一種分段預裂提高低透氣性煤層高壓注水濕潤半徑的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及提高煤層注水半徑的方法，尤其涉及一種分段預裂提高低透氣性煤層高壓注水濕潤半徑的方法。
【背景技術】
[0002]與世界上多數(shù)國家的能源消費結構相比，煤炭在中國能源消費結構中占有特別重要的地位，僅2012年，中國原煤產量就達到了 36.5億噸，煤炭消費占總能源量的比例接近70%。就目前中國已發(fā)現(xiàn)的煤炭資源來說，有近一半埋藏于-1000m以下，其地質總儲量高達3萬億噸左右。目前，從整體來看，中國煤炭資源后備不足，老礦區(qū)煤炭資源開始逐步萎縮，隨著科學技術的發(fā)展和人類社會的進步，對能源的需求也更加迫切，煤礦開采的深度和難度也越來越突出，各國礦山都逐漸轉入深部開采階段。據(jù)專家預計，根據(jù)目前中國煤炭資源的實際情況，預計20年后中國很多煤礦將進入到1000?1500m的開采深度。比如，僅中國山東省千米深井煤炭資源儲量已經(jīng)占到總儲量的四成多，目前，在全國47個超千米的深井中，山東有21處。深部開采帶來的高地應力、高瓦斯壓力加之我國的煤層普遍的滲透率較低，易造成沖擊地壓、煤與瓦斯突出等事故頻發(fā)，嚴重制約著礦井高效集約化開采和安全生產。
[0003]煤層注水是煤礦領域內防治多種災害的重要手段，通過煤層注水可以有效降低開采煤層時的產塵量，降低煤層應力集中程度，防止沖擊地壓、煤與瓦斯突出事故發(fā)生，并可增大煤體導熱系數(shù)，降低煤體溫度。煤層注水時，高壓水沿煤體裂隙和大孔隙滲透，繼而水在毛細管力和表面現(xiàn)象等物理化學作用下的自運動。煤層注水在我國多個礦區(qū)都有應用，但目前還缺少全面系統(tǒng)的研究，導致中國煤礦的煤層注水效果較差，高壓注水影響半徑小，其根本原因是我國賦存煤體較軟，裂隙發(fā)育較低，煤體難潤濕，由于水的表面張力較大，很難滲透進一些低滲透率煤層；此外，高壓水力受煤體應力分布和煤層主裂隙的影響，還不能控制裂隙擴展方向，局部煤體卸壓，局部煤體應力卻發(fā)生集中；水空間分布的不均勻性反而導致局部瓦斯含量和壓力的異常升高，成為工作面生產的安全威脅。
【發(fā)明內容】
[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種分段預裂提高低透氣性煤層高壓注水濕潤半徑的方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明方案包括:
[0006]—種分段預裂提高低透氣性煤層高壓注水濕潤半徑的方法，其包括以下步驟:
[0007]A、用鉆機在工作面順槽預開采煤層原來的每個高壓注水鉆孔的兩側分別施工有與高壓注水鉆孔深度相同的預裂鉆孔，預裂鉆孔與高壓注水鉆孔之間的間距為5m?10m，一個高壓注水鉆孔以及其兩側的預裂鉆孔構成一個煤層弱化增透單元；
[0008]B、先對一個煤層弱化增透單元進行弱化增透，通過連接裝置將多個將預裂裝置首尾相連，預裂裝置上接入起爆控制器，采用多根接連在一起的專用安裝桿將預裂裝置送入對應預裂鉆孔內，并固定住預裂裝置的位置，預裂裝置的總卸壓段長度為預裂鉆孔深度的50 %?60 %，采用高分子材料和專用封孔器對預裂鉆孔進行封孔，其中，封孔長度不小于預裂鉆孔長度的40% ;
[0009]C、調整起爆控制器各預裂裝置起爆延時時間，控制預裂鉆孔內預裂裝置從內向外分別起爆，高壓注水鉆孔兩側預裂鉆孔的預裂時間保持一致；
[0010]D、向高壓注水鉆孔中送入高壓注水管，采用高分子材料對高壓注水鉆孔進行封孔，注水管外接口接有三通和截止閥，三通的兩個接口一端安裝壓力表、流量表并和高壓注水栗相連，另一端連接高壓膠管并直通巷道空間；開啟高壓注水栗，注水壓力設定為8MPa?18MPa，待注水壓力突然降低并保持相應壓力無變化時，停止向高壓注水孔內注水，完成對該煤層弱化增透單元的弱化增透；
[0011]E、撤出對應預裂鉆孔內的預裂裝置，對下一煤層弱化增透單元進行弱化增透，周而復始，直至完成整個開采煤層的弱化增透。
[0012]所述的方法，其中，上述預裂裝置之卸壓段的泄壓口為長條割縫狀結構。
[0013]所述的方法，其中，上述高分子封孔材料為高分子聚氨酯材料。
[0014]本發(fā)明提供的一種分段預裂提高低透氣性煤層高壓注水濕潤半徑的方法，針對我國深部礦井開采低透氣、煤質堅硬、難注水等問題提出，采用后退式的預裂方法，利用二氧化碳相變致裂技術，對深部煤體進行預裂增透，能夠控制預裂鉆孔內裂隙的起裂位置和擴展方向，保證了裂隙發(fā)展的均勻性。此外，由于預裂鉆孔對深部煤體進行預裂作用，能夠誘導高壓注水時高壓水向煤體深部發(fā)展，從而避免了常規(guī)高壓注水導致的裂隙“外密內疏”的問題，本發(fā)明方法簡單易行，施工方便，液態(tài)二氧化碳汽化不產生火花，同時對瓦斯有驅替作用，因此在高瓦斯礦井中應用效果更為明顯。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明中預裂與注水增透的布置示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明中預裂孔的剖面示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明中預裂效果的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明提供了一種分段預裂提高低透氣性煤層高壓注水濕潤半徑的方法，為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]本發(fā)明提供了一種分段預裂提高低透氣性煤層高壓注水濕潤半徑的方法，如圖1、圖2與圖3所示的，包括以下步驟:
[0020]步驟A:用鉆機在工作面順槽預開采煤層原來的每個高壓注水鉆孔2的兩側分別施工有與高壓注水鉆孔2深度相同的預裂鉆孔1，預裂鉆孔1與高壓注水鉆孔2之間的間距為8m?15m，一個高壓注水鉆孔2以及其兩側的預裂鉆孔1構成一個煤層弱化增透單元；
[0021]步驟B:先對一個煤層弱化增透單元進行弱化增透，通過連接裝置3將多個預裂裝置4首尾相連，預裂裝置4上接入起爆控制器7，采用多根接連在一起的專用安裝桿將預裂裝置4送入對應預裂鉆孔1內，并固定住預裂裝置4的位置，預裂裝置4的總卸壓段長度為預裂鉆孔深度的50%?60%，采用高分子材料5和專用封孔器6對預裂鉆孔1進行封孔，其中，封孔長度不小于預裂鉆孔1長度的40% ;
[0022]步驟C:調整起爆控制器7各預裂裝置4起爆延時時間，控制預裂鉆孔1內預裂裝置4從內向外分別起爆，高壓注水鉆孔2兩側預裂鉆孔1的預裂時間保持一致；
[0023]步驟D:向高壓注水鉆孔2中送入高壓注水管，采用高分子材料對高壓注水鉆孔2進行封孔，注水管外接口接有三通和截止閥，三通的兩個接口一端安裝壓力表、流量表并和高壓注水栗相連，另一端連接高壓膠管并直通巷道空間；開啟高壓注水栗，注水壓力設定為8MPa?18MPa，待注水壓力突然降低并保持相應壓力無變化時，停止向高壓注水孔2內注水，完成對該煤層弱化增透單元的弱化增透；
[0024]E、撤出對應預裂鉆孔1內的預裂裝置4，對下一煤層弱化增透單元進行弱化增透，周而復始，直至完成整個開采煤層的弱化增透。
[0025]更進一步的，上述預裂裝置4之卸壓段的泄壓口為長條割縫狀結構。而且上述高分子封孔材料5可以采用高分子聚氨酯材料。
[0026]利用二氧化碳相變致裂技術，對深部煤體進行預裂增透，采用后退式的預裂方法，能夠控制預裂鉆孔內裂隙的起裂位置和擴展方向，保證了裂隙發(fā)展的均勻性。此外，由于預裂鉆孔對深部煤體進行預裂作用，能夠誘導高壓注水時高壓水向煤體深部發(fā)展，從而避免了常規(guī)高壓注水導致的裂隙“外密內疏”的問題，本發(fā)明方法簡單易行，施工方便，液態(tài)二氧化碳汽化不產生火花，同時對瓦斯有驅替作用，因此在高瓦斯礦井中應用效果更為明顯。
[0027]當然，以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實施例，應當說明的是，任何熟悉本領域的技術人員在本說明書的教導下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質范圍之內，理應受到本發(fā)明的保護。
【主權項】
1.一種分段預裂提高低透氣性煤層高壓注水濕潤半徑的方法，其包括以下步驟: A、用鉆機在工作面順槽預開采煤層原來的每個高壓注水鉆孔的兩側分別施工有與高壓注水鉆孔深度相同的預裂鉆孔，預裂鉆孔與高壓注水鉆孔之間的間距為8m?15m，一個高壓注水鉆孔以及其兩側的預裂鉆孔構成一個煤層弱化增透單元； B、先對一個煤層弱化增透單元進行弱化增透，通過連接裝置將多個將預裂裝置首尾相連，預裂裝置上接入起爆控制器，采用多根接連在一起的專用安裝桿將預裂裝置送入對應預裂鉆孔內，并固定住預裂裝置的位置，預裂裝置的總卸壓段長度為預裂鉆孔深度的50 %?60 %，采用高分子材料和專用封孔器對預裂鉆孔進行封孔，其中，封孔長度不小于預裂鉆孔長度的40% ; C、調整起爆控制器各預裂裝置起爆延時時間，控制預裂鉆孔內預裂裝置從內向外分別起爆，高壓注水鉆孔兩側預裂鉆孔的預裂時間保持一致； D、向高壓注水鉆孔中送入高壓注水管，采用高分子材料對高壓注水鉆孔進行封孔，注水管外接口接有三通和截止閥，三通的兩個接口一端安裝壓力表、流量表并和高壓注水栗相連，另一端連接高壓膠管并直通巷道空間；開啟高壓注水栗，注水壓力設定為8MPa?18MPa，待注水壓力突然降低并保持相應壓力無變化時，停止向高壓注水孔內注水，完成對該煤層弱化增透單元的弱化增透； E、撤出對應預裂鉆孔內的預裂裝置，對下一煤層弱化增透單元進行弱化增透，周而復始，直至完成整個開采煤層的弱化增透。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，上述預裂裝置之卸壓段的泄壓口為長條割縫狀結構。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，上述高分子封孔材料為高分子聚氨酯材料。
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種分段預裂提高低透氣性煤層高壓注水濕潤半徑的方法，其包括以下步驟：用鉆機在工作面順槽預開采煤層原來的每個高壓注水鉆孔的兩側分別施工有與高壓注水鉆孔深度相同的預裂鉆孔，一個高壓注水鉆孔以及其兩側的預裂鉆孔構成一個煤層弱化增透單元；先對一個煤層弱化增透單元進行弱化增透，完成對該煤層弱化增透單元的弱化增透后，撤出對應預裂鉆孔內的預裂裝置，對下一煤層弱化增透單元進行弱化增透。利用二氧化碳相變致裂技術，保證了裂隙發(fā)展的均勻性，能夠顯著提高我國難注水煤層高壓注水濕潤半徑，從而改變煤層屬性，降低工作面粉塵產生量以及煤與瓦斯突出、沖擊地壓等災害事故發(fā)生的危險性。
【IPC分類】E21B43/20, E21B43/26, E21B43/16
【公開號】CN105370256
【申請?zhí)枴緾N201510665655
【發(fā)明人】王剛, 程衛(wèi)民, 張孝強, 杜文州, 孫路路
【申請人】山東科技大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月15日