[发明专利]煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法，属于煤矿井下区域瓦斯治理技术领域，尤其适用于高瓦斯、低透气性煤层的脉动水力压裂卸压增透措施。

背景技术

目前防治煤矿瓦斯灾害的根本性方法是进行瓦斯抽采，由于自然因素作用，我国煤层瓦斯赋存含量普遍较高，高瓦斯、低透气性煤层占70%左右，开采前的抽采难度大，使得瓦斯灾害已成为制约煤矿安全生产的主要因素。煤矿瓦斯治本措施主要是通过钻孔进行瓦斯抽采。但是，常规的瓦斯抽采存在钻孔有效影响范围小（钻孔间距2 m左右）、区域瓦斯抽采需要的钻孔数量多（每个开采工作面需要数百至上千个钻孔）、钻孔施工工程量大、抽采瓦斯浓度低（≤20 %，甚至≤10 %）、抽采效果差和抽采时间长等问题，不能适应安全生产的需要。

随着煤层瓦斯治理研究工作的深入开展，低透气性煤层卸压增透技术不断发展，许多水力化措施得到应用，其特点都是用水作为处理煤层瓦斯的手段，如煤层注水、水力压裂、水力冲刷、水力割缝和水力冲孔等，钻孔水起到促进煤体裂隙发育、改变煤层的瓦斯动力学性质及物理力学性质的作用。诸多的水力化技术中，水力压裂技术较好地遵循了卸压增透、排放瓦斯和改变煤体物理力学性质的原则，在国内多个矿井应用并取得了较好的效果。但常规井下煤层水力压裂主要存在诸如注水压力大、设备体积庞大、结构复杂、高压封孔困难、压裂成功率低等问题。针对以上问题，专利一种低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法（申请号：201110046285.9）提出了脉冲压裂增透抽采瓦斯方法,形成了脉动水力压裂卸压增透技术，该技术利用脉动水压力在煤体钻孔内部的周期性变化所产生的“水击”和“水劈”效应，促使裂隙发育、扩展，形成新的再生裂隙，提供水在煤层中的渗透通道，改善煤的力学性质、降低工作面前方煤体的应力、加速瓦斯的排放速度，提高钻孔瓦斯抽采效率。

对于高瓦斯低透气性松软煤层，常规水力压裂和脉动水力压裂卸压增透技术均存在裂隙张开时间短、闭合快、瓦斯抽采量衰减快的问题，因此，在脉动水力压裂技术的基础上，本专利提出重复脉动水力压裂卸压增透技术，强化瓦斯抽采效果。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中存在的不足之处，提供一种方法简单、能增大煤层透气性，提高瓦斯抽采率，缩短瓦斯抽采达标时间的煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法。

技术方案：本发明的煤矿井下重复脉动水力压裂强化瓦斯抽采方法，包括在本煤层中施工一个顺层钻孔作为脉动水力压裂孔，脉动水力压裂孔两侧间隔距离L₁处分别施工一个一级导向控制孔，间隔距离L₁一般取值为8~12m，对脉动水力压裂孔和一级导向控制孔采用能够承受40MPa以上压力的耐高压钻孔密封方法进行注浆封孔；对脉动水力压裂孔进行脉动水力压裂作业，当两个一级导向控制孔中有一个孔出水或两个孔都出水时，关闭脉动水力压裂孔阀门；之后打开脉动水力压裂孔阀门，对脉动水力压裂孔进行放水卸压，同时对脉动水力压裂孔和一级导向控制孔进行管网抽采，记录每天瓦斯抽采流量和浓度；还包括如下步骤：

a. 在脉动水力压裂钻孔和一级导向控制孔中的任意两个钻孔瓦斯抽采流量低于该钻孔初始瓦斯抽采流量的40%时，关闭一级导向控制孔阀门，停止瓦斯抽采；

b. 在两个一级导向控制孔的外侧间隔距离L₂处分别施工一个二级导向控制孔，间隔距离L₂为4~6m，并对二级导向控制孔采用能够承受40MPa以上压力的耐高压钻孔密封方法进行注浆封孔；

c. 在第一次脉动水力压裂参数的基础上提高20%的脉冲压力，对脉动水力压裂孔进行脉动水力压裂作业，当两个二级导向控制孔中一个出水或两个二级导向控制孔均出水时，停止脉动水力压裂，关闭脉动水力压裂孔阀门；

d. 脉动水力压裂作业结束24h后，打开脉动水力压裂孔阀门，对脉动水力压裂孔进行放水卸压，打开一级导向控制孔阀门，对脉动水力压裂孔、一级导向控制孔和二级导向控制孔进行管网抽采。

所述的脉动水力压裂孔、一级导向控制孔、二级导向控制孔采用能够承受40MPa以上压力的耐高压钻孔密封方法进行注浆封孔；所述的脉动水力压裂钻孔与一级导向控制孔的距离L₁为8~12m；一级导向控制孔与二级导向控制孔的距离L₂为4~6m。