一種煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布置結(jié)構(gòu)及增透方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布置結(jié)構(gòu)，在底抽巷內(nèi)沿其長(zhǎng)度方向向煤層方向開設(shè)有三排鉆孔，每排鉆孔均包括多個(gè)割縫鉆孔和多個(gè)壓裂鉆孔，其中一排鉆孔的開孔點(diǎn)位于巷道頂板；另外兩排鉆孔的開孔點(diǎn)均位于巷幫；每排鉆孔的相鄰兩個(gè)所述壓裂鉆孔之間等間隔設(shè)有兩個(gè)所述割縫鉆孔。本發(fā)明所述的鉆孔布置結(jié)構(gòu)，過合理設(shè)計(jì)割縫鉆孔和壓裂鉆孔的布置方式和數(shù)量，在提高抽采效率的同時(shí)，減少了壓裂鉆孔的數(shù)量，降低了成本。本發(fā)明還提供了一種煤層高壓水力割縫壓裂的增透方法。
【專利說明】
-種煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布置結(jié)構(gòu)及増透方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布 置結(jié)構(gòu)及增透方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)煤礦多為高瓦斯低透氣性礦井，瓦斯事故占礦井各類重、特大事故的比重最 大，對(duì)礦井造成的損失最嚴(yán)重。隨著社會(huì)對(duì)煤炭需求量的日益增加，開采能力的不斷提高， 開采深度增加的趨勢(shì)日趨明顯。隨著煤層開采深度增加，煤層瓦斯壓力增加，瓦斯含量增 大，煤層滲透率降低，突出煤層的數(shù)量也呈增加趨勢(shì)，煤與瓦斯突出礦井也隨之增多。因此， 有必要對(duì)低透煤層瓦斯強(qiáng)化抽采和石口掲煤措施進(jìn)行進(jìn)一步研究。
[0003] 水力割縫增透技術(shù)是利用高壓射流割縫工藝在鉆孔內(nèi)割縫并排出部分煤體，消除 應(yīng)力集中，破解鉆孔周圍產(chǎn)生的瓶頸效應(yīng)，形成鉆孔內(nèi)較大范圍的卸壓增透區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了水 力壓裂過程中裂隙擴(kuò)展方向的可控性，同時(shí)因?yàn)閷?dǎo)向槽附近煤體抗拉強(qiáng)度降低，從而降低 了壓開壓力，擴(kuò)大了壓裂半徑，增大了卸壓范圍；但水力割縫存在有效影響范圍小的缺點(diǎn)。 水力壓裂技術(shù)是通過向煤體內(nèi)注入高壓水，使煤體內(nèi)原生裂隙張開，同時(shí)形成新的裂隙，提 高了煤體的透氣性，其優(yōu)點(diǎn)是影響范圍比較大，但是，水力壓裂存在著壓裂方向不易控制， 且容易形成局部應(yīng)力集中的問題井，不利于瓦斯的抽采。現(xiàn)有技術(shù)中，公開號(hào)為CN 104389631A的專利公開了一種低透氣性煤層割縫與壓裂協(xié)同網(wǎng)絡(luò)化增透方法，通過將割縫 鉆孔與壓裂鉆孔交叉協(xié)同布置，并對(duì)壓裂鉆孔進(jìn)行分段壓裂，擴(kuò)大了單個(gè)鉆孔有效影響范 圍，實(shí)現(xiàn)了瓦斯高效抽采，但該技術(shù)存在W下缺點(diǎn):該工藝復(fù)雜，實(shí)際井下施工，不易操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布 置結(jié)構(gòu)，W解決割縫鉆孔影響范圍小、壓裂裂縫擴(kuò)展方向不易控制的問題，實(shí)現(xiàn)瓦斯高效抽 采，同時(shí)，減少壓裂鉆孔的數(shù)量，從而降低成本，本發(fā)明還提供了一種煤層高壓水力割縫壓 裂的增透方法。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布置結(jié)構(gòu)，在底抽巷內(nèi)沿其長(zhǎng)度方向向煤層方 向開設(shè)有Ξ排鉆孔，每排鉆孔均包括多個(gè)割縫鉆孔和多個(gè)壓裂鉆孔，其中一排鉆孔的開孔 點(diǎn)位于巷道頂板;另外兩排鉆孔的開孔點(diǎn)均位于巷幫;每排鉆孔的相鄰兩個(gè)所述壓裂鉆孔 之間等間隔設(shè)有兩個(gè)所述割縫鉆孔。
[0007] 本發(fā)明所述的煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布置結(jié)構(gòu)，其中，相鄰兩個(gè)所述割縫 鉆孔或相鄰所述割縫鉆孔和所述壓裂鉆孔之間等間隔設(shè)置。
[000引本發(fā)明所述的煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布置結(jié)構(gòu)，其中，相鄰鉆孔之間的距 蹲為 10-12πι。
[0009]本發(fā)明還提供了一種煤層高壓水力割縫壓裂增透方法，包括W下步驟：
[0010] (a)按上述鉆孔布置結(jié)構(gòu)，逐一施工各所述割縫鉆孔并采用高壓水射流對(duì)各割縫 鉆孔進(jìn)行高壓水力割縫，采用封孔材料對(duì)各所述割縫鉆孔進(jìn)行常規(guī)封孔作業(yè)后，連入瓦斯 抽采管路進(jìn)行瓦斯抽采；
[0011] (b)按上述鉆孔布置結(jié)構(gòu)，逐一施工各所述壓裂鉆孔并采用封孔材料對(duì)所述壓裂 鉆孔進(jìn)行封孔；
[0012] (C)對(duì)各所述壓裂鉆孔進(jìn)行高壓水力壓裂。
[0013] 本發(fā)明所述的煤層高壓水力割縫壓裂增透方法，其中，步驟(a)中所述高壓水力割 縫的過程為:將高壓水累的高壓排出端依次通過高壓膠管和旋轉(zhuǎn)接頭與水射流鉆桿的一端 連接，裝有噴嘴的水射流噴頭固定設(shè)置在所述水射流鉆桿的另一端；用鉆機(jī)帶動(dòng)所述水射 流鉆桿將所述水射流噴頭送至所述割縫鉆孔底，然后開啟所述鉆機(jī)，使所述水射流鉆桿W 最低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn);通過調(diào)節(jié)截止閥，控制射流系統(tǒng)壓力，打開所述噴嘴，對(duì)所述割縫鉆孔的孔 壁的煤體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，同時(shí)所述水射流鉆桿在所述割縫鉆孔內(nèi)緩慢往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過改變 所述割縫鉆孔內(nèi)所述水射流鉆桿的長(zhǎng)度來控制所述割縫鉆孔割縫段的范圍，形成擴(kuò)孔鉆 孔，直到完成割縫作業(yè)。
[0014] 本發(fā)明所述的煤層高壓水力割縫壓裂增透方法，其中，步驟(C)中所述高壓水力壓 裂的過程為:將高壓水累的高壓排出端通過高壓膠管與所述水射流鉆桿的一端連接，將所 述水射流鉆桿的另一端送至所述壓裂鉆孔底，開啟所述高壓水累，開始進(jìn)行水力壓裂，將累 壓緩慢上調(diào)直至所述壓裂鉆孔有水流出。
[0015] 本發(fā)明所述的煤層高壓水力割縫壓裂增透方法，其中，步驟(a)中所述擴(kuò)孔鉆孔的 直徑為 300-500mm。
[0016] 本發(fā)明所述的煤層高壓水力割縫壓裂增透方法，其中，步驟(a)中所述封孔材料為 水泥砂漿，封孔后所述水泥砂漿需凝固72h W上。
[0017] 本發(fā)明有益效果：
[0018] 本發(fā)明所述的高壓水力割縫壓裂的鉆孔布置結(jié)構(gòu)，通過合理設(shè)計(jì)割縫鉆孔和壓裂 鉆孔的布置方式和數(shù)量，在提高抽采效率的同時(shí)，減少了壓裂鉆孔的數(shù)量，降低了生產(chǎn)成 本。
[0019] 本發(fā)明所述的高壓水力割縫壓裂煤層增透方法，能顯著提高鉆孔的瓦斯抽采量， 另外在經(jīng)濟(jì)、時(shí)間等方面都具有很大的優(yōu)越性。為掲煤及煤層增透提供指導(dǎo)，為瓦斯冶理提 供了技術(shù)保障。對(duì)于無保護(hù)層開采條件的突出煤層，W高壓水力割縫實(shí)現(xiàn)煤體局部卸壓為 基礎(chǔ)，再通過定向高壓水力壓裂擴(kuò)大卸壓范圍的水力割縫壓裂綜合增透技術(shù)，可W實(shí)現(xiàn)穿 層鉆孔強(qiáng)化抽采瓦斯和安全高效掲穿煤層。采用該方法后，煤層透氣性明顯增加，又使煤體 的塑性提高和濕度增加，從而降低了煤層的突出危險(xiǎn)性，并降低了煤塵。此外，還大幅度減 少了抽采鉆孔工程量，有效縮短了抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間，還能減少封孔材料、抽采管路等抽放附屬 設(shè)施的費(fèi)用，降低測(cè)氣員的工作量，從而也降低了預(yù)抽成本。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明所述高壓水力割縫壓裂煤層增透方法的鉆孔平面布置示意圖；
[0021 ]圖2為本發(fā)明所述高壓水力割縫壓裂煤層增透方法的鉆孔立面布置示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明所述高壓水力割縫壓裂煤層增透方法的高壓水力割縫工藝系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明的高壓水力割縫壓裂煤層增透方法的高壓水力割縫壓裂工藝系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 下面將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)施例一種用于煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布置 結(jié)構(gòu)，施工地點(diǎn)選取某煤礦12408工作面低位瓦斯抽采巷道，在底抽巷3內(nèi)沿其長(zhǎng)度方向向 煤層4方向開設(shè)有Ξ排鉆孔，每排鉆孔均包括多個(gè)割縫鉆孔1和多個(gè)壓裂鉆孔2，其中一排鉆 孔的開孔點(diǎn)位于巷道頂板，距離巷幫Im;另外兩排鉆孔的開孔點(diǎn)均位于巷幫，距巷道底板5 的距離為2m;每排鉆孔的相鄰兩個(gè)壓裂鉆孔2之間等間隔設(shè)有兩個(gè)割縫鉆孔1，相鄰兩個(gè)割 縫鉆孔1或相鄰割縫鉆孔1和壓裂鉆孔2之間等間隔設(shè)置，Ξ排鉆孔中相鄰兩排鉆孔的壓裂 鉆孔2不相鄰，W使多個(gè)壓裂鉆孔2分散布置，相鄰鉆孔之間的距離為10-12m。
[0026] 本實(shí)施例一種煤層高壓水力割縫壓裂增透方法，包括W下步驟：
[0027] (a)按上述鉆孔布置結(jié)構(gòu)，逐一施工各割縫鉆孔1并采用高壓水射流對(duì)各割縫鉆孔 1進(jìn)行高壓水力割縫，將高壓水累6的高壓排出端依次通過高壓膠管8和旋轉(zhuǎn)接頭14與水射 流鉆桿10的一端連接，裝有噴嘴12的水射流噴頭11固定設(shè)置在水射流鉆桿10的另一端；用 鉆機(jī)15帶動(dòng)水射流鉆桿10將水射流噴頭11送至割縫鉆孔1底，然后開啟鉆機(jī)15,使水射流鉆 桿10W最低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn);通過調(diào)節(jié)截止閥7,控制射流系統(tǒng)壓力，壓力為25MPa，打開噴嘴12,對(duì) 割縫鉆孔1的孔壁的煤體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，同時(shí)水射流鉆桿10在割縫鉆孔1內(nèi)緩慢往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 通過改變割縫鉆孔1內(nèi)水射流鉆桿10的長(zhǎng)度來控制割縫鉆孔1割縫段的范圍，形成擴(kuò)孔鉆孔 13,擴(kuò)孔鉆孔13的直徑為500mm，直到完成割縫作業(yè)，采用封孔材料9對(duì)各割縫鉆孔1進(jìn)行常 規(guī)封孔作業(yè)后，連入瓦斯抽采管路進(jìn)行瓦斯抽采；
[0028] (b)按上述鉆孔布置結(jié)構(gòu)，逐一施工各壓裂鉆孔2并采用封孔材料9對(duì)壓裂鉆孔2進(jìn) 行封孔，封孔材料9為水泥砂漿，封孔后所述水泥砂漿需凝固72h W上；
[0029] (C)對(duì)各壓裂鉆孔2進(jìn)行高壓水力壓裂，將高壓水累6的高壓排出端通過高壓膠管8 與水射流鉆桿10的一端連接，將水射流鉆桿10的另一端送至壓裂鉆孔1底，開啟高壓水累6， 開始進(jìn)行水力壓裂，將累壓緩慢上調(diào)直至壓裂鉆孔2有水流出，使壓裂鉆孔2與周圍鄰近鉆 孔之間煤體被壓開形成貫穿裂隙通道，并通過高壓水?dāng)y帶出煤屑，達(dá)到增加煤層透氣性的 目的。
[0030] 本實(shí)施例中，選取不同鉆孔對(duì)12408底抽巷水力壓裂瓦斯監(jiān)測(cè):采取割縫壓裂作業(yè) 后，126~137#鉆孔的平均瓦斯抽采濃度介于15%~92%之間，平均瓦斯抽采濃度為 48.04%; 158~163#鉆孔的平均瓦斯抽采濃度介于12%~61 %之間，平均瓦斯抽采濃度為 32.52% ; 181~186#鉆孔的平均瓦斯抽采濃度介于11 %~69%之間，平均瓦斯抽采濃度為 45.81 %; 198~203#鉆孔的平均瓦斯抽采濃度介于10%~61 %之間，平均瓦斯抽采濃度為 36.15%; 227~232#鉆孔的平均瓦斯抽采濃度介于10%~75%之間，平均瓦斯抽采濃度為 40.35% ;而對(duì)比常規(guī)116#~125#鉆孔的平均瓦斯抽采濃度介于5%~35%之間，平均瓦斯 抽采濃度為13.18%，如表1所示。
[0031] 對(duì)比結(jié)果可W看出，采取本實(shí)施例割縫壓裂增透作業(yè)后，其瓦斯抽采的平均濃度 是常規(guī)鉆孔的3.08倍;顯然，采取割縫壓裂綜合增透作業(yè)取得了明顯的增透效果。
[0032] 表1采取割縫壓裂綜合增透的鉆孔和常規(guī)鉆孔的瓦斯?jié)舛鹊膶?duì)比
[0033]
[0034] W上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范 圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布置結(jié)構(gòu)，其特征在于:在底抽巷(3)內(nèi)沿其長(zhǎng)度 方向向煤層(4)方向開設(shè)有三排鉆孔，每排鉆孔均包括多個(gè)割縫鉆孔（1)和多個(gè)壓裂鉆孔 ⑵，其中一排鉆孔的開孔點(diǎn)位于巷道頂板；另外兩排鉆孔的開孔點(diǎn)均位于巷幫;每排鉆孔 的相鄰兩個(gè)所述壓裂鉆孔(2)之間等間隔設(shè)有兩個(gè)所述割縫鉆孔(1)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布置結(jié)構(gòu)，其特征在于:相鄰兩 個(gè)所述割縫鉆孔(1)或相鄰所述割縫鉆孔(1)和所述壓裂鉆孔(2)之間等間隔設(shè)置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤層高壓水力割縫壓裂的鉆孔布置結(jié)構(gòu)，其特征在于：相 鄰鉆孔之間的距離為l〇-12m。4. 一種煤層高壓水力割縫壓裂增透方法，其特征在于:包括以下步驟： (a) 按權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的鉆孔布置結(jié)構(gòu)，逐一施工各所述割縫鉆孔（1)并采 用高壓水射流對(duì)各割縫鉆孔（1)進(jìn)行高壓水力割縫，采用封孔材料(9)對(duì)各所述割縫鉆孔 (1)進(jìn)行常規(guī)封孔作業(yè)后，連入瓦斯抽采管路進(jìn)行瓦斯抽采； (b) 按上述鉆孔布置結(jié)構(gòu)，逐一施工各所述壓裂鉆孔(2)并采用封孔材料(9)對(duì)所述壓 裂鉆孔(2)進(jìn)行封孔； (c) 對(duì)各所述壓裂鉆孔(2)進(jìn)行高壓水力壓裂。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤層高壓水力割縫壓裂增透方法，其特征在于：步驟(a)中所 述高壓水力割縫的過程為:將高壓水栗(6)的高壓排出端依次通過高壓膠管(8)和旋轉(zhuǎn)接頭 (14)與水射流鉆桿(10)的一端連接，裝有噴嘴（12)的水射流噴頭（11)固定設(shè)置在所述水射 流鉆桿(10)的另一端；用鉆機(jī)（15)帶動(dòng)所述水射流鉆桿(10)將所述水射流噴頭（11)送至所 述割縫鉆孔（1)底，然后開啟所述鉆機(jī)（15)，使所述水射流鉆桿（10)以最低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn);通過 調(diào)節(jié)截止閥（7)，控制射流系統(tǒng)壓力，打開所述噴嘴（12)，對(duì)所述割縫鉆孔(1)的孔壁的煤體 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，同時(shí)所述水射流鉆桿(1 〇)在所述割縫鉆孔(1)內(nèi)緩慢往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過改變所 述割縫鉆孔(1)內(nèi)所述水射流鉆桿(10)的長(zhǎng)度來控制所述割縫鉆孔（1)割縫段的范圍，形成 擴(kuò)孔鉆孔(13)，直到完成割縫作業(yè)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤層高壓水力割縫壓裂增透方法，其特征在于：步驟(c)中所 述高壓水力壓裂的過程為:將高壓水栗(6)的高壓排出端通過高壓膠管(8)與所述水射流鉆 桿(10)的一端連接，將所述水射流鉆桿（10)的另一端送至所述壓裂鉆孔(1)底，開啟所述高 壓水栗(6)，開始進(jìn)行水力壓裂，將栗壓緩慢上調(diào)直至所述壓裂鉆孔(2)有水流出。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤層高壓水力割縫壓裂增透方法，其特征在于：步驟(a)中所 述擴(kuò)孔鉆孔(13)的直徑為300-500mm。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤層高壓水力割縫壓裂增透方法，其特征在于：步驟(a)中所 述封孔材料(9)為水泥砂漿，封孔后所述水泥砂漿需凝固72h以上。
【文檔編號(hào)】E21B7/18GK105971663SQ201610571405
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月19日
【發(fā)明人】賀昌雨
【申請(qǐng)人】淮南宏昌科技有限責(zé)任公司