一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤层气体抽采领域，特别是一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透方法及系统。
【背景技术】
[0002]目前高瓦斯低透气性煤层普遍采用的卸压增透措施包括深孔松动爆破、水射流割缝技术、水力冲孔技术和井下煤层水力压裂技术，但深孔爆破、水射流割缝技术、水力冲孔技术存在钻孔有效影响范围小、工作量大、施工工艺复杂等问题。
[0003]水力压裂技术在煤矿井下煤层增透方面取得了一定的效果，该技术的缺点主要表现在煤层中高压水进入煤体后，使煤体中的黏性矿物发生膨胀，煤层软化，导致裂隙通道闭锁，减弱了水力压裂增透煤体的效果。压裂介质由水变为气体时，将克服以上问题，然而由于气体具有可压缩性，采用气体压裂煤层的压裂压力将远高于水压，则高压气体压裂煤层会面临密封性难题，一旦密封不严，压裂煤层的气体压力就无法达到煤层的致裂压力，导致高压气体压裂煤层失败。亟需要一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透的系统。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供利用井下压风系统为煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透提供风源且操作简单、安全可靠的煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透的系统。
[0005]本发明的技术方案:一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透方法及系统，包括注气系统、注液系统、注楽系统和压风系统；注气系统分别与抽米系统、压风系统连接，压风系统分别连接注液系统、注浆系统；所述注气系统由制氮机、第一阀门、气动增压泵、集气罐、第一压力表、第二阀门、减压阀、第二压力表、第三阀门、第一三通管、第二三通管、压裂抽采管组成；
其中:制氮机、第一阀门、气动增压泵、集气罐、第二阀门、减压阀、第二压力表、第三阀门、第一三通管、第二三通管依次连接在注气管路上，集气罐上安装有第一压力表；第一三通管的一个连接端连接有背压阀，第二三通管的一个连接端与第十阀门连接。
[0006]所述注液系统包括风动第一注浆泵、第一注浆管、第五阀门。
[0007]所述注浆系统包括风动第二注浆泵、第二注浆管、第九阀门。
[0008]所述压风系统包括压风管路、风动主管路、第四阀门、四通管，四通管分别连接第一支管路、第二支管路、第三支管路和风动主管路，第一支管路上连接有第六阀门并与风动增压泵连接，第二支管路上连接有第八阀门并与风动第一注浆泵连接，第三支管路上连接有第七阀门并与风动第二注浆泵连接。
[0009]本发明具有下述有益效果:
(1)本发明利用井下压风系统为煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透提供风源，易获取，且系统内个组成部分为无电部件，实现井下注气过程中的本质安全性；
(2)本发明采用高压氮气压裂增透煤层，气体的高度扩散性，尽可能多地打开煤体中原生微裂隙通道，增强煤体的裂隙度和连通率。
【附图说明】
[0010]图1是本发明煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透的系统的示意图。
[0011]图中:1.制氮机，2.第一阀门，3.气动增压泵，4.集气罐，5.第一压力表，6.第二阀门，7.减压阀，8.第二压力表，9.压风管路，10.第三阀门，11.注气管路，12.第一三通管，13.第二注浆管，14.第一注浆管，15.压裂抽采管，16.背压阀，17.煤层钻孔，18.第二三通管，19.第十阀门，20.抽采系统，21.风动主管路，22.第四阀门，23.水泥砂浆，24.第九阀门，25.四通管，26.第六阀门，27.第一支管路，28.第二支管路，29.第八阀门，30.风动第一注浆泵，31.堵漏粘液，32.第五阀门，33.第七阀门，34.第三支管路，35.风动第二注浆泵。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步说明。
[0013]图1所示，由注气系统、注液系统、注浆系统和压风系统组成；所述注气系统由制氮机1、第一阀门2、气动增压泵3、集气罐4、第一压力表5、第二阀门6、减压阀7、第二压力表8、第三阀门10、第一三通管12、第二三通管18依次通过注气管路11连接并与压裂抽采管15连接；压裂抽采管15通入煤层钻孔17 ;
其中:第一三通管12的一个连接端通过管道连接背压阀16 ;集气罐4上安装有第一压力表5 ;减压阀7与第三阀门10之间的连接管道上设有第二压力表8 ;第二三通管18的一个连接端与第十阀门19连接；第十阀门19通过管道与抽采系统20连接；所述注液系统包括风动第一注浆泵30、第一注浆管14、第五阀门32 ;所述注浆系统包括风动第二注浆泵35、第二注浆管13、第九阀门24 ;所述压风系统为现有煤矿井下压风系统，它包括压风管路9 ;压风管路9通过管道连接风动主管路21 ;风动主管路21上依次连接第四阀门22和四通管25 ;四通管25的四个连接端分别连接第一支管路27、第二支管路28、第三支管路34和风动主管路21 ;第一支管路27与气动增压泵3连接，第一支管路27与气动增压泵3连接管道上连接有第六阀门26 ;第二支管路28依次连接第八阀门29、风动第一注浆泵30、第五阀门32，第五阀门与第一注浆管14连接；第三支管路34依次连接第七阀门33、风动第二注浆泵35、第九阀24，第九阀门24与第二注浆管13连接；风动主管路21与压风管路9连接，风动主管路21与压风管路9之间连接有第四阀门22。
[0014]煤层钻孔孔口采用6~10m的聚氨酯密封，压风管路中的空气经第四阀门进入风动主管路，打开第七阀门，空气进入第三支管路，带动风动第二注浆泵，打开第九阀门，将水泥砂浆由第二注浆管注入煤层钻孔，直至水泥砂浆从第二注浆管中溢出时，关闭第九阀门；
待水泥砂浆完全凝固后，打开第八阀门，空气进入第二支管路，带动风动第一注浆泵，打开第五阀门，将堵漏粘液由第一注浆管注入煤层钻孔，直至堵漏粘液从压裂抽采管中溢出时，关闭第五阀门；打开第六阀门，空气进入第一支管路，带动气动增压泵，将制氮机产生的氮气注入集气罐中，当集气罐中氮气压力达到80~90MPa时，打开第二阀门，调节减压阀，使氮气压力降至30~50MPa，打开第三阀门，经压裂抽采管注入煤层钻孔，注气20~60min，气体将堵漏粘液压入裂隙中，提高密封效果。当注气压力下降至20MPa以下时，说明煤层已经被压裂，持续注气30~60min使裂隙进一步发育后，停止压裂。关闭第三阀门、第六阀门，打开第十阀门，由抽采系统对煤层瓦斯进行抽采。
【主权项】
1.一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透的系统，包括煤矿井下压风系统，其特征在于煤矿井下压风系统连接注气系统，注气系统分别连接注液系统、注浆系统，煤矿井下压风系统的压风管路(9)与风动主管路(21)之间连接有第四阀门(22)，风动主管路(21)通过四通管(25)分别连接第一支管路(27)、第二支管路(28)、第三支管路(34)，第一支管路(27)上设有第六阀门(26)并与气动增压泵(3)连接，第二支管路(28)上设有第八阀门(29)并与风动第一注浆泵(31)连接，第三支管路(34)上设有第七阀门(33)并与风动第二注浆泵(35)连接，风动主管路(21)上连接有第四阀门(22)。2.根据权利要求1所述一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透的系统，其特征在于所述注气系统由制氮机(I)、第一阀门(2)、注气管路(11)、气动增压泵(3)、集气罐(4)、第二阀门(6)、减压阀(7)、第二压力表(8)、第三阀门(10)、第一三通管(12)、第二三通管(18)、压裂抽采管(15)依次连接组成，其中第一三通管(12)的一个连接端连接有背压阀(16)，第二三通管(18)的一个连接端与第十阀门(19)连接，集气罐(4)设有第一压力表(5)03.根据权利要求1所述一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透的系统，其特征在于所述注液系统包括风动第一注浆泵(30)、第一注浆管(14)、第五阀门(32);风动第一注浆泵(30)通过与第一注浆管(14)之间的连接管道上连接有第五阀门(32)。4.根据权利要求1所述一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透的系统，其特征在于所述注浆系统包括风动第二注浆泵(35)、第二注浆管(13)、第九阀门(24);风动第二注浆泵(35)与第二注浆管(13)之间的连接管道上连接有第九阀门(24)。5.根据权利要求1所述一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透的系统，其特征在于所述背压阀的压力调节为30~50MPa。6.一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透方法，采用权利要求1所述的一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透的系统，其特征在于压风管路中的空气经第四阀门进入风动主管路，打开第七阀门，空气进入第三支管路，带动风动第二注浆泵，打开第九阀门，将水泥砂浆由第二注浆管注入煤层钻孔，直至水泥砂浆从第二注浆管中溢出时，关闭第九阀门； 待水泥砂浆完全凝固后，打开第八阀门，空气进入第二支管路，带动风动第一注浆泵，打开第五阀门，将堵漏粘液由第一注浆管注入煤层钻孔，直至堵漏粘液从压裂抽采管中溢出时，关闭第五阀门； 打开第六阀门，空气进入第一支管路，带动气动增压泵，将制氮机产生的氮气注入集气罐中，当集气罐中氮气压力达到80~90MPa时，打开第二阀门，调节减压阀，使氮气压力降至30~50MPa，打开第三阀门，经压裂抽采管注入煤层钻孔，注气20~60min，气体将堵漏粘液压入裂隙中；当注气压力低于20MPa，持续注气30~60min，停止压裂；关闭第三阀门、第六阀门，打开第十阀门，由抽采系统对煤层瓦斯进行抽采。
【专利摘要】一种煤矿井下煤层钻孔高压气体压裂增透的系统，属于煤层气体抽采领域，它包括煤矿井下压风系统，其特征在于煤矿井下压风系统连接注气系统，注气系统分别连接注液系统、注浆系统，煤矿井下压风系统的压风管路与风动主管路之间连接有第四阀门，风动主管路通过四通管分别连接第一支管路、第二支管路、第三支管路，第一支管路上设有第六阀门并与气动增压泵连接，第二支管路上设有第八阀门并与风动第一注浆泵连接，第三支管路上设有第七阀门并与风动第二注浆泵连接，风动主管路上连接有第四阀门。本发明利用井下压风系统为高压气体压裂增透提供风源，易获取，且系统内个组成部分为无电部件安全可靠。
【IPC分类】E21B33/13, E21F7/00, E21B43/26
【公开号】CN104989356
【申请号】CN201510314529
【发明人】胡胜勇, 张钰亭, 冯国瑞, 李振
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月10日