一种“三软”低透气性高瓦斯煤层泄压增透系统的制作方法

本实用新型涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种“三软”低透气性高瓦斯煤层泄压增透系统。

背景技术：

我国95％以上的高瓦斯和突出矿井所开采的煤层多属于低透气性煤层，透气性系数只有10^-3～10^-4m²/(MPa^2.d)，瓦斯抽放难度非常大，抽放率较低。为实现超前区域消突，现阶段煤层泄压增透的主要技术方法包括水力压裂、水力割缝、高压水射流冲孔(扩孔)等技术方法。这些方法在某些特定的煤层和地质条件下可以起到较好的泄压增透作用，但针对“三软”低透气性高瓦斯煤层，特别对于无保护层开采的“三软”低透气性高瓦斯煤层，应用效果并不理想。

由于实施本煤层内泄压增透措施都是以先施工完成一定规格的煤层钻孔为前提的，这就导致在“三软”低透气性高瓦斯煤层层内泄压增透措施成在以下问题：由于我国“三软”低透气性高瓦斯煤层具有低透气性和易流变性特征，在松软破碎的低透气性高瓦斯煤层钻孔施工过程中，容易产生卡钻、顶钻和喷孔的现象，同时“三软”低透气性高瓦斯煤层的抽采钻孔不易维护，导致钻孔流量衰减系数大、抽采效果差、水力措施作用范围小和钻孔施工工程量大。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是解决“三软”低透气性高瓦斯煤层中实施水力压裂增透措施达不到理想效果的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种“三软”低透气性高瓦斯煤层泄压增透系统，包括水箱、压力泵、增压管路、以及设置在煤层中的水力压裂钻孔和控制钻孔，所述水力压裂钻孔与所述控制钻孔的数量均为多个，多个所述水力压裂钻孔平行设置，多个所述控制钻孔与多个所述水力压裂钻孔平行且交错设置，所述压力泵连接于所述增压管路与所述水箱之间，所述增压管路的出水口与所述水力压裂钻孔连接，用于向所述水力压裂钻孔内通入压裂水。

其中，所述增压管路上设有变径接头，用于增大水压。

其中，所述增压管路上设有截止阀。

其中，所述水力压裂钻孔和所述控制钻孔设置在煤层厚度大于 0.5m处。

其中，所述水力压裂钻孔自煤层处开设至顶板中，且所述水力压裂钻孔位于所述顶板中的部分与所述煤层平行，所述水力压裂钻孔位于所述煤层中的部分与煤层的倾斜方向之间的夹角不小于20°。

其中，所述水力压裂钻孔位于所述煤层中的长度介于1m～1.5m之间。

其中，所述水力压裂钻孔与所述控制钻孔之间的距离在单个所述水力压裂钻孔的压裂有效影响半径之内。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供的一种“三软”低透气性高瓦斯煤层泄压增透系统，在巷道中向“三软”低透气性高瓦斯煤层布置多个水力压裂钻孔和控制钻孔，采用压裂泵向水力压裂钻孔内通过高压的压裂水进行定向水力压裂，水力压裂的作用可造成周围顶板及煤层的松动预裂，借助顶板岩体具有较高强度的特点，利用控制钻孔扩大水力压裂的范围。“三软”低透气性高瓦斯软煤层及其顶板松动后裂隙大量的增加，“三软”低透气性高瓦斯煤层中的吸附态瓦斯解吸，沿着贯穿裂隙大量向顶板的岩层裂隙系统中运移，在顶板形成高瓦斯聚集区，这样在顶板岩层中利用控制钻孔强化预抽煤岩体裂隙中的蕴含的瓦斯，即可成功够避开在松软煤层内施工钻孔的各种不利因素。本实用新型简单易行，所采用的系统结构简单，使用效果好，能有效解决“三软”低透气性高瓦斯煤层中实施水力压裂增透措施往往达不到理想的效果等问题，大大提高了瓦斯抽采效果。

除了上面所描述的本实用新型解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本实用新型的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的“三软”低透气性高瓦斯煤层泄压增透系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的水力压裂钻孔和控制钻孔的布置图。

图中：1：顶板；2：煤层；3：水力压裂钻孔；4：控制钻孔；5：巷道；6：水箱；7：压裂泵；8：截止阀；9：变径接头；10：增压管路；11：瓦斯探头。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的“三软”低透气性高瓦斯煤层泄压增透系统，包括水箱6、压力泵7、增压管路10、以及设置在煤层中的水力压裂钻孔3和控制钻孔4，水力压裂钻孔3与控制钻孔4的数量均为多个，多个水力压裂钻孔3平行设置，多个控制钻孔4与多个水力压裂钻孔3平行且交错设置，压力泵的进水口与水箱6 连接，出水口通过增压管路10与水力压裂钻孔3连接，用于向水力压裂钻孔3内通入高压水。水力压裂的作用可造成周围顶板及煤层的松动预裂，借助顶板岩体具有较高强度的特点，利用控制钻孔扩大水力压裂的范围。“三软”低透气性高瓦斯软煤层及其顶板松动后裂隙大量的增加，“三软”低透气性高瓦斯煤层中的吸附态瓦斯解吸，沿着贯穿裂隙大量向顶板的岩层裂隙系统中运移，在顶板形成高瓦斯聚集区，这样在顶板岩层中利用控制钻孔强化预抽煤岩体裂隙中的蕴含的瓦斯，即可成功够避开在松软煤层内施工钻孔的各种不利因素。本实用新型简单易行，所采用的系统结构简单，使用效果好，能有效解决“三软”低透气性高瓦斯煤层中实施水力压裂增透措施往往达不到理想的效果等问题，大大提高了瓦斯抽采效果。

进一步地，增压管路10上设有变径接头9，用于增大水压。压裂水在流经变径接头9后，增压管路10的直径变小，因此增压管路10 内的水压增大，提高了水力压裂的效果。

进一步地，增压管路10上设有送水阀和截止阀8。打开送水阀用于使压裂水经过增压管路10进入到水力压裂钻孔3内，打开截止阀8 用于停止压裂。

进一步地，水力压裂钻孔3和控制钻孔4设置在煤层厚度大于0.5m 处。

进一步地，水力压裂钻孔3自煤层2处开设至顶板1中，且水力压裂钻孔3位于顶板1中的部分与煤层2平行，水力压裂钻孔3位于煤层2中的部分与煤层2的倾斜方向之间的夹角不小于20°。控制钻孔4与水力压裂钻孔3平行。

进一步地，水力压裂钻孔3位于煤层2中的长度介于1m～1.5m之间。

进一步地，水力压裂钻孔3与控制钻孔4之间的距离在单个水力压裂钻孔3的压裂有效影响半径之内。

使用时，首先，自煤层向顶板位置钻取水力压裂钻孔3和控制钻孔4。

通过水力压裂钻孔3向顶板1内通入压裂水对顶板1进行压裂作业；在选定水力压裂钻孔3与控制钻孔4的位置时，需要考虑实施压裂煤层的厚度，煤层2的厚度要求大于0.5m，还要考虑顶板1中有无伪顶，如果有伪顶，其厚度要求在1m～2m。

另外，在进行压裂作业之前，开启压裂泵试运行5分钟，然后将增压管路放置在水力压裂钻孔3中，进行压裂前的试压，若出现压在在0～5MPa之间徘徊，通过监控设备确定是封孔不严漏水，则此孔作废；若出现压力急剧上升，则开启截止阀、关停压裂泵7，通畅增压管路10之后重新打开压裂泵7，若压力缓慢上升且达到8.0MPa，此时为正常状态，将水力压裂钻孔3密封。

当整个压裂过程处于正常状态之后，通过压裂泵7向水力压裂钻孔3中注入压裂水，此时采用的是动压注水的方式，即开始时注水压力先升到8MPa，然后以每5分钟上升2PMa的速度升压，直至注水压力达到起裂压力时，维持起裂压力进行注水一段时间，起裂压力一般为20MPa～35MPa，当压力迅速下降，并持续加压时压力泵注水压力无明显上升，或者检测到巷道5内的瓦斯浓度明显升高时，说明煤层岩体内部产生了大量裂缝，此时采用5～15MPa大排量档位注水扩大裂缝范围，20分钟后打开截止阀8结束压裂。

压裂结束后封堵水力压裂钻孔3，将增压管路10取出后，封堵水力压裂钻孔3，然后通过变径接头9将布置在水力压裂钻孔3内的压裂管或控制钻孔内的内管路与抽采管路连接，并在抽采管上留有相应的接口进行抽采浓度、流量、负压等参数的测试，抽采由于贯穿水压裂缝形成所造成的“三软”低透气性高瓦斯煤层泄压区域的瓦斯。

在压裂实施过程中，通过密切观察设置在巷道5内的瓦斯探头11 的读数，掌握压裂期间巷道5内的瓦斯浓度变化情况并详细记录，一旦发生瓦斯浓度异常，要及时进行泵注程序调整。若瓦斯探头11浓度超限(一般按照1％设计)，则暂停注水，有异常情况要随时将人员撤出。

在水力压目标工作面压裂钻场左右帮分别施工5个顺煤层平行钻孔作为压裂后观测孔，观测时候有水，每个钻孔间距及孔深和水力压裂钻孔相同，在压裂前和压裂后，水力压裂钻孔炼乳抽采系统实施抽采，记录抽采流量、抽采浓度、抽采负压等相关参数，通过计算、分析压裂前后钻孔周围煤层中的瓦斯含量的变化情况，最终确定抽采半径。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种“三软”低透气性高瓦斯煤层泄压增透系统，利用控制钻孔扩大水力压裂的范围。“三软”低透气性高瓦斯软煤层及其顶板松动后裂隙大量的增加，“三软”低透气性高瓦斯煤层中的吸附态瓦斯解吸，沿着贯穿裂隙大量向顶板的岩层裂隙系统中运移，在顶板形成高瓦斯聚集区，这样在顶板岩层中利用控制钻孔强化预抽煤岩体裂隙中的蕴含的瓦斯，即可成功够避开在松软煤层内施工钻孔的各种不利因素。本实用新型简单易行，所采用的系统结构简单，使用效果好，能有效解决“三软”低透气性高瓦斯煤层中实施水力压裂增透措施往往达不到理想的效果等问题，大大提高了瓦斯抽采效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。