一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及提高煤层注水半径的方法，尤其涉及一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法。
【背景技术】
[0002]与世界上多数国家的能源消费结构相比，煤炭在中国能源消费结构中占有特别重要的地位，仅2012年，中国原煤产量就达到了 36.5亿吨，煤炭消费占总能源量的比例接近70%。就目前中国已发现的煤炭资源来说，有近一半埋藏于-1000m以下，其地质总储量高达3万亿吨左右。目前，从整体来看，中国煤炭资源后备不足，老矿区煤炭资源开始逐步萎缩，随着科学技术的发展和人类社会的进步，对能源的需求也更加迫切，煤矿开采的深度和难度也越来越突出，各国矿山都逐渐转入深部开采阶段。据专家预计，根据目前中国煤炭资源的实际情况，预计20年后中国很多煤矿将进入到1000?1500m的开采深度。比如，仅中国山东省千米深井煤炭资源储量已经占到总储量的四成多，目前，在全国47个超千米的深井中，山东有21处。深部开采带来的高地应力、高瓦斯压力加之我国的煤层普遍的渗透率较低，易造成冲击地压、煤与瓦斯突出等事故频发，严重制约着矿井高效集约化开采和安全生产。
[0003]煤层注水是煤矿领域内防治多种灾害的重要手段，通过煤层注水可以有效降低开采煤层时的产尘量，降低煤层应力集中程度，防止冲击地压、煤与瓦斯突出事故发生，并可增大煤体导热系数，降低煤体温度。煤层注水时，高压水沿煤体裂隙和大孔隙渗透，继而水在毛细管力和表面现象等物理化学作用下的自运动。煤层注水在我国多个矿区都有应用，但目前还缺少全面系统的研究，导致中国煤矿的煤层注水效果较差，高压注水影响半径小，其根本原因是我国赋存煤体较软，裂隙发育较低，煤体难润湿，由于水的表面张力较大，很难渗透进一些低渗透率煤层；此外，高压水力受煤体应力分布和煤层主裂隙的影响，还不能控制裂隙扩展方向，局部煤体卸压，局部煤体应力却发生集中；水空间分布的不均匀性反而导致局部瓦斯含量和压力的异常升高，成为工作面生产的安全威胁。
【发明内容】
[0004]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明方案包括:
[0006]—种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法，其包括以下步骤:
[0007]A、用钻机在工作面顺槽预开采煤层原来的每个高压注水钻孔的两侧分别施工有与高压注水钻孔深度相同的预裂钻孔，预裂钻孔与高压注水钻孔之间的间距为5m?10m，一个高压注水钻孔以及其两侧的预裂钻孔构成一个煤层弱化增透单元；
[0008]B、先对一个煤层弱化增透单元进行弱化增透，通过连接装置将多个将预裂装置首尾相连，预裂装置上接入起爆控制器，采用多根接连在一起的专用安装杆将预裂装置送入对应预裂钻孔内，并固定住预裂装置的位置，预裂装置的总卸压段长度为预裂钻孔深度的50 %?60 %，采用高分子材料和专用封孔器对预裂钻孔进行封孔，其中，封孔长度不小于预裂钻孔长度的40% ;
[0009]C、调整起爆控制器各预裂装置起爆延时时间，控制预裂钻孔内预裂装置从内向外分别起爆，高压注水钻孔两侧预裂钻孔的预裂时间保持一致；
[0010]D、向高压注水钻孔中送入高压注水管，采用高分子材料对高压注水钻孔进行封孔，注水管外接口接有三通和截止阀，三通的两个接口一端安装压力表、流量表并和高压注水栗相连，另一端连接高压胶管并直通巷道空间；开启高压注水栗，注水压力设定为8MPa?18MPa，待注水压力突然降低并保持相应压力无变化时，停止向高压注水孔内注水，完成对该煤层弱化增透单元的弱化增透；
[0011]E、撤出对应预裂钻孔内的预裂装置，对下一煤层弱化增透单元进行弱化增透，周而复始，直至完成整个开采煤层的弱化增透。
[0012]所述的方法，其中，上述预裂装置之卸压段的泄压口为长条割缝状结构。
[0013]所述的方法，其中，上述高分子封孔材料为高分子聚氨酯材料。
[0014]本发明提供的一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法，针对我国深部矿井开采低透气、煤质坚硬、难注水等问题提出，采用后退式的预裂方法，利用二氧化碳相变致裂技术，对深部煤体进行预裂增透，能够控制预裂钻孔内裂隙的起裂位置和扩展方向，保证了裂隙发展的均匀性。此外，由于预裂钻孔对深部煤体进行预裂作用，能够诱导高压注水时高压水向煤体深部发展，从而避免了常规高压注水导致的裂隙“外密内疏”的问题，本发明方法简单易行，施工方便，液态二氧化碳汽化不产生火花，同时对瓦斯有驱替作用，因此在高瓦斯矿井中应用效果更为明显。
【附图说明】
[0015]图1为本发明中预裂与注水增透的布置示意图；
[0016]图2为本发明中预裂孔的剖面示意图；
[0017]图3为本发明中预裂效果的示意图。
【具体实施方式】
[0018]本发明提供了一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]本发明提供了一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法，如图1、图2与图3所示的，包括以下步骤:
[0020]步骤A:用钻机在工作面顺槽预开采煤层原来的每个高压注水钻孔2的两侧分别施工有与高压注水钻孔2深度相同的预裂钻孔1，预裂钻孔1与高压注水钻孔2之间的间距为8m?15m，一个高压注水钻孔2以及其两侧的预裂钻孔1构成一个煤层弱化增透单元；
[0021]步骤B:先对一个煤层弱化增透单元进行弱化增透，通过连接装置3将多个预裂装置4首尾相连，预裂装置4上接入起爆控制器7，采用多根接连在一起的专用安装杆将预裂装置4送入对应预裂钻孔1内，并固定住预裂装置4的位置，预裂装置4的总卸压段长度为预裂钻孔深度的50%?60%，采用高分子材料5和专用封孔器6对预裂钻孔1进行封孔，其中，封孔长度不小于预裂钻孔1长度的40% ;
[0022]步骤C:调整起爆控制器7各预裂装置4起爆延时时间，控制预裂钻孔1内预裂装置4从内向外分别起爆，高压注水钻孔2两侧预裂钻孔1的预裂时间保持一致；
[0023]步骤D:向高压注水钻孔2中送入高压注水管，采用高分子材料对高压注水钻孔2进行封孔，注水管外接口接有三通和截止阀，三通的两个接口一端安装压力表、流量表并和高压注水栗相连，另一端连接高压胶管并直通巷道空间；开启高压注水栗，注水压力设定为8MPa?18MPa，待注水压力突然降低并保持相应压力无变化时，停止向高压注水孔2内注水，完成对该煤层弱化增透单元的弱化增透；
[0024]E、撤出对应预裂钻孔1内的预裂装置4，对下一煤层弱化增透单元进行弱化增透，周而复始，直至完成整个开采煤层的弱化增透。
[0025]更进一步的，上述预裂装置4之卸压段的泄压口为长条割缝状结构。而且上述高分子封孔材料5可以采用高分子聚氨酯材料。
[0026]利用二氧化碳相变致裂技术，对深部煤体进行预裂增透，采用后退式的预裂方法，能够控制预裂钻孔内裂隙的起裂位置和扩展方向，保证了裂隙发展的均匀性。此外，由于预裂钻孔对深部煤体进行预裂作用，能够诱导高压注水时高压水向煤体深部发展，从而避免了常规高压注水导致的裂隙“外密内疏”的问题，本发明方法简单易行，施工方便，液态二氧化碳汽化不产生火花，同时对瓦斯有驱替作用，因此在高瓦斯矿井中应用效果更为明显。
[0027]当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
【主权项】
1.一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法，其包括以下步骤: A、用钻机在工作面顺槽预开采煤层原来的每个高压注水钻孔的两侧分别施工有与高压注水钻孔深度相同的预裂钻孔，预裂钻孔与高压注水钻孔之间的间距为8m?15m，一个高压注水钻孔以及其两侧的预裂钻孔构成一个煤层弱化增透单元； B、先对一个煤层弱化增透单元进行弱化增透，通过连接装置将多个将预裂装置首尾相连，预裂装置上接入起爆控制器，采用多根接连在一起的专用安装杆将预裂装置送入对应预裂钻孔内，并固定住预裂装置的位置，预裂装置的总卸压段长度为预裂钻孔深度的50 %?60 %，采用高分子材料和专用封孔器对预裂钻孔进行封孔，其中，封孔长度不小于预裂钻孔长度的40% ; C、调整起爆控制器各预裂装置起爆延时时间，控制预裂钻孔内预裂装置从内向外分别起爆，高压注水钻孔两侧预裂钻孔的预裂时间保持一致； D、向高压注水钻孔中送入高压注水管，采用高分子材料对高压注水钻孔进行封孔，注水管外接口接有三通和截止阀，三通的两个接口一端安装压力表、流量表并和高压注水栗相连，另一端连接高压胶管并直通巷道空间；开启高压注水栗，注水压力设定为8MPa?18MPa，待注水压力突然降低并保持相应压力无变化时，停止向高压注水孔内注水，完成对该煤层弱化增透单元的弱化增透； E、撤出对应预裂钻孔内的预裂装置，对下一煤层弱化增透单元进行弱化增透，周而复始，直至完成整个开采煤层的弱化增透。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述预裂装置之卸压段的泄压口为长条割缝状结构。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述高分子封孔材料为高分子聚氨酯材料。
【专利摘要】本发明提供的一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法，其包括以下步骤：用钻机在工作面顺槽预开采煤层原来的每个高压注水钻孔的两侧分别施工有与高压注水钻孔深度相同的预裂钻孔，一个高压注水钻孔以及其两侧的预裂钻孔构成一个煤层弱化增透单元；先对一个煤层弱化增透单元进行弱化增透，完成对该煤层弱化增透单元的弱化增透后，撤出对应预裂钻孔内的预裂装置，对下一煤层弱化增透单元进行弱化增透。利用二氧化碳相变致裂技术，保证了裂隙发展的均匀性，能够显著提高我国难注水煤层高压注水湿润半径，从而改变煤层属性，降低工作面粉尘产生量以及煤与瓦斯突出、冲击地压等灾害事故发生的危险性。
【IPC分类】E21B43/20, E21B43/26, E21B43/16
【公开号】CN105370256
【申请号】CN201510665655
【发明人】王刚, 程卫民, 张孝强, 杜文州, 孙路路
【申请人】山东科技大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年10月15日