大大提高，能够加快煤层注水速度，提高注水效率及效果，进而增加煤体的含水量及湿润程度，降低煤层回采期间的产尘量。
[0019]本实施例注水设备具体结构为:参见图1及图2，包括静压管路7及高压管路6、安装在钻孔中高压封孔器9，所述高压管路6上安装有水箱4、乳化液栗5及安全装置17，水箱4采用乳化液栗自带水箱。所述水箱4进水口连接两路进水管路，每路进水管路上分别安装流量计13，水箱4出水口经乳化液栗5连接高压软管一 15，高压软管一 15另一端通过接头一 18连接安全装置17，所述安全装置17输出端通过接头二 19连接高压软管二 16，所述高压软管二16另一端通过接头三20连接高压封孔器9。
[0020]结合上述设计构思及注水设备，本实施例总体工艺流程为:选定压裂地点—确定乳化液栗安设地点—安装乳化液栗—铺设供水管路(流量计及截止阀)—铺设高压管路1 —连接安全装置—铺设高压管路2—确定钻孔位置及角度—打钻成孔—安设高压封孔器—连接高压管路2与封孔器—安设护板—开栗打压试验—检查确认无误—开栗压裂—压力逐渐升高—压力稳定—压力迅速下降—继续压裂20min?30min—压裂结束—压力降低到3MPa后连接水管静压注水—记录压裂过程流量及静压注水流量变化。
[0021]具体操作步骤如下:参见图2及图3所示。
[0022]第一步:压裂栗安设:压裂栗采用BRW400/31.5型煤矿用乳化液栗，额定压力31.5MPa，额定流量400L/min。乳化液栗安装在工作面设备列车的前部；
第二步:乳化液栗供水管路:自副巷道水管上引出两路进水管路13，接入到水箱4上，两路进水管路上要分别安装流量表14，以测量进水量。水箱4采用乳化液栗自带水箱，保证供水水源；
第三步:钻孔施工:钻机采用现用的ZQJ-300/6气动架柱式钻机，钻头直径与封孔器直径要匹配，本实施例采用Φ 76mm钻头，钻杆Φ 56_，；严格控制钻孔施工质量，钻孔质量直接关系到封孔质量，封孔质量不高，则必然导致致裂效果不好甚至失败。在施工钻孔过程中，首先确保稳好钻机，之后保证钻进高速慢进，使孔口以里30m保持笔直，以便保证封孔质量。
[0023]如图1所示，压裂钻孔开孔位置及钻孔角度:要求压裂钻孔两侧各35?45m范围内无较大的地质构造，图1中所示距离d为钻孔间距，根据钻孔压裂影响范围确定，一般为25?35m。如图3所示，该图为计算钻孔角度a值的示意图，压裂钻孔要沿着穿透煤层层理的方向钻进，不要顺着煤层钻进，使其穿透整个煤层。钻孔开孔距地面一般为lm，根据工作面长度确定出钻孔长度，结合煤层厚度计算得出钻孔角度a值，钻孔角度a—般控制在2.8?3.5°。例如:本实施例中:如图3所不，根据地质图可知，副巷(标尚872)比正巷(标尚882)低10m左右，按照开孔距地面lm、钻孔长100m计算，得出钻孔角度a值为2.9°
第四步:封孔:采用高压封孔器，可采用多根串联的方式，封孔长度=单根长度X根数，一般不低于8m，封孔深度不少于13m，具体根据地应力及煤层赋存条件确定，工作压力不低于25MPa，爆破压力控制在35?45MPa。同时配有安全装置，包括安全阀、压力表、截止阀及防护板。
[0024]第五步:高压管路铺设:经过乳化液栗加压的高压水通过高压软管一 15流出，到达安全装置17，安全装置17通过连接高压软管二 16至高压封孔器9。高压软管一和高压软管二均采用与乳化液栗配套型号的软管。高压软管一的长度为乳化液栗至压裂钻孔的距离，其与乳化液栗的连接根据矿上目前使用的方式进行连接，高压软管一另一端(出水端)制作成可以与通径k25的快速连接母头相插接的公头，即图2中接头18。高压软管二的两端均制作成可以与通径k25的快速连接母头相插接的公头，即图2中接头二 19与接头三20;
第六步:水压致裂实施:水压致裂实验的现场实施过程为:事先做好撤人，布点监控等措施;调试乳化液栗确认系统正常后，启动乳化液栗开始注水，起始注水压力一般lOMPa左右，并逐步加压，最大水压根据实际地应力及煤层赋存确定，一般不超过25MPa。开始阶段压力缓慢上升，一段时间后压力上升速度加快，然后迅速上升并保持相对稳定，此时压力较高，稳定一段时间后，压力会迅速下降，持续开机栗注压力无明显上升，说明已产生大范围裂缝，此时需要继续开机注水扩大裂缝范围，20min?30min后停栗，此时，乳化液栗栗压降为峰值压力的30%左右，关闭管道截止阀，打开栗体卸压阀，压裂程序结束。压裂半径预计为15?25m。需要指出的是:压裂时间与注水压力、注水量等参数密切相关，致裂时间可根据致裂过程中流量和栗注压力的变化来确定，一般当乳化液栗栗压降为峰值压力28?35%流量降至40L/min以下，可以作为注水结束标志，S卩:致裂结束的依据，致裂时间一般为lh?3h。
[0025]第七步:静压注水:致裂完成后要及时关闭输水管阀门及乳化液栗开关，切断栗组电源。待钻孔中水压降到3MPa(静水压力)时，将静压输水管道与钻孔相连，开始静压注水。记录静压注水过程中注水流量的变化，第一天30min记录一次，第二天lh记录一次，以后每2h记录一次。分析注水流量的变化过程，并与常规的静压注水流量进行对比。
【主权项】
1.一种水压致裂增透辅助煤层高效注水方法，其特征是:在煤层静压注水前，通过高压管路将乳化液栗产生的高压水接入到钻好的静压注水钻孔中，利用高压水对钻孔周围煤层产生的水楔切割及劈裂作用，注入煤体裂缝内的高压水克服最小主应力和煤体的抗裂压力，使得裂隙扩宽伸展并沟通，在致裂过程中向高压水中加入石英砂，石英砂随高压水进入裂隙中，起到支撑剂的作用，水压致裂结束后，将注水钻孔连接到静压管路上，对煤层进行静压注水。2.一种水压致裂增透辅助煤层高效注水方法，其特征是:该方法包括以下步骤: 步骤一，压裂栗安设:压裂栗采用煤矿用乳化液栗，乳化液栗安装在工作面设备列车的前部； 步骤二:安装乳化液栗供水管路:在水箱上连接进水管路，并在进水管路上安装流量表，以测量进水量，水箱出水端与乳化液栗连接； 步骤三:钻孔施工:首先，选择压裂钻孔开孔位置，压裂钻孔沿着穿透煤层层理的方向钻进，钻孔角度a根据工作面长度、煤层厚度及煤层赋存条件确定； 步骤四:封孔:采用高压封孔器，所述高压封孔器工作压力不低于25MPa，爆破压力为35?45MPa;同时配有安全装置，安全装置包括安全阀、压力表、截止阀及防护板； 步骤五:高压管路铺设:铺设高压软管一、高压软管二，即:乳化液栗出水口连接高压软管一，高压软管一另一端连接安全装置，在安全装置与高压封孔器之间连接高压软管二；步骤六:水压致裂实施:调试乳化液栗确认系统正常后，启动乳化液栗开始注水，开始阶段压力缓慢上升，一段时间后压力上升速度加快，然后迅速上升并保持相对稳定，此时压力较高，稳定一段时间后，压力会迅速下降，持续开机，栗注压力无明显上升，说明已产生大范围裂缝，此时，继续开机注水扩大裂缝范围，当乳化液栗压降降为峰值压力的28?35%或者流量降至40L/min以下时，停栗，关闭管道截止阀，打开栗体卸压阀，压裂程序结束，在注水过程中，向乳化液栗自带水箱内逐渐加入石英砂； 步骤七:静压注水:致裂完成后，及时关闭输水管阀门及乳化液栗开关，切断栗组电源，待钻孔中水压降到静水压力时，将高压封孔器及高压水管路从注水钻孔取出，将静压输水管道与钻孔相连，开始静压注水。3.根据权利要求2所述的水压致裂增透辅助煤层高效注水方法，其特征是:步骤4中钻孔角度a为2.8°?3.5°。4.一种用于如权利要求2所述注水方法的水压致裂增透辅助煤层高效注水设备，其特征是:包括静压管路及高压管路、安装在钻孔中的注水管及高压封孔器，所述高压管路上安装有乳化液栗、水箱及安全装置，所述水箱进水口连接进水管路，进水管路上安装流量计，水箱出水口经乳化液栗连接高压软管一，高压软管一另一端通过接头一连接安全装置，所述安全装置输出端通过接头二连接高压软管二，所述高压软管二另一端通过接头三连接高压封孔器。5.根据权利要求4所述的水压致裂增透辅助煤层高效注水设备，其特征是:所述乳化液栗为BRW400/31.5型煤矿用乳化液栗，额定压力31.5MPa，额定流量为400L/min。
【专利摘要】本发明公开的一种水压致裂增透辅助煤层高效注水方法及设备，在煤层静压注水前，通过高压管路将乳化液泵产生的高压水接入到钻好的静压注水钻孔中，利用高压水对钻孔周围煤层产生的水楔切割及劈裂作用，注入煤体裂缝内的高压水克服最小主应力和煤体的抗裂压力，使得裂隙扩宽伸展并沟通，在致裂过程中向高压水中加入石英砂，石英砂随高压水进入裂隙中，起到支撑剂的作用，水压致裂结束后，将注水钻孔连接到静压管路上，对煤层进行静压注水。本发明在静压注水前先增大预注水煤层的透气性，以加快煤层注水速度，提高注水效率及效果。该方法不需要专门的乳化液泵，且乳化液泵运行时间较短，总体上能够减少钻孔施工的工程量，提高注水工作效率。
【IPC分类】E21F5/02
【公开号】CN105422164
【申请号】CN201510921806
【发明人】王志军, 宋文婷, 李振华, 屈平, 贺龙祥, 董文杰, 张文浩, 李宁, 单远程
【申请人】河南理工大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月14日