雜、抽采效率低等問題。常規(guī)的井下水力壓裂技術(shù)相對來說能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的煤層卸壓，由于采用大流量高壓注水，高壓水在煤體里面會出現(xiàn)沿煤層主裂隙的方向流動，無法控制壓裂方向，這樣會導致部分卸壓，部分應力集中，在卸壓的同時也容易產(chǎn)生高應力集中區(qū)，集中應力能達到原始應力的;Γ4倍左右，難以形成區(qū)域性整體卸壓增透。

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)中的不足，提供一種方法簡單、壓裂方向可控、卸壓范圍大，可有效提高高瓦斯的低透氣性煤層脈沖壓裂增透抽采瓦斯方法。技術(shù)方案本發(fā)明的低透氣性煤層脈沖壓裂增透抽采瓦斯方法，包括以下步驟
a.從煤層進風巷或回風巷內(nèi)沿煤層順層、高位巷穿層或低位巷穿層向壓裂目標區(qū)域內(nèi)分組依次實施壓裂單元，首先施工一壓裂孔，然后在距離壓裂孔的中心位置兩側(cè)距離10 20m處分別施工一個導向孔，三個鉆孔構(gòu)成一個壓裂單元；
b.在進入壓裂孔深度為20 35m的孔段內(nèi)布置耐高壓無縫鋼管，深入孔中的耐高壓無縫鋼管頭部0. 5^1. 5m的管壁上均勻布有若干通孔；
c.用可承受35MPa以上水壓的封孔器對耐高壓無縫鋼管與壓裂孔之間的縫隙實施封孔，封孔器封孔長度為l(Tl5m ；或者通過注漿泵向耐高壓無縫鋼管與壓裂孔之間的縫隙注入配置好的高壓鉆孔密封材料漿液實施封孔，注漿段封孔長度為15 25m ；
d.封孔完成后，將高壓膠管連接到高壓無縫鋼管的入口上，通過高壓脈沖水裝置向高壓無縫鋼管內(nèi)注入高壓脈沖水，并通過壓力表觀測高壓脈沖水的壓力情況；
e.當壓裂孔的高壓脈沖水壓力迅速下降、高壓脈沖注水壓力持續(xù)加壓后壓裂孔的壓力無明顯上升或?qū)蚩字杏兴鞒鰰r，停止高壓脈沖水的注入，完成一個壓裂單元；f.按常規(guī)技術(shù)在完成的脈沖壓裂卸壓影響區(qū)域內(nèi)實施瓦斯抽采，同時將導向孔和壓裂孔連入抽采管路對煤層進行瓦斯抽采；
g.繼續(xù)下一個壓裂單元的壓裂、抽采作業(yè)。 所述的煤層順層施工的壓裂孔孔深為5(Tl20m，高位巷穿層或低位巷穿層施工的壓裂孔孔深穿透煤層；所述的高壓脈沖水的初始壓力為5MPa以下，最大注水壓力約35MPa， 流量為300L/min，脈沖頻率為0 1460次/min。有益效果由于采用了上述技術(shù)方案，在壓裂孔兩側(cè)10 20m順層或穿層布置有與壓裂孔平行的鉆孔，通過周期性的脈沖高壓作用于煤體，使煤體的裂隙孔隙產(chǎn)生“壓縮一膨脹一壓縮”反復作用，產(chǎn)生疲勞破壞，迫使煤層中的宏觀裂隙擴展聯(lián)通，并促使微小孔裂隙形成和逐漸張開，形成新的再生裂隙網(wǎng)，提供瓦斯在煤層中的流動通道，最大限度的使得煤體力學性質(zhì)發(fā)生改變，提高了高瓦斯煤層的透氣性，改善了煤層中的瓦斯流動狀態(tài)。壓裂孔和導向孔的連心線處產(chǎn)生貫通裂隙面，實現(xiàn)定向壓裂，形成整體卸壓。壓裂影響區(qū)域半徑可達l(T40m，煤體透氣性提高了 10(Γ1000倍，給煤層內(nèi)部卸壓、瓦斯釋放和流動創(chuàng)造了良好的條件。加速瓦斯的排放速度的效果，通過封孔管、匯流管和支管將鉆孔連入抽采管網(wǎng)， 脈沖壓裂結(jié)束后對壓裂影響區(qū)域進行打鉆抽采卸壓瓦斯，單孔瓦斯抽采量平均可達0. 8m3/ min，瓦斯抽采濃度可達30、0%，回采工作面瓦斯抽采率達到50%以上，瓦斯抽采鉆孔數(shù)減少20%飛0%。此外，消除了煤體和圍巖中的集中應力，煤與瓦斯突出潛能的大量釋放，起到防止煤與瓦斯突出的有效作用。其方法簡單，操作容易，效果好，具有廣泛的實用性。


圖1是煤層順層鉆孔高壓脈沖水力壓裂增透抽采瓦斯示意圖； 圖2是圖1的A —A剖面示意圖。圖3是高位巷穿層下行孔高壓脈沖水力壓裂增透抽采瓦斯示意圖； 圖4是圖3的B—B剖面圖。圖5是低位巷穿層上行孔高壓脈沖水力壓裂增透抽采瓦斯示意圖； 圖6是圖5的C一C剖面圖。圖中1 一壓裂孔，2—導向孔，3—煤層，4一進風巷或回風巷，5—采空區(qū)，6—高位巷，7—低位巷。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施方式
作進一步的描述 實施例一、
如圖1、圖2所示，為煤層3順層鉆孔高壓脈沖水力壓裂增透抽采瓦斯，首先在煤層3 進風巷或回風巷4沿煤層3順層分組依次實施壓裂單元，首先施工壓裂孔1，然后在距離壓裂孔1的中心位置L為10 20m的兩側(cè)分別施工一個導向孔2，三個鉆孔組成一個壓裂單元；煤層3鉆孔孔深5(Tl20m，鉆孔施工和已有技術(shù)相同，可根據(jù)需要選擇螺旋鉆桿、圓形鉆桿或三角形鉆桿。鉆孔施工結(jié)束后，向壓裂孔1中插入前部管壁上均勻布有若干孔眼的耐高壓無縫鋼管，插入耐高壓無縫鋼管的長度h為20 35m，均勻布有若干孔眼的前部管壁的長度為0. 5^1. 5m。采用承受35MPa以上水壓的封孔器對耐高壓無縫鋼管與壓裂孔1之間的縫隙實施封孔，封孔器封孔的長度為l(Tl5m左右；或者通過注漿泵向耐高壓無縫鋼管與壓裂孔1之間的縫隙注入配置好的高壓鉆孔密封材料漿液實施封孔，注漿段封孔長度為 15 25m。封孔完成后，通過高壓膠管將壓裂孔1 口處的高壓無縫鋼管連接高壓脈沖注水裝置，向高壓無縫鋼管內(nèi)注入高壓脈沖水，高壓脈沖水的初始壓力為5MPa以下，最大注水壓力約35MPa ；流量為300L/min，脈沖頻率為(Γ1460次/min。當壓裂孔1的高壓脈沖水壓力迅速下降、高壓脈沖注水裝置注水壓力持續(xù)加壓后壓裂孔1的壓力無明顯上升或?qū)蚩? 有水流出時，停止運行高壓脈沖注水，完成一個壓裂單元，之后按常規(guī)方法在脈沖壓裂卸壓影響區(qū)域內(nèi)實施瓦斯抽采，同時將導向孔2和壓裂孔1連入抽采管路對煤層進行瓦斯抽采。 重復上述過程，完成整個工作面的壓裂和瓦斯抽采。實施例二、
如圖3、圖4所示，為高位巷6穿層下行孔高壓脈沖水力壓裂增透抽采瓦斯，與實施例一基本相同。不同部分主要為從高位巷穿層向下部煤層3壓裂目標區(qū)域分組依次實施壓裂單元，首先施工壓裂孔1，然后在距離壓裂孔1的中心位置L為為10 20m的兩側(cè)分別施工一個導向孔2，三個鉆孔組成一個壓裂單元；鉆孔深度穿透煤層3。其余部分與實施例一都相同，相同部分略。實施例三、
如圖5、圖6所示，為低位巷7穿層上行孔高壓脈沖水力壓裂增透抽采瓦斯，與實施例一基本相同。不同部分主要為從低位巷7穿層向上部煤層3向壓裂目標區(qū)域分組依次實施壓裂單元，首先施工壓裂孔1，然后在距離壓裂孔1的中心位置L為10 20m的兩側(cè)分別施工一個導向孔2，三個鉆孔組成一個壓裂單元；鉆孔深度應穿透煤層3。其余部分與實施例一都相同，相同部分略。
權(quán)利要求
1.一種低透氣性煤層脈沖壓裂增透抽采瓦斯方法，其特征在于包括以下步驟a.在煤層(3)巷道內(nèi)沿煤層(3 )順層、高位巷(6 )穿層或低位巷(7 )穿層向壓裂目標區(qū)域內(nèi)分組依次實施壓裂單元，首先施工一壓裂孔(1)，然后在距離壓裂孔(1)的中心位置 L為10 20m的兩側(cè)處分別施工一個導向孔(2)，三個鉆孔構(gòu)成一個壓裂單元；b.在進入壓裂孔(1)深度為20 35m的孔段內(nèi)布置耐高壓無縫鋼管，深入孔中的耐高壓無縫鋼管頭部0. 5^1. 5m的管壁上均勻布有若干通孔；c.用可承受35MPa以上水壓的封孔器對耐高壓無縫鋼管與壓裂孔(1)之間的縫隙實施封孔，封孔器封孔長度為l(Tl5m ；或者通過注漿泵向耐高壓無縫鋼管與壓裂孔(1)之間的縫隙注入配置好的高壓鉆孔密封材料漿液實施封孔，注漿段封孔長度為15 25m ；d.封孔完成后，將高壓膠管連接到高壓無縫鋼管的入口上，通過高壓脈沖水裝置向高壓無縫鋼管內(nèi)注入高壓脈沖水，并通過壓力表觀測高壓脈沖水的壓力情況；e.當壓裂孔(1)的高壓脈沖水壓力迅速下降、高壓脈沖注水壓力持續(xù)加壓后壓裂孔 (1)的壓力無明顯上升或?qū)蚩?2)中有水流出時，停止高壓脈沖水的注入，完成一個壓裂單元；f.按常規(guī)技術(shù)在完成的脈沖壓裂卸壓影響區(qū)域內(nèi)實施瓦斯抽采，同時將導向孔(2)和壓裂孔(1)連入抽采管路對煤層(3 )進行瓦斯抽采。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低透氣性煤層脈沖壓裂增透抽采瓦斯方法，其特征在于所述的煤層(3)施工的壓裂孔(1)孔深為5(Tl20m，高位巷穿層或低位巷穿層施工的壓裂孔 (1)孔深穿透煤層(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低透氣性煤層脈沖壓裂增透抽采瓦斯方法，其特征在于所述的高壓脈沖水的初始壓力為5MPa以下，最大注水壓力約35MPa，流量為300L/min，脈沖頻率為(Γ1460 次 /min。
全文摘要
一種低透氣性煤層脈沖壓裂增透抽采瓦斯方法，先從煤層、高位巷或低位巷通過礦用防爆、頻率和壓力可調(diào)的脈沖式煤層高壓注水裝置，利用脈沖壓力最大為35MPa，流量約為300L/min，脈沖頻率0~1460次/min的高壓脈沖水在煤體鉆孔內(nèi)部的周期性變化所產(chǎn)生的脈沖水力效應，迫使煤層中的宏觀裂隙擴展聯(lián)通，并促使微小孔裂隙形成和逐漸張開，形成新的再生裂隙網(wǎng)，提供水在煤層中的滲透通道，從而達到改善煤體的力學性質(zhì)、降低工作面前方煤體的應力、提高瓦斯的排放速度的效果，該方法使得煤層卸壓范圍大、整體卸壓充分，壓裂影響區(qū)域半徑可達10~40m，煤體透氣性可提高100~1000倍，其方法簡單，操作容易，效果好。
文檔編號E21F7/00GK102155254SQ20111004628
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者張萌博, 張超, 李全貴, 李賢忠, 楊威, 林柏泉, 翟成 申請人:中國礦業(yè)大學