断是否停止射孔。若钻孔13返出的液体成分中有煤渣或者岩渣时，则继续射孔；若钻孔13返出的液体开始变得澄清，既无岩渣又无煤渣时，停止射孔，射孔所用射孔液的成分包含水和细砂；(5)在与工序(4)同一个单元内利用一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的装置的膨胀式封隔器4、滚珠滑套5以及钻杆I之间的配合进行水力压裂，当高压注水泵2的泵压达到注液压力以上若稳定一段时间后，压力迅速下降，并持续加压时压力无明显上升，说明煤层12裂隙已与邻近压裂煤层12裂隙连通，则停止压裂；若持续加压时压力迅速上升，则说明压裂液正在破裂煤层12，此时应继续加压压裂；(6)选择不同的单元依次进行工序(4)和工序(5)，直至整个钻孔13完成射孔和压裂作业，(6)对钻孔13内进行负压瓦斯抽采。
[0025]钻孔13以钻场11为圆心的扇形区域内呈放射状均匀分布，钻孔13深度应穿过原岩应力区进入回风平巷侧煤壁的支承应力集中区内，可增大对煤层12的压裂范围，钻孔13沿其轴向每15m为一个单元。
[0026]钻场11由运输平巷14 一侧向顶板开掘而成，钻场11平台底部与煤层12之间的距离为lm，钻孔13直径为94mm。
[0027]膨胀式封隔器4的坐封压力必须大于射孔注液压力而小于压裂设计注液压力；当水砂射孔时，膨胀式封隔器4并不坐封，射孔液可以环空返出，水力压裂时，注液压力达到膨胀式封隔器4坐封压力后膨胀式封隔器4的胶筒扩张与钻孔壁紧密接触，实现环空密封，膨胀式封隔器4为现有设备，故其具体结构在本发明中不在赘述。
[0028]实施例1
对于埋深623 m，平均厚度4.8 m的单一煤层，煤层12倾角6° ~12°，平均为8°左右。煤质松软且多为碎块状。煤层12相对瓦斯含量27 m3/t，瓦斯压力1.8 MPa0煤层12直接顶为砂岩，厚?.5-12.8 m，平均厚9.1 m ;老顶为细砂岩，厚4~22.4 m，平均厚14.9 m ;煤层12底板为炭质泥岩或泥岩，厚3.9-27.6 m，平均厚16.2 m。顶板岩层完整性较好。
[0029]根据运输平巷14空间位置及煤层12层位关系、工作面长度、煤层12倾角、煤质硬度、顶底板岩性等参数设计钻场11位置、钻孔13距煤层12距离、钻孔13长度、钻孔13个数及射孔密度。
[0030]从运输平巷14 一帮向拟采煤层12顶板施工一个底板距煤层12的距离为I m，且宽4 m、长4.5 m、高2.5 m的挑顶钻场11。
[0031]在钻场11内通过钻杆I带动钻头6转动施工钻孔13，钻孔13距离钻场11底部为lm，将每个钻孔13按其轴向长度划分，每15m为一个单元，然后对钻孔13的每个单元依次进行射孔和压裂施工，由于珠滑套5转动套设于钻杆I上且滚珠滑套5的重心位于滚珠滑套5的中心和喷砂嘴7之间，当钻杆I转动时，在重力的作用下，护套9通过滚珠10与钻杆I相对转动，从而使喷砂嘴7始终竖直向下，在进行射孔施工时，启动高压注水泵2和加沙装置3，由水和沙子组成的混合物进入钻杆I内，并通过喷孔8进入护套9与钻杆I组成的腔体内，由于护套9两端与钻杆I之间设置有密封结构，因此水和沙子组成的混合物以高压力从喷砂嘴7竖直向下喷出，根据钻孔13内的返液判断射孔是否直达煤层12 ;射孔施工结束后进行压裂施工，通过高压注水泵2和加沙装置3在钻杆I内注入压裂液，压裂液由细砂和含有2%kcl的水组成，细砂的直径为0.2-1.2 mm,且压裂液中细砂的含量为5%，压裂液的注液压力为30 Mpa，膨胀式封隔器4型号为K344型膨胀式封隔器，压裂液由喷砂嘴7竖直向下喷出，由于喷砂嘴7节流压差使膨胀式封隔器4坐封，相邻的膨胀式封隔器4形成封闭的环境，由于滚珠滑套5位于相邻的膨胀式封隔器4之间，利用煤层12的抗压强度小于岩石抗压强度的特点，随着压裂液的不断注入，压力逐渐变大，喷砂嘴7喷出的压裂液通过射孔进入煤层12使之产生立体裂隙网络，而作为支撑剂的细砂可防止压裂液返回以后裂隙重新闭合。
[0032]压裂施工结束后停止注射压裂液，使膨胀式封隔器4解封，将一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的装置移至钻孔13的下一单元进行射孔和压裂施工，直至一个钻孔13内的所有单元均完成射孔和压裂施工，然后对此钻孔13进行瓦斯抽采，在水力压裂后的钻孔13内进行瓦斯抽采，压裂产生的裂隙更容易使煤层12瓦斯达到临届解吸压力以下，在负压抽采过程中，解吸后的瓦斯通过压裂产生的裂缝快速渗流运移，再通过岩层中的钻孔13被大规模抽采出来。
[0033]依次对所有钻孔13进行上述操作，直至完成对所有钻孔13内的瓦斯抽采，使回采工作面煤层12内的瓦斯含量降至相关规定以下，从而达到改造煤储层缝网快速抽采瓦斯的目的。
【主权项】
1.一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的装置，其特征在于:包括钻杆、高压注水泵、加沙装置、膨胀式封隔器、滚珠滑套和钻头，高压注水泵和加沙装置与钻杆左端连通，膨胀式封隔器设置在钻杆上，滚珠滑套转动套设于钻杆上并位于相邻的膨胀式封隔器之间，滚珠滑套上设置有喷砂嘴，滚珠滑套的重心位于滚珠滑套的中心和喷砂嘴之间，钻杆上设置有与滚珠滑套对应的喷孔，钻头设置于钻杆右端。
2.如权利要求1所述的一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的装置，其特征在于:所述滚珠滑套包括护套和滚珠，护套套设于钻杆上，护套与钻杆为间隙配合，护套两端与钻杆之间设置有密封结构，护套内侧面和钻杆外侧面上分别设置有相对应的第一环形凹槽和第二环形凹槽，滚珠设置于第一环形凹槽和第二环形凹槽内，喷砂嘴设置于护套上，喷孔设置于护套与钻杆组成的腔体内。
3.如权利要求1或2所述的一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的装置，其特征在于:所述喷孔沿钻杆周向均匀分布，其数量为4个。
4.一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的方法，其特征在于，包括如下工序，(I)在煤层顶板开掘一个钻场；(2)利用一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的装置的钻杆和钻头之间的配合在钻场内钻设轴线平行于煤层和顶板交界面且距煤层l~2m的钻孔；(3)将一个钻孔轴向分为多个单元；(4)利用一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的装置钻杆与滚珠滑套的配合在一个单元内沿垂直于煤层的方向向煤层定向射孔，根据观察钻孔返出的液体成分判断是否停止射孔。
5.若钻孔返出的液体成分中有煤渣或者岩渣时，则继续射孔；若钻孔返出的液体开始变得澄清，既无岩渣又无煤渣时，停止射孔，射孔所用射孔液的成分包含水和细砂；(5)在与工序(4)同一个单元内利用一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的装置的膨胀式封隔器、滚珠滑套以及钻杆之间的配合进行水力压裂，当高压注水泵的泵压达到注液压力以上若稳定一段时间后，压力迅速下降，并持续加压时压力无明显上升，说明煤层裂隙已与邻近压裂煤层裂隙连通，则停止压裂；若持续加压时压力迅速上升，则说明压裂液正在破裂煤层，此时应继续加压压裂；(6 )选择其他单元依次进行工序(4)和工序(5 )，直至整个钻孔完成射孔和压裂作业，(6)对钻孔内进行负压瓦斯抽采。
6.如权利要求4所述的一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的方法，其特征在于:所述钻场由运输平巷一侧向顶板开掘而成，钻场平台底部距离煤层lm。
7.如权利要求4所述的一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的方法，其特征在于:所述钻孔在以钻场为圆心的扇形区域内呈放射状均匀分布，钻孔深度应穿过原岩应力区进入回风平巷侧煤壁的支承应力集中区内。
8.如权利要求4所述的一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的方法，其特征在于:所述的膨胀式封隔器的坐封压力大于射孔注液压力且小于压裂设计注液压力。
9.如权利要求4所述的一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的方法，其特征在于:所述钻孔沿其轴向每15m为一个单元。
10.如权利要求4所述的一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的方法，其特征在于:所述工序(5)中，打开高压注水泵和加砂装置注水压裂时，在前3~5min内缓慢注水使水压逐渐增高至设计注液压力；在压裂结束时，高压注水泵缓慢卸压。
【专利摘要】一种松软煤层回采工作面增透抽采瓦斯的装置，包括钻杆、高压注水泵、加沙装置、膨胀式封隔器、滚珠滑套和钻头，高压注水泵和加沙装置与钻杆左端连通，膨胀式封隔器设置在钻杆上，滚珠滑套转动套设于钻杆上并位于相邻的膨胀式封隔器之间，滚珠滑套上设置有喷砂嘴，滚珠滑套的重心位于滚珠滑套的中心和喷砂嘴之间，钻杆上设置有与滚珠滑套对应的喷孔，钻头设置于钻杆右端。
【IPC分类】E21F7-00, E21B43-26, E21B43-114
【公开号】CN104879159
【申请号】CN201510318014
【发明人】刘晓, 张鹏伟, 马耕, 李锋, 苏现波, 陶云奇, 黄杨
【申请人】河南理工大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月11日