一种低渗煤层气相压裂瓦斯快速抽采方法
【技术领域】
[0001]本发明属于防治煤与瓦斯突出技术领域，涉及一种在高瓦斯煤层开采前的改变原始煤层地应力状态和瓦斯赋存状态的防治煤与瓦斯突出的方法。
【背景技术】
[0002]煤与瓦斯突出是世界煤炭行业最为严重的灾害。中国的煤与瓦斯突出灾害频发，随着煤矿开采深度的增加，地应力和瓦斯压力也随之增大，瓦斯含量增高。瓦斯灾害给我国的煤炭安全生产带来了巨大威胁，严重制约着煤炭行业的可持续发展。
[0003]改变地应力状态、增加透气性、降低瓦斯压力和瓦斯含量是防治煤与瓦斯突出的最主要技术途径。我国当前防治煤与瓦斯突出的措施主要有区域性防突措施和局部性防突措施，包括本煤层密集钻孔技术、水力压裂技术、水力冲孔技术、水力割缝技术、深孔松动爆破技术等方法。这些技术方法一定程度上起到了防治煤与瓦斯突出的效果，但仍有一定局限性。如炸药爆破消突措施增加直接灾害发生率，水力压裂易串流甚至破坏抽采系统。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种防治煤与瓦斯突出方法，本发明提供的高压气相压裂方法可以极大地缓解地应力集中现象，开启煤层割理系统，增强煤层的透气性，提高瓦斯解吸速度和抽采效率，降低瓦斯压力和瓦斯含量，缓解瓦斯突出危险性。
[0005]主要采用如下技术方案:
[0006]该方法采用气相压裂杆对高瓦斯突出危险煤层进行气相压裂作用；所述的气相压裂杆中间为空腔以存贮高压气体的高压管体，其一端为喷气阀，其上设置有若干个喷气孔；另一端为充气阀，其上连接有可供注入高压气体的充气端，充气端内部装有伸入高压管空腔中主体的增压管，并用电极引出体外；在进行气相压裂施工时，外接启爆器通过导线连接电极和增压管并启爆高压气体，高压气体作用于煤层并压裂煤层。
[0007]进一步的，其包括以下步骤:
[0008]a钻孔:在高瓦斯突出工作面的煤层实施钻孔，钻孔深5?200米或更深，孔径小于等于200毫米；
[0009]b高压管置放:将不少于I支的高压管置入钻孔，连接上导线并引出钻孔外；
[0010]c.钻孔密封:使用封孔装置密封钻孔；
[0011]d.启动:放炮引线连接增压器，启动增压器，高压管释放出高压气体对煤层进行气相压裂；
[0012]e.拆卸封孔装置，取出高压管。
[0013]进一步的，在步骤a中，高瓦斯突出掘进工作面上，沿巷道掘进方向布孔分段压裂，但钻孔应是不间断连续，不应该出现钻孔压裂空白段，单个孔深1-200米。
[0014]进一步的，在步骤a中，高瓦斯回采工作面上，沿工作面巷道方向布孔分段压裂，孔距2-30米，单个孔深2-200米。
[0015]进一步的，在步骤a中，压裂钻孔之间布置有用于泄压或抽采瓦斯的辅助钻孔。
[0016]进一步的，所述辅助钻孔的间距可根据压裂需求自行布置间距，辅助钻孔与压裂钻孔之间距离不小于I米。
[0017]进一步的，在步骤c中，所述的封孔装置设置在钻孔内距孔口不小于3米深处。
[0018]其有益效果为:
[0019]对煤层进行气相压裂，使地应力重新分布，均匀化局部地应力集中现象，可以有效缓解煤与瓦斯突出的强度和频度。
[0020]对煤层进行气相压裂，可以重启煤层中原始割理-裂隙系统，极大的增强煤层的透气性，提高瓦斯解吸速度和抽采效率，快速降低瓦斯含量和瓦斯压力，缓解瓦斯突出倾向性，进而防治瓦斯突出的发生。
[0021]煤层卸压和消除突出:煤层在压裂后地应力状态随之改变，瓦斯快速解吸和排放，瓦斯压力和瓦斯含量降低，瓦斯突出危险性得以缓解；
[0022]瓦斯卸压缓解突出:连接抽采管路和钻孔，用负压或常压连续抽采钻孔卸压瓦斯，可以进一步降低瓦斯压力和含量，防治煤与瓦斯突出；
[0023]一个压裂卸压钻孔的有效作用半径经试验可以达到I?10米，甚至大至50米以远。压裂钻孔的间距应在I?50米。
[0024]与炸药预裂方法不同，使用本发明无需在压裂钻孔之间布置大孔径控制孔，减化了压裂施工和抽采系统成本。
[0025]当需要短期快速消突时，可以在压裂钻孔之间密集布置辅助钻孔用于快速降低瓦斯压力和瓦斯含量，辅助钻孔间距I?20米，或者更近。
[0026]—般是在压裂钻孔内距孔口 I?20米处设置封孔装置，将压裂钻孔密封严实。
[0027]压裂钻孔设置封孔的主要目的是使预裂钻孔严密封闭并设置钻孔气体压力监测仪，可使钻孔内高压气体压裂所生成的巨大压力有效作用于煤层，且不排出钻孔。
[0028]煤层压裂后，在钻孔压裂气体压力减低到0.2MPa时开启封孔装置，保障钻孔作业环境安全。
[0029]高压气相压裂煤层技术，可以形成有效的裂隙卸压圈，在裂隙卸压圈内，可以提高瓦斯抽采速度，防治煤与瓦斯突出，实现瓦斯综合治理的效果。
[0030]高压气相压裂煤层技术，可以应用于防治煤与瓦斯突出，也可以应用于低透气性煤层增透快速强化抽采。
[0031]高压气相压裂煤层技术，具有大范围快速卸压作用，具有缓解冲击地压和岩石突出的功效，可以应用于防治冲击地压，岩石突出和CO2突出。
[0032]高压气相压裂煤层技术，具有快速大范围致裂和卸压作用，可以应用于煤炭开采和岩石开采。
[0033]本发明可以对煤体的气相爆压控制在20?280MPa范围内，这一压力远远小于炸药的爆压，可以造成煤体破裂而不是粉碎性破坏。
[0034]使用高压气相压裂技术防治煤与瓦斯突出没有明火产生，本身不具有爆炸性，可燃性和助燃性外，还具有抑制爆炸和燃烧的作用，可以达到本质安全的基本要求，安全可
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[0035]本发明用于防治煤与瓦斯突出和瓦斯强抽采，对煤矿安全、瓦斯治理、节能、经济效益、社会安定等均有重大意义。本技术具有快速降低瓦斯压力，有效提高瓦斯浓度，快速抽采瓦斯，缩短瓦斯预抽时间，降低了瓦斯抽采成本，提高了煤炭生产效率，增强了煤矿生产安全的综合效益。因此，本发明对煤矿瓦斯治理意义重大。
【附图说明】
[0036]图1是本发明使用的气相压裂杆的结构示意图。
[0037]图1中:1、喷气阀；2、喷气孔；3、剪切片；4、密封圈；5、气相压裂设备；6、增压管；7、电极；8、电极引出体；9、绝缘套；10、绝缘垫片；11、电源两极；12充气通道；13、充气阀。
【具体实施方式】
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[0038]该方法采用气相压裂杆对高瓦斯突出危险煤层进行气相压裂作用；所述的气相压裂杆中间为空腔以存贮高压气体的高压管体，其一端为喷气阀1，其上设置有若干个喷气孔
2;另一端为充气阀13，其上连接有可供注入高压气体的充气端，充气端内部装有伸入高压管空腔中主体的增压管6，并用电极11引出体外；在进行气相压裂施工时，外接启爆器通过导线连接电极和增压管6并启爆高压气体，高压气体作用于煤层并压裂煤层。
[0039]某矿1300工作面辅助回风巷试验:
[0040]迎头正中布置I个压裂孔，压裂孔左右侧分别布置3个辅助孔，左右钻场内12个钻孔作为辅助孔，合计18个辅助孔。钻场辅助孔可在压裂作业前成孔，迎头辅助孔须在压裂后施工。
[0041]在该掘进工作面进行气相压裂施工7次，进行7个掘进循环，分别是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，统计压裂前巷道采用常规密集边掘边抽措施和迎头密集瓦斯释放钻孔消突技术，掘进140m范围内，Kl值超过临界值4次，百米超标次数为2.86次。
[0042]实施气相压裂后，Kl值下降明显，压裂后巷道掘进420m范围内，Kl值超过临界值I次，百米超标次数为0.24次，降低了 90%，效果明显，气相压裂后连续安全掘进420m。
【主权项】
1.一种低渗煤层气相压裂瓦斯快速抽采方法，该方法采用气相压裂杆对高瓦斯突出危险煤层进行气相压裂作用；所述的气相压裂杆中间为空腔以存贮高压气体的高压管体，其一端为喷气阀，其上设置有若干个喷气孔；另一端为充气阀，其上连接有可供注入高压气体的充气端，充气端内部装有伸入高压管空腔中主体的增压管，并用电极引出体外；在进行气相压裂施工时，外接启爆器通过导线连接电极和增压管并启爆高压气体，高压气体作用于煤层并压裂煤层。
2.根据权利要求1所述的一种低渗煤层气相压裂瓦斯快速抽采方法，其特征是包括以下步骤: a钻孔:在高瓦斯突出工作面的煤层实施钻孔，钻孔深5?200米或更深，孔径小于等于200毫米； b高压管置放:将不少于I支的高压管置入钻孔，连接上导线并引出钻孔外； c.钻孔密封:使用封孔装置密封钻孔； d.启动:放炮引线连接增压器，启动增压器，高压管释放出高压气体对煤层进行气相压裂； e.拆卸封孔装置，取出高压管。
3.根据权利要求2所述的一种低渗煤层气相压裂瓦斯快速抽采方法，其特征是在步骤a中，高瓦斯突出掘进工作面上，沿巷道掘进方向布孔分段压裂，但钻孔应是不间断连续，不应该出现钻孔压裂空白段，单个孔深1-200米。
4.根据权利要求2所述的一种低渗煤层气相压裂瓦斯快速抽采方法，其特征是在步骤a中，高瓦斯回采工作面上，沿工作面巷道方向布孔分段压裂，孔距2-30米，单个孔深2-200米。
5.根据权利要求2所述的一种低渗煤层气相压裂瓦斯快速抽采方法，其特征是在步骤a中，压裂钻孔之间布置有用于泄压或抽采瓦斯的辅助钻孔。
6.根据权利要求5所述的一种低渗煤层气相压裂瓦斯快速抽采方法，其特征是所述辅助钻孔的间距可根据压裂需求自行布置间距，辅助钻孔与压裂钻孔之间距离不小于I米。
7.根据权利要求2所述的一种低渗煤层气相压裂瓦斯快速抽采方法，其特征是在步骤c中，所述的封孔装置设置在钻孔内距孔口不小于3米深处。
【专利摘要】一种低渗煤层气相压裂瓦斯快速抽采方法，具体方法是，在高瓦斯突出危险工作面待开采煤层实施钻孔，将气相压裂杆放置入钻孔中，封闭钻孔，启动高压管释出高压气体压裂煤层，然后取出高压管。气相压裂作用于原始煤层，形成钻孔周围煤岩层的裂隙卸压圈，在裂隙卸压圈范围内，地应力状态改变，形成大量裂隙，渗透性大幅度提高，瓦斯快速解吸和释放，瓦斯压力和瓦斯含量快速降低，缓解煤与瓦斯突出危险程度，实现瓦斯综合治理效果。该发明方法可以应用于煤层瓦斯快速高效抽采，可以应用于回采工作而防治煤与瓦斯突出，可以应用于防止岩石和CO2突出，可以应用于防止冲击地压等等采矿动力灾害。
【IPC分类】E21F7-00, E21B43-26
【公开号】CN104612644
【申请号】CN201410663007
【发明人】唐军华, 曹运兴, 傅国廷, 赵岗飞, 张军胜, 李会双, 王慧堂, 李安红, 孙文忠, 赵锦刚, 赵健, 杜景卫, 吴阳, 苏恒, 孙丙周
【申请人】山西潞安矿业(集团)有限责任公司, 河南理工大学, 山西潞安工程有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月18日