专利名称：一种在围岩内进行高效强化抽采的系统工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于易突出煤层的局部或区域消突的方法，特别是一种在围岩内进行高效强化抽采的系统工艺。
背景技术：
传统的煤矿井下瓦斯治理主要是采用平行钻孔、斜交钻孔、网格式钻孔、浅孔卸压钻孔、高位钻孔、采空区埋管、穿层钻孔、顺层钻孔、立体交叉钻孔等进行瓦斯抽采，但效果主要取决于煤储层原始透气性，钻孔工程量大，瓦斯抽采浓度低，消突时间长。为提高煤储层透气性，采用了高压水射流扩孔、水力挤出、深孔高压注水、水力割缝法、水力冲孔、水力掏槽等水力化措施，取得了一定效果，但它们增透范围有限，且易诱发突出事故，并未得到普遍推广。借鉴石油领域的油井压裂和地面煤层气井压裂的煤矿井下水力压裂治理瓦斯成为当前新兴的技术被越来越广泛的研究应用，考察当前的众多工艺技术，目前的煤矿井下压裂都采用长钻孔一次压裂，压裂裂缝不均匀，往往形成单个短宽裂缝，产气量不高，或者是效果不能持久保持。中国专利公开号CN1534164A，
公开日期2004年10月6日，发明创造名称“低透气性高瓦斯软厚煤层远程卸压瓦斯抽采方法”。该方法包括在煤层底板的抽采巷向上方具有顺层张裂隙的软厚煤层中打出多个网格状设置的穿层抽放钻孔，卸压瓦斯沿顺层张裂隙汇集于抽放钻孔，通过抽放管路抽放，以实现抽放卸压的目的。显然，该方法钻孔数量多，需要设置多个钻场，抽采准备时间长，且只适应于能由采动形成顺层张裂隙的软煤层。中国专利公开号CN101022575A，
公开日期2007年2月5日，发明创造名称“突出煤层下向顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采方法”。该方法由浅部向深部、由低瓦斯区向高瓦斯区，由上阶段工作面机巷或腰巷施工下向倾斜长钻孔、预抽煤层瓦斯，以降低煤层瓦斯含量，区域性消除煤层的突出危险性，实现突出煤层巷道机械化掘进和安全高效开采，其仅适用于软厚煤层，且主要是通过钻孔实现瓦斯抽采，存在钻孔密度大、瓦斯抽采效率低、抽采时间长等不足。中国专利公开号CN201826748U，
公开日期2011年5月11日，发明创造名称“一种顺层钻进松软煤层深长瓦斯抽采孔的装置”，该装置包括设置在钻头上的径向喷嘴和轴向喷嘴，利用硬煤分层或顶底板容易钻孔的特点，选择性地利用轴向喷嘴在硬煤分层或顶底板中进行脉冲射流钻孔和从硬煤分层或顶底板向软煤层割缝的方式，以增大瓦斯抽采范围。但对于抽采煤巷的条带瓦斯而言，由于割缝范围大而导致割缝时间长，造成巷道掘进准备时间长、效率低。因此，现有的煤层瓦斯预抽方法不适用于煤矿瓦斯灾害治理对煤巷条带瓦斯抽采的效果和效率要求，在一定程度上制约着我国西南地区煤矿松软煤层的开采效率。
发明内容
本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种在围岩内进行高效强化抽采的系统工艺，该工艺利用普通钻机安装气动冲击器在围岩内施工，以避免卡钻、塌孔、喷孔等问题；利用高压浆液封孔，既承受压裂时的高压，又不受钻孔的仰俯限制；喷砂射孔后的规模压裂，可以实现大范围卸压增透和裂隙增透，以缩短消突时间和提高瓦斯采收率。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。一种在围岩内进行高效强化抽采的系统工艺，包括以下步骤:
a、在拟实施强化抽采的煤储层的围岩即顶板或底板内，利用普通钻机通过中空钻杆安装气动冲击器形成钻具并按要求施钻钻孔，钻孔后利用压缩空气吹洗钻孔，然后退出钻
亘.N 9
b、拆下气动冲击器并将钻杆与喷射头密封固定连接形成水力喷射装置，并将喷射头送到钻孔内的设定深度位置；
C、将水力喷射装置与压裂泵组连接，使其形成完整的高压系统；
d、启动压裂泵组试压，试压包括在设定工作压力下持续时间不少于5min、介质的砂比不闻于5% ；
e、在钻孔的设定深度的设定相位进行高压喷砂射孔以形成喷射孔，喷射孔贯穿钻孔的围岩层孔壁并伸入煤储层；实时监测现场情况，若系统压力出现异常，则停止喷射并采取相应措施，使其恢复正常后继续喷砂射孔作业；
f、转动喷射装置至下一相位，重复执行步骤e，直至钻孔在同一深度上的所有喷射孔喷射完成；·
g、移动喷射装置到喷射点，重复执行步骤el，直至钻孔上的所有喷射孔喷射完成；其中，位于最外端的喷射孔与钻孔的封孔段最里端的距离不少于5m ；
h、以钻孔为中心，布置一定数量和间距的考察孔，考察孔用于后期进行压裂影响范围的确定；
1、采用注浆封孔方式在钻孔和考察孔的孔口形成封孔段，并在考察孔外端连接可远程显示考察孔内部压力且示值范围不低于50MPa的压力表；
j、连续一周且每天至少一次观察和记录压力表读数数据，并绘制成压力曲线；k、将钻孔与压裂泵组连接，钻孔作为压裂孔进行压裂施工作业；压裂时，远程观测考察孔的压力变化情况并与压力曲线数据进行对比，以压力变化值确定压裂影响范围；压裂影响范围达到要求执行步骤1，否则，继续压裂；
1、停止压裂作业，在钻孔及考察孔孔口外均安装气水渣分离器和瓦斯监测设备，并将瓦斯抽采设备通过气水分渣离器分别与钻孔和考察孔连接；
m、进行边排水边负压带抽作业，定期对目标区域的瓦斯突出危险性进行验证，若达标，则执行步骤η ;若不达标，继续执行本步骤；η、停止抽采。本发明中考察孔的位置、数量应根据煤巷断面大小及煤层地质条件确定；吹洗钻孔的压缩空气气压彡1.2MPa。所述注浆封孔方式在钻孔或考察孔的孔口形成的封孔段，包括形成由由里向外设置的封孔里段、封孔中段和封孔外段组成所述封孔段，其中，封孔里段由内端头、有机浆液封孔段和棉纱封孔段组成；封孔中段通过灌注标号> 425的水泥浆液形成；封孔外段由有机浆液封孔段和外端堵头组成；在钻孔或考察孔的孔口还设有固定连接为一体的注浆管和注水管，在注浆管或注水管上按固定连接方式设有多个支撑片，注浆管里端出口位于封孔中段，注浆管的外端位于钻孔或考察孔的孔口外用于与注浆系统连接，注水管的内端出口贯穿封孔段伸入钻孔或考察孔内，注水管的内端出口位于钻孔或考察孔的孔口外，压裂孔内的注水管外端分别用于在水力喷射和压裂时与压裂泵组连接，在负压带抽时与气水渣分离器连接；位于考察孔内的注水管外端用于负压带抽时与气水渣分离器和压力表连接；在压力观察记录时与压力表连接。利用本方法在围岩层中施钻多个用于压裂的钻孔，并以钻孔为中心，布设多个考察孔，以通过多个压裂孔和考察孔实施大范围的压裂和强化抽采作业，实现区域防突的目的。具体范围根据压裂泵组组的负载能力和煤岩层性质确定。本发明的有益效果是:选择在构成煤层围岩层的顶板或底板中钻孔，避免了在软煤分层中钻孔容易出现塌孔、卡钻等问题，同时，对煤岩体通过高压喷射形成分支孔，增大煤体的暴露面积；利用分支空腹进行高压定向水力压裂，压穿裂缝之间的煤岩体，使煤层中原有的裂缝充分张开、延伸、相互贯通，使煤体大范围卸压增透，提高瓦斯抽采率，确保巷道掘进工作安全，缩短巷道掘进的准备时间，提高煤层开采效率。
图1是本发明的工艺流程图。图2是本发明在中钻孔3水力喷射形成喷射孔5后的结构示意图。图3是本发明中封孔及压裂工艺相关示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。参见图1、图2、图3，一种在围岩6内进行高效强化抽采的系统工艺，包括以下步骤:
a、在拟实施强化抽采的煤储层8的围岩6即顶板或底板内，利用普通钻机通过中空钻杆I安装气动冲击器形成钻具并按要求施钻钻孔3，钻孔3后利用压缩空气吹洗钻孔3，然后退出钻具；
b、拆下气动冲击器并将钻杆I与喷射头7密封固定连接形成水力喷射装置，并将喷射头7送到钻孔3内的设定深度位置；
C、将水力喷射装置与喷射及压裂系统的压裂泵组4连接，使其形成完整的高压系统；
d、启动压裂泵组4试压,试压包括在设定工作压力下持续时间不少于5min、介质的砂比不闻于5% ；
e、在钻孔3设定深度的设定相位进行高压喷砂射孔以形成喷射孔5，喷射孔5贯穿钻孔3的围岩6层孔壁并伸入煤储层8 ;实时监测现场情况，若系统压力出现异常，则停止喷射并采取相应措施，使其恢复正常后继续喷砂射孔作业；
f、转动喷射装置至下一相位，重复执行步骤e，直至钻孔3在同一深度上的所有喷射孔5喷射完成；
g、移动喷射装置到喷射点，重复执行步骤el，直至钻孔3上的所有喷射孔5喷射完成；其中，位于最外端的喷射孔5与钻孔3的封孔段2最里端的距离不少于5m ；
h、以钻孔3为中心，布置一定数量和间距的考察孔，考察孔用于后期进行压裂影响范围的确定；
1、采用注浆封孔方式在钻孔3和考察孔的孔口形成封孔段2，并在考察孔外端连接可远程显示考察孔内部压力且示值范围不低于50MPa的压力表；
j、连续一周且每天至少一次观察和记录压力表读数数据，并绘制成压力曲线；k、将钻孔3与压裂泵组4连接，钻孔3作为压裂孔进行压裂施工作业；压裂时，远程观测考察孔的压力变化情况并与压力曲线数据进行对比，以压力变化值确定压裂影响范围；压裂影响范围达到要求执行步骤1，否则，继续压裂；
1、停止压裂作业，在钻孔3及考察孔孔口外均安装气水渣分离器和瓦斯监测设备，并将瓦斯抽采设备通过气水渣分离器分别与钻孔3和考察孔连接；
m、进行边排水边负压带抽作业，定期对目标区域的瓦斯突出危险性进行验证，若达标，则执行步骤η ;若不达标，继续执行本步骤；η、停止抽采。所述注浆封孔方式在钻孔3或考察孔的孔口形成的封孔段2，包括形成由里向外设置的封孔里段21、封孔中段22和封孔外段23组成封孔段2，其中，封孔里段21由内端头21a、有机浆液封孔段21b和棉纱封孔段21c组成；封孔中段22通过灌注标号> 425的水泥浆液形成；封孔外段23由有机浆液封孔段23a和外端堵头23b组成；在钻孔3或考察孔的孔口还设有固定连接为一体的注浆管11和注水管10，在注浆管11或注水管10上按固定连接方式设有多个支撑片14，注浆管11里端出口位于封孔中段22，注浆管11的外端位于钻孔3或考察孔的孔口外用于与注浆系统连接，注水管10的内端出口贯穿封孔段2伸入钻孔3或考察孔内，注水管10的内端出口位于钻孔3或考察孔的孔口外，压裂孔内的注水管10外端分别用于与压裂泵组4连接和气水渣分离器连接；位于考察孔内的注水管10外端用于与气水渣分离器和压力表连接。所述吹洗钻孔3的压缩空气气压彡1.2MPa。所述考察孔的位置、数量应根据煤巷断面大小及煤层地质条件确定。本实施例中的喷射及压裂系统除设有压裂泵组4外还设有控制柜12和泄压阀13。本实施例中的注浆系统设有混浆罐15、注浆泵16、第二泄压阀17和系统压力表18等ο在具体区域防突应用中，可利用本方法在围岩6层中施钻多个用于压裂的钻孔3，并以钻孔3为中心，布设多个考察孔，以通过多个压裂孔和考察孔实施大范围的压裂和强化抽采作业，实现区域防突的目的。以上虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，这些修改和变化应理解为是在本发明的范围和意图之内的。
权利要求
1.一种在围岩内进行高效强化抽采的系统工艺，其特征在于，包括以下步骤: a、在拟实施强化抽采的煤储层(8)的围岩(6)内，利用普通钻机通过中空钻杆(I)安装气动冲击器形成钻具并按要求施钻钻孔(3)，钻孔(3)达设定深度后利用压缩空气吹洗钻孔(3)，然后退出钻具； b、拆下气动冲击器并将钻杆(I)与喷射头(7)密封固定连接形成水力喷射装置，并将喷射头(7)送到钻孔(3)内的设定深度位置； C、将水力喷射装置与喷射及压裂系统的压裂泵组(4)连接，使其形成完整的高压系统； d、启动压裂泵组(4)试压，试压包括在设定工作压力下持续时间>5min、介质的砂比(5% ； e、在钻孔(3)设定深度的设定相位进行高压喷砂射孔以形成喷射孔(5)，喷射孔(5)贯穿钻孔(3)的围岩(6)层孔壁并伸入煤储层(8);实时监测现场情况，若系统压力出现异常，则停止喷射并采取相应措施，使其恢复正常后继续喷砂射孔作业； f、转动喷射装置至下一相位，重复执行步骤e，直至钻孔(3)在同一深度上的所有喷射孔(5)嗔射完成； g、移动喷射装置到喷射点，重复执行步骤eTf.，直至钻孔(3)上的所有喷射孔(5)喷射完成；其中，位于最外端的喷射孔(5)与钻孔(3)的封孔段(2)最里端的距离> 5m； h、以钻孔(3)为中心，布置一定数量和间距的考察孔，考察孔用于后期进行压裂影响范围的确定； 1、采用注浆封孔方式在钻 孔(3)和考察孔的孔口形成封孔段(2)，并在考察孔外端连接可远程显示考察孔内部压力且示值范围彡50MPa的压力表； j、连续一周且每天至少一次观察和记录压力表读数数据，并绘制成压力曲线； k、将钻孔(3)与压裂泵组(4)连接，钻孔(3)作为压裂孔进行压裂施工作业；压裂时，远程观测考察孔的压力变化情况并与压力曲线数据进行对比，以压力变化值确定压裂影响范围；压裂影响范围达到要求执行步骤1，否则，继续压裂； 1、停止压裂作业，在钻孔(3)及考察孔孔口外均安装气水渣分离器和瓦斯监测设备，并将瓦斯抽采设备通过气水渣分离器分别与钻孔(3)和考察孔连接； m、进行边排水边负压带抽作业，定期对目标区域的瓦斯突出危险性进行验证，若达标，则执行步骤η ;若不达标，继续执行本步骤； η、停止抽采。
2.根据权利要求1所述的在围岩内进行高效强化抽采的系统工艺，其特征在于，所述注浆封孔方式在钻孔(3)或考察孔的孔口形成的封孔段(2)，包括形成由由里向外设置的封孔里段(21)、封孔中段(22)和封孔外段(23)组成所述封孔段(2)，其中，封孔里段(21)由内端头(21a)、有机浆液封孔段(21b)和棉纱封孔段(21c)组成；封孔中段(22)通过灌注标号> 425的水泥浆液形成；封孔外段(23)由有机浆液封孔段(23a)和外端堵头(23b)组成；在钻孔(3)或考察孔的孔口还设有固定连接为一体的注浆管(11)和注水管(10)，在注浆管(11)或注水管(10)上按固定连接方式设有多个支撑片(14)，注浆管(11)里端出口位于封孔中段(22)内，注浆管(11)的外端位于钻孔(3)或考察孔的孔口外；注水管(10)的内端出口穿过封孔段(2)伸入钻孔(3)或考察孔内，注水管(10)的内端出口位于钻孔(3)或考察孔的孔口外。
3.根据权利要求1所述的在围岩内进行高效强化抽采的系统工艺，其特征在于，所述吹洗钻孔(3)的压缩空气气压彡1.2MPa。
4.根据权利要求1所述的在围岩内进行的高效强化抽采的工艺，其特征在于，所述考察孔的位置、数量应根据煤巷断面大小及煤层地质条件确定。
全文摘要
本发明公开了一种在围岩内进行高效强化抽采的系统工艺，包括在拟实施强化抽采的煤储层的围岩即顶板或底板内，利用普通钻机通过气动冲击器形成钻孔，采用水力喷砂射孔方式喷射连通煤岩层与钻孔的多个喷射孔，以钻孔为中心布设多个观察孔，对钻孔和观察孔进行封孔处理；通过钻孔进行压裂，通过观察孔的监测压力变化情况确定压裂影响范围，利用钻孔和观察孔进行边排水边负压带抽作业。优选，封孔作业采用灌浆封孔方式进行。本发明的有益效果是，可避免在软煤分层中钻孔容易出现塌孔、卡钻等问题，高压喷射形成的分支孔，增大了煤体的暴露面积；水力压裂压穿了裂缝之间的煤岩体，使煤层中原有的裂缝充分张开、延伸、相互贯通，使煤体大范围卸压增透，提高瓦斯抽采率。
文档编号E21B1/00GK103195468SQ20131011217
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者周东平, 徐涛, 周声才, 覃乐, 王文春, 何兴玲, 沈大富, 余模华, 郭臣业, 王联, 何苗, 周俊杰, 李栋, 张迪, 张翠兰 申请人:重庆市能源投资集团科技有限责任公司