一種基于低滲煤層氣相壓裂瓦斯快速抽采技術(shù)的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于防治煤與瓦斯突出技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在高瓦斯煤層開采前的改變?cè)济簩拥貞?yīng)力狀態(tài)和瓦斯賦存狀態(tài)的防治煤與瓦斯突出的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤與瓦斯突出是世界煤炭行業(yè)最為嚴(yán)重的災(zāi)害。中國(guó)的煤與瓦斯突出災(zāi)害頻發(fā)，隨著煤礦開采深度的增加，地應(yīng)力和瓦斯壓力也隨之增大，瓦斯含量增高。瓦斯災(zāi)害給我國(guó)的煤炭安全生產(chǎn)帶來了巨大威脅，嚴(yán)重制約著煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
[0003]改變地應(yīng)力狀態(tài)、增加透氣性、降低瓦斯壓力和瓦斯含量是防治煤與瓦斯突出的最主要技術(shù)途徑。我國(guó)當(dāng)前防治煤與瓦斯突出的措施主要有區(qū)域性防突措施和局部性防突措施，包括本煤層密集鉆孔技術(shù)、水力壓裂技術(shù)、水力沖孔技術(shù)、水力割縫技術(shù)、深孔松動(dòng)爆破技術(shù)等方法。這些技術(shù)方法一定程度上起到了防治煤與瓦斯突出的效果，但仍有一定局限性。如炸藥爆破消突措施增加直接災(zāi)害發(fā)生率，水力壓裂易串流甚至破壞抽采系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種防治煤與瓦斯突出方法，本發(fā)明提供的高壓氣相壓裂方法可以極大地緩解地應(yīng)力集中現(xiàn)象，開啟煤層割理系統(tǒng)，增強(qiáng)煤層的透氣性，提高瓦斯解吸速度和抽采效率，降低瓦斯壓力和瓦斯含量，緩解瓦斯突出危險(xiǎn)性。
[0005]主要采用如下技術(shù)方案:
[0006]該方法采用氣相壓裂桿對(duì)高瓦斯突出危險(xiǎn)煤層進(jìn)行氣相壓裂作用；所述的氣相壓裂桿中間為空腔以存貯高壓氣體的高壓管體，其一端為噴氣閥，其上設(shè)置有若干個(gè)噴氣孔；另一端為充氣閥，其上連接有可供注入高壓氣體的充氣端，充氣端內(nèi)部裝有伸入高壓管空腔中主體的增壓管，并用電極引出體外；在進(jìn)行氣相壓裂施工時(shí)，外接啟爆器通過導(dǎo)線連接電極和增壓管并啟爆高壓氣體，高壓氣體作用于煤層并壓裂煤層。
[0007]進(jìn)一步的，其包括以下步驟:
[0008]a鉆孔:在高瓦斯突出工作面的煤層實(shí)施鉆孔，鉆孔深5?200米或更深，孔徑小于等于200毫米；
[0009]b高壓管置放:將不少于I支的高壓管置入鉆孔，連接上導(dǎo)線并引出鉆孔外；
[0010]c.鉆孔密封:使用封孔裝置密封鉆孔；
[0011]d.啟動(dòng):放炮引線連接增壓器，啟動(dòng)增壓器，高壓管釋放出高壓氣體對(duì)煤層進(jìn)行氣相壓裂；
[0012]e.拆卸封孔裝置，取出高壓管。
[0013]進(jìn)一步的，在步驟a中，高瓦斯突出掘進(jìn)工作面上，沿巷道掘進(jìn)方向布孔分段壓裂，但鉆孔應(yīng)是不間斷連續(xù)，不應(yīng)該出現(xiàn)鉆孔壓裂空白段，單個(gè)孔深1-200米。
[0014]進(jìn)一步的，在步驟a中，高瓦斯回采工作面上，沿工作面巷道方向布孔分段壓裂，孔距2-30米，單個(gè)孔深2-200米。
[0015]進(jìn)一步的，在步驟a中，壓裂鉆孔之間布置有用于泄壓或抽采瓦斯的輔助鉆孔。
[0016]進(jìn)一步的，所述輔助鉆孔的間距可根據(jù)壓裂需求自行布置間距，輔助鉆孔與壓裂鉆孔之間距離不小于I米。
[0017]進(jìn)一步的，在步驟c中，所述的封孔裝置設(shè)置在鉆孔內(nèi)距孔口不小于3米深處。
[0018]其有益效果為:
[0019]對(duì)煤層進(jìn)行氣相壓裂，使地應(yīng)力重新分布，均勻化局部地應(yīng)力集中現(xiàn)象，可以有效緩解煤與瓦斯突出的強(qiáng)度和頻度。
[0020]對(duì)煤層進(jìn)行氣相壓裂，可以重啟煤層中原始割理-裂隙系統(tǒng)，極大的增強(qiáng)煤層的透氣性，提高瓦斯解吸速度和抽采效率，快速降低瓦斯含量和瓦斯壓力，緩解瓦斯突出傾向性，進(jìn)而防治瓦斯突出的發(fā)生。
[0021]煤層卸壓和消除突出:煤層在壓裂后地應(yīng)力狀態(tài)隨之改變，瓦斯快速解吸和排放，瓦斯壓力和瓦斯含量降低，瓦斯突出危險(xiǎn)性得以緩解；
[0022]瓦斯卸壓緩解突出:連接抽采管路和鉆孔，用負(fù)壓或常壓連續(xù)抽采鉆孔卸壓瓦斯，可以進(jìn)一步降低瓦斯壓力和含量，防治煤與瓦斯突出；
[0023]一個(gè)壓裂卸壓鉆孔的有效作用半徑經(jīng)試驗(yàn)可以達(dá)到I?10米，甚至大至50米以遠(yuǎn)。壓裂鉆孔的間距應(yīng)在I?50米。
[0024]與炸藥預(yù)裂方法不同，使用本發(fā)明無需在壓裂鉆孔之間布置大孔徑控制孔，減化了壓裂施工和抽采系統(tǒng)成本。
[0025]當(dāng)需要短期快速消突時(shí)，可以在壓裂鉆孔之間密集布置輔助鉆孔用于快速降低瓦斯壓力和瓦斯含量，輔助鉆孔間距I?20米，或者更近。
[0026]—般是在壓裂鉆孔內(nèi)距孔口 I?20米處設(shè)置封孔裝置，將壓裂鉆孔密封嚴(yán)實(shí)。
[0027]壓裂鉆孔設(shè)置封孔的主要目的是使預(yù)裂鉆孔嚴(yán)密封閉并設(shè)置鉆孔氣體壓力監(jiān)測(cè)儀，可使鉆孔內(nèi)高壓氣體壓裂所生成的巨大壓力有效作用于煤層，且不排出鉆孔。
[0028]煤層壓裂后，在鉆孔壓裂氣體壓力減低到0.2MPa時(shí)開啟封孔裝置，保障鉆孔作業(yè)環(huán)境安全。
[0029]高壓氣相壓裂煤層技術(shù)，可以形成有效的裂隙卸壓圈，在裂隙卸壓圈內(nèi)，可以提高瓦斯抽采速度，防治煤與瓦斯突出，實(shí)現(xiàn)瓦斯綜合治理的效果。
[0030]高壓氣相壓裂煤層技術(shù)，可以應(yīng)用于防治煤與瓦斯突出，也可以應(yīng)用于低透氣性煤層增透快速?gòu)?qiáng)化抽采。
[0031]高壓氣相壓裂煤層技術(shù)，具有大范圍快速卸壓作用，具有緩解沖擊地壓和巖石突出的功效，可以應(yīng)用于防治沖擊地壓，巖石突出和C02突出。
[0032]高壓氣相壓裂煤層技術(shù)，具有快速大范圍致裂和卸壓作用，可以應(yīng)用于煤炭開采和巖石開采。
[0033]本發(fā)明可以對(duì)煤體的氣相爆壓控制在20?280MPa范圍內(nèi)，這一壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于炸藥的爆壓，可以造成煤體破裂而不是粉碎性破壞。
[0034]使用高壓氣相壓裂技術(shù)防治煤與瓦斯突出沒有明火產(chǎn)生，本身不具有爆炸性，可燃性和助燃性外，還具有抑制爆炸和燃燒的作用，可以達(dá)到本質(zhì)安全的基本要求，安全可
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[0035]本發(fā)明用于防治煤與瓦斯突出和瓦斯強(qiáng)抽采，對(duì)煤礦安全、瓦斯治理、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)安定等均有重大意義。本技術(shù)具有快速降低瓦斯壓力，有效提高瓦斯?jié)舛龋焖俪椴赏咚?，縮短瓦斯預(yù)抽時(shí)間，降低了瓦斯抽采成本，提高了煤炭生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了煤礦生產(chǎn)安全的綜合效益。因此，本發(fā)明對(duì)煤礦瓦斯治理意義重大。
【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明使用的氣相壓裂桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖1中:1、噴氣閥；2、噴氣孔；3、剪切片；4、密封圈；5、氣相壓裂設(shè)備；6、增壓管；7、電極；8、電極引出體；9、絕緣套；10、絕緣墊片；11、電源兩極；12充氣通道；13、充氣閥。
【具體實(shí)施方式】
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[0038]該方法采用氣相壓裂桿對(duì)高瓦斯突出危險(xiǎn)煤層進(jìn)行氣相壓裂作用；所述的氣相壓裂桿中間為空腔以存貯高壓氣體的高壓管體，其一端為噴氣閥1，其上設(shè)置有若干個(gè)噴氣孔2 ;另一端為充氣閥13，其上連接有可供注入高壓氣體的充氣端，充氣端內(nèi)部裝有伸入高壓管空腔中主體的增壓管6，并用電極11引出體外；在進(jìn)行氣相壓裂施工時(shí)，外接啟爆器通過導(dǎo)線連接電極和增壓管6并啟爆高壓氣體，高壓氣體作用于煤層并壓裂煤層。
[0039]某礦1300工作面輔助回風(fēng)巷試驗(yàn):
[0040]迎頭正中布置I個(gè)壓裂孔，壓裂孔左右側(cè)分別布置3個(gè)輔助孔，左右鉆場(chǎng)內(nèi)12個(gè)鉆孔作為輔助孔，合計(jì)18個(gè)輔助孔。鉆場(chǎng)輔助孔可在壓裂作業(yè)前成孔，迎頭輔助孔須在壓裂后施工。
[0041]在該掘進(jìn)工作面進(jìn)行氣相壓裂施工7次，進(jìn)行7個(gè)掘進(jìn)循環(huán)，分別是2013年6月20日、2013年7月19日、2013年8月I日、2013年9月19日、2013年10月19日、2013年11月10日、2013年12月I日，統(tǒng)計(jì)壓裂前巷道采用常規(guī)密集邊掘邊抽措施和迎頭密集瓦斯釋放鉆孔消突技術(shù)，掘進(jìn)140m范圍內(nèi)，Kl值超過臨界值4次，百米超標(biāo)次數(shù)為2.86次。
[0042]實(shí)施氣相壓裂后，Kl值下降明顯，壓裂后巷道掘進(jìn)420m范圍內(nèi)，Kl值超過臨界值I次，百米超標(biāo)次數(shù)為0.24次，降低了 90%，效果明顯，氣相壓裂后連續(xù)安全掘進(jìn)420m。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于低滲煤層氣相壓裂瓦斯快速抽采技術(shù)的新方法，該方法采用氣相壓裂桿對(duì)高瓦斯突出危險(xiǎn)煤層進(jìn)行氣相壓裂作用；所述的氣相壓裂桿中間為空腔以存貯高壓氣體的高壓管體，其一端為噴氣閥，其上設(shè)置有若干個(gè)噴氣孔；另一端為充氣閥，其上連接有可供注入高壓氣體的充氣端，充氣端內(nèi)部裝有伸入高壓管空腔中主體的增壓管，并用電極引出體外，所述電極上包裹有絕緣套和絕緣墊片；在進(jìn)行氣相壓裂施工時(shí)，外接啟爆器通過導(dǎo)線連接電極和增壓管并啟爆高壓氣體，高壓氣體作用于煤層并壓裂煤層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于低滲煤層氣相壓裂瓦斯快速抽采技術(shù)的新方法，其特征是包括以下步驟: a鉆孔:在高瓦斯突出工作面的煤層實(shí)施鉆孔，鉆孔深5?200米或更深，孔徑小于等于200毫米； b高壓管置放:將不少于I支的高壓管置入鉆孔，連接上導(dǎo)線并引出鉆孔外； c.鉆孔密封:使用封孔裝置密封鉆孔； d.啟動(dòng):放炮引線連接增壓器，啟動(dòng)增壓器，高壓管釋放出高壓氣體對(duì)煤層進(jìn)行氣相壓裂； e.拆卸封孔裝置，取出高壓管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于低滲煤層氣相壓裂瓦斯快速抽采技術(shù)的新方法，其特征是在步驟a中，高瓦斯突出掘進(jìn)工作面上，沿巷道掘進(jìn)方向布孔分段壓裂，但鉆孔應(yīng)是不間斷連續(xù)，不應(yīng)該出現(xiàn)鉆孔壓裂空白段，單個(gè)孔深1-200米。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于低滲煤層氣相壓裂瓦斯快速抽采技術(shù)的新方法，其特征是在步驟a中，高瓦斯回采工作面上，沿工作面巷道方向布孔分段壓裂，孔距2-30米，單個(gè)孔深2-200米。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于低滲煤層氣相壓裂瓦斯快速抽采技術(shù)的新方法，其特征是在步驟a中，壓裂鉆孔之間布置有用于泄壓或抽采瓦斯的輔助鉆孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于低滲煤層氣相壓裂瓦斯快速抽采技術(shù)的新方法，其特征是所述輔助鉆孔的間距可根據(jù)壓裂需求自行布置間距，輔助鉆孔與壓裂鉆孔之間距離不小于I米。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于低滲煤層氣相壓裂瓦斯快速抽采技術(shù)的新方法，其特征是在步驟c中，所述的封孔裝置設(shè)置在鉆孔內(nèi)距孔口不小于3米深處。
【專利摘要】一種基于低滲煤層氣相壓裂瓦斯快速抽采技術(shù)的新方法，是使用“高壓氣體壓裂”作為基本方法，改變煤層地應(yīng)力狀態(tài)，增加煤層裂隙和透氣性，加速瓦斯解吸和釋放，降低瓦斯壓力和瓦斯含量，緩解煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，防治煤與瓦斯突出發(fā)生。具體方法是，在高瓦斯突出危險(xiǎn)工作面待開采煤層實(shí)施鉆孔，將氣相壓裂桿放置入鉆孔中，封閉鉆孔，啟動(dòng)高壓管釋出高壓氣體壓裂煤層，然后取出高壓管?？梢詰?yīng)用于掘進(jìn)巷道煤防治煤與瓦斯突出，可以應(yīng)用于回采工作面防治煤與瓦斯突出，可以應(yīng)用于防止巖石和CO2突出，可以應(yīng)用于防止沖擊地壓等等采礦動(dòng)力災(zāi)害。
【IPC分類】E21B43-26, E21F7-00
【公開號(hào)】CN104594866
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410608701
【發(fā)明人】曹運(yùn)興, 張軍勝, 田林, 曹永恒, 石玢, 郭德濤, 馬兵, 孫丙周
【申請(qǐng)人】河南神華能源工程有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年10月31日