煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝

《煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝》涉及一種煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝。

煤層瓦斯是一種潔凈能源，但對(duì)煤礦生產(chǎn)而言更是一種災(zāi)害源。如何實(shí)現(xiàn)采煤之前瓦斯的預(yù)抽，實(shí)現(xiàn)資源開(kāi)發(fā)利用和煤礦減災(zāi)的雙重目的，一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是隨著開(kāi)采深度的增加、資源需求的日益強(qiáng)烈、國(guó)家一系列關(guān)于煤礦瓦斯災(zāi)害治理強(qiáng)制措施和煤層氣開(kāi)發(fā)利用鼓勵(lì)政策的出臺(tái)，都迫切要求有一套系統(tǒng)的、完整的、地面與井下相結(jié)合的抽采工藝技術(shù)。

瓦斯治理方法眾多，如區(qū)域治理措施中的保護(hù)層開(kāi)采、地面采動(dòng)區(qū)抽采等，但局限性大，效果差異懸殊。瓦斯治理主要手段為抽采，最常用的是把煤層作為抽采對(duì)象。但是，對(duì)于原生結(jié)構(gòu)和碎裂煤而言，自身裂隙的連通性較差，且鉆進(jìn)過(guò)程中井田附近存在污染，如果不采取增透措施，抽采效果有限。突出煤層往往為滲透性極差、強(qiáng)度極低的碎粒煤和糜棱煤，直接從其中抽采瓦斯不僅鉆進(jìn)困難，而且抽采效果差，鉆孔抽采半徑非常小、封孔困難致使抽采瓦斯?jié)舛入y以長(zhǎng)期穩(wěn)定。往往以密集布孔、高工程投入為代價(jià)進(jìn)行抽采。各種水力化措施，特別是水力擠出在煤巷掘進(jìn)消突中起到了一定作用，但也存在不盡人意的方面。

以往井下瓦斯抽采從原理上可區(qū)分為兩類(lèi)：其一是在原始應(yīng)力狀態(tài)下的抽采，抽采效率完全取決于煤層原始滲透率，效果差、工程量大。2008年11月前的本煤層抽放多屬此類(lèi)；二是通過(guò)采礦卸壓增透進(jìn)行抽采，抽采效果較好，但受條件的限制，難以解決快速掘進(jìn)問(wèn)題。高位鉆孔抽放、地面采動(dòng)區(qū)抽放屬此類(lèi)工藝。

圖1為煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝流程圖；

圖2為本煤層順層鉆孔水力壓裂示意圖；

圖3為圖2的A-A剖視圖；

圖4為掘進(jìn)迎頭鉆孔水力壓裂示意圖；

圖5為本煤層穿層鉆孔水力壓裂示意圖；

圖6為圖5的B-B剖視圖；

圖7為頂?shù)装宕鱼@孔水力壓裂示意圖；

圖8為頂?shù)装屙槍鱼@孔水力壓裂示意圖；

圖9為圖8的C-C剖視圖；

圖10為水力壓裂系統(tǒng)圖；

圖11為封孔器示意圖。

2016年12月7日，《煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝》獲得第十八屆中國(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)。

• 實(shí)施例

煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝，依次包括以下步驟：（1）選取壓裂地點(diǎn)；（2）根據(jù)觀察煤體類(lèi)型、巷道布置和構(gòu)造發(fā)育程度來(lái)確定壓力類(lèi)型，可采用頂?shù)装屙槍鱼@孔水力壓裂、頂?shù)装宕鱼@孔水力壓裂、本煤層順層鉆孔水力壓裂或本煤層穿層鉆孔水力壓裂；（3）確定鉆孔參數(shù)施工鉆孔，鉆孔參數(shù)包括孔長(zhǎng)、開(kāi)孔高度、孔徑、傾角、方位角；（4）設(shè)計(jì)水力壓裂，包括注入水量和注入壓力；（5）洗孔；（6）排水；（7）檢驗(yàn)壓裂效果，如符合要求向下進(jìn)行，如不符合要求轉(zhuǎn)向步驟（4）；（8）進(jìn)入管路進(jìn)行抽放。

1、壓裂選型及鉆孔、封孔參數(shù)確定。

防治煤與瓦斯突出細(xì)則第29條規(guī)定了煤的破壞類(lèi)型及分類(lèi)，見(jiàn)表1。

破壞類(lèi)型光澤構(gòu)造與構(gòu)造特征節(jié)理性質(zhì)節(jié)理面性質(zhì)斷口性質(zhì)強(qiáng)度I類(lèi)煤（非破壞煤）亮與半亮層狀構(gòu)造，塊狀構(gòu)造，條帶清晰明顯。一組或二、三組節(jié)理，節(jié)理系統(tǒng)發(fā)達(dá)，有次序有充填物（方解石）次生面少，節(jié)理、劈理面平整參差階狀，貝狀，波浪狀堅(jiān)硬，用手難以掰開(kāi)II類(lèi)煤（破壞煤）亮與半亮尚未失左層狀，較有次序2、條帶明顯，有時(shí)扭曲，有錯(cuò)動(dòng)3、個(gè)規(guī)則塊狀，多棱角4、有擠壓特征次生節(jié)理面多，且不規(guī)則，與原生節(jié)理呈網(wǎng)狀節(jié)理節(jié)理面有擦紋、滑皮，節(jié)理平整，易掰開(kāi)參差多角用手易剝成小塊，中等硬度III類(lèi)煤（強(qiáng)烈破壞煤）半亮與半暗1、彎曲呈透鏡體構(gòu)造2、小片狀構(gòu)造3、細(xì)小碎塊，層理較紊無(wú)次序節(jié)理不清，系統(tǒng)不發(fā)達(dá)，次生節(jié)理密度大有大量擦痕參差及粒狀用手捻之成粉末，硬度低IV類(lèi)煤（粉末狀）暗淡粒狀或小顆粒膠結(jié)而成，形似大然煤團(tuán)節(jié)理失去意義，成粘塊狀粒狀用手捻之成粉末，偶爾較硬V類(lèi)煤（全粉狀）暗淡1、土狀構(gòu)造，似土質(zhì)煤2、如斷層泥狀土狀可捻成粉末，酥松基于不同的煤體破壞類(lèi)型，須布置不同的水力壓裂鉆孔類(lèi)型。

1.1基于I、II類(lèi)煤本煤層水力壓裂鉆孔布置方式

（1）本煤層順層鉆孔水力壓裂

這種鉆孔布置方式是在工作面進(jìn)風(fēng)順槽1或回風(fēng)順槽2根據(jù)煤體、構(gòu)造發(fā)育程度，在煤層6中施工平行于切眼4的水力壓裂鉆孔3，見(jiàn)圖2、圖3，圖中5為采空區(qū)。鉆孔長(zhǎng)度可根據(jù)回采工作面的傾斜長(zhǎng)及煤體、構(gòu)造發(fā)育程度、鉆機(jī)設(shè)備能力進(jìn)行確定，原則上以在進(jìn)風(fēng)順槽1和回風(fēng)順槽2分別施工平行鉆孔交叉為宜；

鉆孔也可以布置在掘進(jìn)迎頭或在掛耳鉆場(chǎng)內(nèi)施工超前抽放鉆孔進(jìn)行水力壓裂，解決掘進(jìn)工作面掘進(jìn)難問(wèn)題，見(jiàn)圖4。在掘進(jìn)工作面10可施工長(zhǎng)度為20米左右的鉆孔進(jìn)行壓裂；在掘進(jìn)巷道9兩幫的鉆場(chǎng)8施工水力壓裂鉆孔7，長(zhǎng)度要根據(jù)鉆場(chǎng)間距及所要求的保護(hù)距離進(jìn)行確定；

本煤層順層鉆孔水力壓裂鉆孔傾角及方位可根據(jù)煤層傾角、巷道開(kāi)拓情況、煤厚、孔長(zhǎng)等具體情況進(jìn)行確定。鉆孔孔徑可選用φ42毫米、φ60毫米、φ75毫米、φ91毫米等進(jìn)行施工，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐在煤層中最好施工φ75毫米的鉆孔。

（2）本煤層穿層鉆孔水力壓裂

對(duì)于在煤層的頂?shù)装迨┕さ拇鱼@孔，孔長(zhǎng)要根據(jù)頂?shù)装逑锞嗝簩拥木嚯x及煤層厚度進(jìn)行確定。在煤層底板施工仰角水力壓裂鉆孔，以穿煤層1米為宜（煤層厚度≥2米）對(duì)于厚度小于2米的煤層，以剛揭露煤層為宜；在煤層頂板施工俯角孔進(jìn)行水力壓裂時(shí)，鉆孔要貫穿煤層至煤層底板5米～10米處。鉆孔傾角及方位可根據(jù)煤層傾角、巷道開(kāi)拓情況、煤厚、孔長(zhǎng)等具體情況進(jìn)行確定。鉆孔孔徑可選用φ42毫米、φ60毫米、φ75毫米、φ91毫米等進(jìn)行施工，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐在巖層中施工φ42毫米鉆孔為宜，如圖5、圖6所示，圖中包括進(jìn)風(fēng)順槽1、回風(fēng)順槽2、高抽巷12、內(nèi)錯(cuò)尾巷13、壓裂鉆孔11。

本煤層鉆孔水力壓裂封孔深度根據(jù)鉆孔長(zhǎng)度及煤體前方應(yīng)力集中帶長(zhǎng)度確定，應(yīng)在煤體應(yīng)力集中帶以里3～5米處進(jìn)行封孔，確保封孔器與鉆孔緊密接觸，使水不外流；封孔長(zhǎng)度由封孔器長(zhǎng)度確定，2008年11月前煤炭系統(tǒng)所用的井下封孔器長(zhǎng)度一般為1.1米。

1.2基于III、IV、V類(lèi)虛擬儲(chǔ)層水力壓裂鉆孔布置方式

對(duì)于III、IV、V類(lèi)煤，在煤層中施工鉆孔，會(huì)出現(xiàn)難以鉆進(jìn)、塌孔等現(xiàn)象，針對(duì)這種情況，可采用“虛擬儲(chǔ)層”進(jìn)行增透，即在煤層的頂?shù)装迨┕ゃ@孔進(jìn)行壓裂，具體鉆孔布置方式如下：

（1）煤層頂?shù)装宕鱼@孔水力壓裂

對(duì)于III、IV、V類(lèi)煤，在煤層的頂?shù)装逑镏惺┕ご鱼@孔至接近煤層30毫米～50毫米為宜，如圖7所示，圖中包括煤層頂板巷18、煤層頂板20、煤層6、煤層底板21、煤層底板巷19、頂板壓裂鉆孔16、底板壓裂鉆孔17、頂板鉆場(chǎng)14、底板鉆場(chǎng)15。

（2）煤層頂?shù)装屙槍铀毫?

對(duì)于III、IV、V類(lèi)煤，也可以在煤層的頂?shù)装迨┕ろ槍鱼@孔進(jìn)行壓裂，如圖8、圖9所示，圖中包括煤層頂板20、煤層6、煤層底板21、壓裂鉆孔22。

對(duì)于III、IV、V類(lèi)煤，鉆孔傾角及方位可根據(jù)煤層傾角、巷道開(kāi)拓情況、煤厚、孔長(zhǎng)等具體情況進(jìn)行確定。鉆孔孔徑可選用φ42毫米、φ60毫米、φ75毫米、φ91毫米等進(jìn)行施工，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐在巖層中施工φ42毫米鉆孔為宜；封孔深度根據(jù)鉆孔長(zhǎng)度進(jìn)行確定，盡量接近于煤層。封孔長(zhǎng)度為1.1米。

1.3封隔器的選取

可采用煤炭系統(tǒng)井下常用的囊?guī)阶詣?dòng)膨脹封隔器，但由于2008年11月前的囊?guī)阶詣?dòng)膨脹封隔器抗壓能力較小、建議采用由河南理工大學(xué)自主研制開(kāi)發(fā)的井下煤層鉆孔水力壓裂專(zhuān)用封隔器，型號(hào)為：KZ-01。

1.4泵的選取

注水泵可以選擇高壓大排量泵，如BRW200/31.5、BRW400/31.5等礦用乳化液泵。對(duì)于鉆孔長(zhǎng)度大、裂隙發(fā)育煤體，建議采用由河南理工大學(xué)自主研發(fā)的煤礦井下鉆孔水力壓裂專(zhuān)用泵，型號(hào)為：UHF-1。

1.5設(shè)備清單及連接

注水設(shè)備之間的連接如圖10所示，包括供水設(shè)備、注水設(shè)備和水力壓裂頭，其中供水設(shè)備包括設(shè)置在推車(chē)平臺(tái)上的水箱25和輸水管23，輸水管23上設(shè)有水閥24；注水設(shè)備包括設(shè)置在推車(chē)平臺(tái)上的水泵26，水泵26與水箱25連接，水泵26上設(shè)有壓力表27，水泵26輸出管道上設(shè)有流量表28和卸壓閥29；水力壓裂頭包括多節(jié)無(wú)縫鋼管33通過(guò)高壓快速接頭34連接在一起，前端通過(guò)快速封接頭35連接設(shè)置有封孔器36，后端通過(guò)高壓水管30與注水設(shè)備相連。

封孔器的連接如圖11所示，以鉆孔孔徑為75毫米為例。

2、壓裂設(shè)計(jì)

壓裂設(shè)計(jì)包括注入水量、注水壓力及注水階段。

注水壓力是煤層注水的主要參數(shù)。注水壓力過(guò)低，不能壓裂煤體，煤層結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生明顯的變化，相當(dāng)于低壓注水濕潤(rùn)措施，起不到快速卸壓防突的作用。合理的注水壓力應(yīng)該能夠快速、有效破裂松動(dòng)煤體，從而改變煤體孔隙和裂隙的容積及煤體結(jié)構(gòu)，削弱煤體應(yīng)力集中程度，排放煤體瓦斯。

瑞士地質(zhì)學(xué)家海姆（Heim）提出了在巖層中存在初始應(yīng)力的概念和初始地應(yīng)力靜水壓力場(chǎng)的假設(shè)，他認(rèn)為埋深較大的地層中初始應(yīng)力場(chǎng)接近于靜水應(yīng)力場(chǎng)，離地表距離為H的地層深處，巖層各個(gè)方向上存在初始地應(yīng)力的量值都等于γh（γ為地層容重）。1925～1926年，金尼克提出了初始地應(yīng)力場(chǎng)分布的理論計(jì)算法，地層中的初始垂直應(yīng)力可取為γh，初始水平應(yīng)力則為（μ/（1-μ））γH。根據(jù)這兩種理論，試驗(yàn)工作面巷道前方煤體上覆巖層重量產(chǎn)生的垂直應(yīng)力為：

根據(jù)試驗(yàn)工作面鉆孔柱狀圖的統(tǒng)計(jì)資料，用加權(quán)平均法計(jì)算出煤體上覆巖層的平均容重γ，計(jì)算方法如下式：

由于不同地區(qū)煤體的堅(jiān)固性系數(shù)不同，其單項(xiàng)抗壓強(qiáng)度存在著差異，因而注水壓力不能按式σ_y＝γH進(jìn)行簡(jiǎn)單確定，應(yīng)綜合考慮不同地區(qū)煤層埋深、單向抗壓強(qiáng)度等因素，以及注水系統(tǒng)中的一定管路損失，即按下式進(jìn)行確定：

注水系統(tǒng)管路損失按注水壓力的10％計(jì)算

注入水量受煤體孔隙及壓裂半徑確定。可按下式初步計(jì)算：

鉆孔水力壓裂階段可參考表3。

3、洗孔

注水結(jié)束后，用2～5兆帕的高壓水對(duì)鉆孔從里到外進(jìn)行沖洗，使受污染的鉆孔得到溝通。

4、排水

洗孔結(jié)束后，要對(duì)鉆孔進(jìn)行排水。對(duì)于俯角鉆孔可使鉆孔內(nèi)水自由流干，對(duì)于仰角孔，可采用高壓風(fēng)吹出或用水泵抽出。

5、效果檢驗(yàn)

對(duì)比分析水力壓裂前后鉆孔瓦斯涌出量、流量、煤層透氣性系數(shù)、百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)，從而判斷壓裂效果，如果沒(méi)有得到滿意的壓裂效果，可進(jìn)行二次壓裂、洗孔。

6、安全防護(hù)

1）注水試驗(yàn)期間，要加強(qiáng)施工地點(diǎn)兩側(cè)各30米的瓦斯、地質(zhì)管理工作，確保施工地點(diǎn)位于構(gòu)造發(fā)育簡(jiǎn)單、煤層賦存穩(wěn)定、頂?shù)装逋暾?、無(wú)瓦斯異常涌出地段。

2）采取水力壓裂措施時(shí)，注水泵的操作地點(diǎn)應(yīng)在距注水地點(diǎn)不少于120米并位于反向風(fēng)門(mén)外的新鮮風(fēng)流中，設(shè)直通礦調(diào)度室的電話。

3）封孔器與液壓管的連接，必須使用專(zhuān)用的U型卡。嚴(yán)禁用鐵絲或其它不合格材料代替。注水破煤后，不卸液不準(zhǔn)進(jìn)行其他作業(yè)。

4）破煤達(dá)到支護(hù)控頂距時(shí)，必須立即進(jìn)行支護(hù)，嚴(yán)禁裸巷施工和空頂作業(yè)。

5）注水孔打夠深度后，要來(lái)回抽動(dòng)鉆桿，排盡煤粉；注水器封孔深度不得小于10米。

6）高壓水力裂煤使用的乳化液泵，安裝在新鮮風(fēng)流巷道中，高壓管路接到水力壓裂施工地點(diǎn)。

7）注水前，要檢查注水系統(tǒng)和注水管線的密封性，在高壓管路密封性不好或破損時(shí)，禁止注水。當(dāng)高壓管路處于承壓狀態(tài)時(shí)，禁止連接、拆卸和修理高壓管件。

8）開(kāi)泵注水前，施工地點(diǎn)所在巷道及其它可能影響到的巷道電器設(shè)備必須逐級(jí)停電閉鎖、人員必須全部撤至反向風(fēng)門(mén)以外；瓦檢員必須檢測(cè)施工巷道中的瓦斯?jié)舛?，?dāng)瓦斯?jié)舛炔怀迺r(shí)，方可通知開(kāi)泵注水。

9）注水開(kāi)始時(shí)，瓦檢員必須及時(shí)通知瓦斯監(jiān)控中心密切關(guān)注施工地點(diǎn)所在巷道及回風(fēng)流中的瓦斯變化情況，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)1％時(shí)要及時(shí)通知注水人員，以便對(duì)注水程序進(jìn)行調(diào)整。

10）注水泵必須由專(zhuān)人負(fù)責(zé)操作，開(kāi)始注水時(shí)，在前3～5分鐘內(nèi)必須緩慢增高水壓至設(shè)計(jì)注水壓力；注水泵應(yīng)當(dāng)設(shè)置卸壓閥，調(diào)整該閥可保證壓力平緩上升和減壓，距水力封孔器不少于100米。

11）注水時(shí)，高壓管路的水壓比確定注水壓力低30％以上時(shí)，可以結(jié)束注水；停泵時(shí)，注水泵司機(jī)應(yīng)緩慢卸壓，以防突然卸壓造成封孔器噴出。

12）注水結(jié)束后30分鐘，由試驗(yàn)人員、安檢員和當(dāng)班班組長(zhǎng)共同進(jìn)入施工地點(diǎn)所在巷道檢查工作面瓦斯、支護(hù)和注水情況；確認(rèn)瓦斯不超限、支護(hù)完好、注水現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異常時(shí)，才能恢復(fù)供電，其它人員方可進(jìn)入注水施工地點(diǎn)所在巷道；人員進(jìn)入水力壓裂施工地點(diǎn)嚴(yán)禁正對(duì)注水器行走。

13）驗(yàn)期間，所有施工人員必須嚴(yán)格遵守、執(zhí)行本試驗(yàn)方案及安全措施。

14）注水器必須由專(zhuān)人負(fù)責(zé)回收、管理和維護(hù)，以保證正常使用。

15）避災(zāi)路線按施工地點(diǎn)所在巷道或工作面相應(yīng)的作業(yè)規(guī)程執(zhí)行。

16）其他安全技術(shù)措施參照《煤礦安全規(guī)程》、《防突細(xì)則》等。

煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝專(zhuān)利目的

《煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝》目的在于提供一種煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝，提高抽放效率、縮短抽放時(shí)間、最大限度消除瓦斯災(zāi)害。

煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝技術(shù)方案

《煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝》采用如下技術(shù)方案：煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝，依次包括以下步驟：（1）選取壓裂地點(diǎn)；（2）根據(jù)觀察煤體類(lèi)型、巷道布置和構(gòu)造發(fā)育程度來(lái)確定壓力類(lèi)型，可采用頂?shù)装屙槍鱼@孔水力壓裂、頂?shù)装宕鱼@孔水力壓裂、本煤層順層鉆孔水力壓裂或本煤層穿層鉆孔水力壓裂；（3）確定鉆孔參數(shù)施工鉆孔，鉆孔參數(shù)包括孔長(zhǎng)、開(kāi)孔高度、孔徑、傾角、方位角；（4）設(shè)計(jì)水力壓裂，包括注入水量和注入壓力；（5）洗孔；（6）排水；（7）檢驗(yàn)壓裂效果，如符合要求向下進(jìn)行，如不符合要求轉(zhuǎn)向步驟（4）；（8）進(jìn)入管路進(jìn)行抽放。

所述的步驟（2）針對(duì)I類(lèi)、II類(lèi)煤可采用本煤層順層鉆孔水力壓裂或本煤層穿層鉆孔水力壓裂；針對(duì)III類(lèi)、IV類(lèi)、V類(lèi)煤可采用頂?shù)装屙槍鱼@孔水力壓裂或頂?shù)装宕鱼@孔水力壓裂。

所述的本煤層順層鉆孔水力壓裂可以采用在工作面進(jìn)風(fēng)順槽和/或回風(fēng)順槽在煤層中施工平行于切眼的水力鉆裂鉆孔；也可采用在掘進(jìn)迎頭或在掛耳鉆場(chǎng)內(nèi)施工超前抽放鉆孔。

所述的本煤層穿層鉆孔水力壓裂為在煤層底板向煤層施工穿層的仰角水力壓裂鉆孔，當(dāng)煤層厚度大于等于2米時(shí)，仰角水力壓裂鉆孔打至穿煤層1米，當(dāng)煤層厚度小于2米時(shí)，仰角水力壓裂鉆孔打至剛揭露煤層時(shí)；在煤層頂板向煤層施工穿層的俯角水力壓裂鉆孔，俯角水力壓裂鉆孔貫穿煤層至煤層底板5米～10米處。

所述的頂?shù)装宕鱼@孔水力壓裂為在煤層頂?shù)装逑镏邢蛎簩邮┕し派錉畹拇鱼@孔至接近煤層30毫米～50毫米。

所述的頂?shù)装屙槍鱼@孔水力壓裂為在距煤層30毫米～50毫米的頂?shù)装逯信c煤層平行施工順層鉆孔。

所述的本煤層穿層鉆孔水力壓裂應(yīng)在煤體應(yīng)力集中集中帶以離3米～5米處進(jìn)行封孔，確保封孔器與鉆孔緊密接觸。

開(kāi)始注水時(shí)，在前3～5分鐘內(nèi)必須緩慢增高水壓至設(shè)計(jì)注水壓力，注水泵應(yīng)當(dāng)設(shè)置卸壓閥，調(diào)整該閥可保證壓力平緩上升和減壓；注水時(shí)，高壓管路的水壓比確定注水壓力低30％以上時(shí)，可以結(jié)束注水；停泵時(shí)，注水泵應(yīng)緩慢卸壓。

煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝改善效果

《煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝》在不改變?cè)械貞?yīng)力狀態(tài)下，通過(guò)高壓水力作用，使得煤儲(chǔ)層裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張、延伸、相互聯(lián)通，達(dá)到增透提高抽采效率的目的，增強(qiáng)煤層透氣性、減少采掘工作面瓦斯涌出量，顯著提升單孔抽采能力和抽采效果。提高抽放效率、縮短抽放時(shí)間、最大限度消除瓦斯災(zāi)害。

井下煤層鉆孔水力壓裂可以增大煤層透氣性，經(jīng)試驗(yàn)表明，采用鉆孔水力壓裂后，煤層透氣性系數(shù)增大8～10倍。

井下煤層鉆孔水力壓裂后，鉆孔瓦斯涌出量成倍增加，減少了掘進(jìn)及回采期間的瓦斯涌出量，使掘進(jìn)及回采期間的突出危險(xiǎn)性幾率減少。

實(shí)施井下水力壓裂后，煤層百米鉆孔瓦斯流量成十倍級(jí)增長(zhǎng)，減少了瓦斯抽放時(shí)間，為煤礦安全高效回采、掘進(jìn)提供了寶貴時(shí)間及安全保障。

1、《煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝》特征在于：依次包括以下步驟：（1）選取壓裂地點(diǎn)；（2）根據(jù)觀察煤體類(lèi)型、巷道布置和構(gòu)造發(fā)育程度來(lái)確定壓力類(lèi)型，可采用頂?shù)装屙槍鱼@孔水力壓裂、頂?shù)装宕鱼@孔水力壓裂、本煤層順層鉆孔水力壓裂或本煤層穿層鉆孔水力壓裂；（3）確定鉆孔參數(shù)施工鉆孔，鉆孔參數(shù)包括孔長(zhǎng)、開(kāi)孔高度、孔徑、傾角、方位角；（4）設(shè)計(jì)水力壓裂，包括注入水量和注入壓力，進(jìn)行注水；（5）洗孔；（6）排水；（7）檢驗(yàn)壓裂效果，如符合要求向下進(jìn)行，如不符合要求轉(zhuǎn)向步驟（4）；（8）進(jìn)入管路進(jìn)行抽放。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝，其特征在于：所述的步驟（2）針對(duì)I類(lèi)、II類(lèi)煤可采用本煤層順層鉆孔水力壓裂或本煤層穿層鉆孔水力壓裂；針對(duì)III類(lèi)、IV類(lèi)、V類(lèi)煤可采用頂?shù)装屙槍鱼@孔水力壓裂或頂?shù)装宕鱼@孔水力壓裂。

3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝，其特征在于：所述的本煤層順層鉆孔水力壓裂可以采用在工作面進(jìn)風(fēng)順槽和/或回風(fēng)順槽在煤層中施工平行于切眼的水力鉆裂鉆孔；也可采用在掘進(jìn)迎頭或在掛耳鉆場(chǎng)內(nèi)施工超前抽放鉆孔。

4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝，其特征在于：所述的本煤層穿層鉆孔水力壓裂為在煤層底板向煤層施工穿層的仰角水力壓裂鉆孔，當(dāng)煤層厚度大于等于2米時(shí)，仰角水力壓裂鉆孔打至穿煤層1米，當(dāng)煤層厚度小于2米時(shí)，仰角水力壓裂鉆孔打至剛揭露煤層時(shí)；在煤層頂板向煤層施工穿層的俯角水力壓裂鉆孔，俯角水力壓裂鉆孔貫穿煤層至煤層底板5米～10米處。

5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝，其特征在于：所述的頂?shù)装宕鱼@孔水力壓裂為在煤層頂?shù)装逑镏邢蛎簩邮┕し派錉畹拇鱼@孔至接近煤層30毫米～50毫米。

6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝，其特征在于：所述的頂?shù)装屙槍鱼@孔水力壓裂為在距煤層30毫米～50毫米的頂?shù)装逯信c煤層平行施工順層鉆孔。

7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝，其特征在于：所述的本煤層穿層鉆孔水力壓裂應(yīng)在煤體應(yīng)力集中集中帶以離3米～5米處進(jìn)行封孔，確保封孔器與鉆孔緊密接觸。

8、根據(jù)權(quán)利要求1-7任一條所述的煤礦井下鉆孔水力壓裂增透抽采瓦斯工藝，其特征在于：開(kāi)始注水時(shí)，在前3～5分鐘內(nèi)必須緩慢增高水壓至設(shè)計(jì)注水壓力，注水泵應(yīng)當(dāng)設(shè)置卸壓閥，調(diào)整該閥可保證壓力平緩上升和減壓；注水時(shí)，高壓管路的水壓比確定注水壓力低30％以上時(shí)，可以結(jié)束注水；停泵時(shí)，注水泵應(yīng)緩慢卸壓。

《煤礦井下瓦斯抽采(放)鉆孔施工新技術(shù)》內(nèi)容共分六章。

第一章緒論，介紹了煤礦井下瓦斯抽采(放)的意義、鉆孔的分類(lèi)、鉆孔施工的條件；第二章煤礦井下鉆孔設(shè)備、鉆具新進(jìn)展，較詳細(xì)地介紹了煤炭科學(xué)研究總院西安研究院近年來(lái)研制的多種全液壓坑道鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)性能以及坑道鉆機(jī)性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)、礦用外平摩擦焊鉆桿、插接式螺旋鉆桿、胎體式PDC鉆頭的研制及應(yīng)用情況；第三章高位瓦斯抽采(放)鉆孔施工技術(shù)以部分煤礦企業(yè)為代表，分析高位瓦斯抽采(放)鉆孔的定向工藝原理、常用裝備機(jī)具的選擇和施工狀況；第四章本煤層瓦斯抽放鉆孔施工技術(shù)介紹不同煤層賦存條件下的瓦斯抽采(放)方式和鉆孔施工技術(shù)，其中既包括適用于硬煤的沿煤層長(zhǎng)鉆孔定向鉆進(jìn)技術(shù)，也包括適用于軟煤的螺旋鉆桿鉆進(jìn)、三棱形鉆桿鉆進(jìn)和空氣鉆進(jìn)等方法的使用情況；第五章介紹的穿層鉆孔施工技術(shù)是用于治理松軟突出煤層瓦斯和抽采(放)鄰近層瓦斯的有效方法之一；第六章煤礦井下其他鉆孔施工技術(shù)介紹在煤礦井下的勘探孔、替代巷道的大直徑鉆孔、探放水孔、注漿鉆孔、管棚鉆孔等方面的施工技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例。

2100433B