[发明专利]一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置。

背景技术

根据煤矿瓦斯治理十二字方针，《防治煤与瓦斯突出规定》及国务院办公厅26、93、99号文件，我国从强化瓦斯综合治理，鼓励瓦斯治理新技术的应用等方面给予极大的政策支持。

穿层钻孔预抽瓦斯是煤与瓦斯突出矿井防治煤巷掘进及采面回采时突出的主要措施，也是高瓦斯煤层降低煤层瓦斯涌出量，解决采掘过程中瓦斯超限的常用方法。如何增大钻孔的影响范围，提高钻孔的预抽效果，一直是人们十分期望解决的问题。国内外采用的方法不少，密集钻孔抽放、水力冲孔、扩大钻孔直径等是其中有效的手段，但是大量试验和理论研究表明，随着煤层开采深度的增加，地应力不断增大，煤层渗透率随之减小，从而导致密集钻孔抽放、水力冲孔方法因泄压面积有限而抽采效率不高。另外，施工大直径钻孔面临着垮孔严重、排渣困难、有效孔段长度短以及钻机负荷急剧增大等技术问题。

综上，针对上述问题，迫切需要研发一种有效的瓦斯抽采方法。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，提供一种在煤矿井下对瓦斯抽采孔实施压裂作业以提高瓦斯抽采效果的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，具体步骤如下：

一、在煤矿井下回采工作面上利用钻机钻设一个孔径为45～120mm，孔深为40～200m的瓦斯抽采孔，并在回采工作面相对位置安装好支撑装置3；

二、利用支撑装置3的水平液压缸3a先将射孔头2顶入瓦斯抽采孔，再将爆破筒短节1a逐级连接后下入瓦斯抽采孔，直到下至设计深度，爆破筒短节1a为外侧带有橡胶塞的无缝钢管；

三、将高压作业管线4a和高压进水管线4b分别与密封盖1f上的作业加注口和密封固定加注口连接后，利用支撑装置3的水平液压缸3a顶住爆破筒1；

四、在巷道安全区域装备作业监测设备5，在巷道作业面对应的地面上装备裂缝监测设备；

五、打开高压进水管线闸门4c，利用乳化液泵4h对爆破筒短节1a中无缝钢管与橡胶塞之间的环空进行加压，直到压力升至设计值1～20MPa后再关闭高压进水管线闸门4c；

六、打开高压气瓶管线闸门4f，利用高压气瓶4g对爆破筒1进行加压，直到爆破筒1内气压升至设计值0.4～0.6Mpa，再关闭高压气瓶管线闸门4f，打开乳化液泵管线闸门4i，利用乳化液泵4h将水以一定的排量泵入爆破筒1；

七、随着乳化液泵4h不断将水泵入爆破筒1，爆破筒1内压力不断升高，当压力超过爆破筒1内引爆片1c最大拉伸强度时，引爆片1c破裂，继而爆破筒1内高压气体快速泄压，在射孔头2所在空腔形成气爆，产生冲击波，使射孔头2上的玻璃珠高速冲击瓦斯抽采孔的孔壁，在整个孔壁上形成一段小孔；

八、乳化液泵4h继续以一定的排量将水高压泵入爆破筒1，高压水挤入上述孔壁上一段小孔而形成裂缝；

九、当裂缝监测设备发现裂缝无法扩展或施工压力超过额定值时，停止乳化液泵4h作业并关闭乳化液泵管线闸门4i，同时打开高压返排管线闸门4j开始泄压返排；

十、泄压结束后，打开高压水管线闸门4c，卸掉爆破筒1中无缝钢管与橡胶塞之间的环空压力，再利用支撑装置3中水平液压缸3a将爆破筒短节1a逐级上提完后，将瓦斯抽采孔封孔后实施瓦斯抽采作业。

一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂装置，包括爆破筒1、射孔头2、支撑装置3、加注引爆系统4和作业监测设备5，其特征是，射孔头2位于爆破筒1前端，加注引爆系统4通过高压作业管线4a和高压进水管线4b与爆破筒1相连，支撑装置3通过水平液压缸3a支撑巷道回采面上的爆破筒1，爆破筒1能密封瓦斯抽采孔。

所述爆破筒1包括爆破筒短节1a、双向压紧接箍1b、引爆片1c、压紧盖1d、单向压紧接箍1e和密封盖1f，爆破筒短节1a为外侧带有橡胶塞的无缝钢管，橡胶塞与无缝钢管之间有环空，爆破筒短节1a的外径为60～105mm，长度为1～5m，密封盖1f上设有作业加注口和密封固定加注口。

所述射孔头2的前端距离瓦斯抽采孔孔底0～0.3m，其外径为65～110mm，长度为1～4m。

本发明的有益效果：

1、压裂装置在现场便可快速组装，实现高效作业；

2、支撑装置及爆破筒能确保整个压裂作业安全可靠；

3、除了射孔头为一次性消耗品外，整个压裂装置可重复使用，具有成本低廉的特点；