[发明专利]煤岩水-酸高压预裂软化防冲增透成套装备和方法

说明书

本发明公开了煤岩水‑酸高压预裂软化防冲增透成套装备和方法，包括钻孔系统、测控系统、封孔系统和水‑酸耦合加压系统，钻孔系统包括坑道钻机、钻杆和钻头，测控系统包括伽马射线测井仪和钻孔窥视仪，记录钻孔位置参数、岩性、裂隙发育情况和检测预裂效果，封孔系统包括分段压裂封孔器，水‑酸耦合加压系统包括高压水泵总成、气体增压泵总成、气‑水混合管总成和多孔并行供液管网；本发明将注水和注酸相合并，增加高压二氧化碳充装泵，直接将二氧化碳气体充装到高压气水混合管中，泵后注酸，避免酸液腐蚀高压水泵，实现高压注酸，单独开启水泵，可以实现水力压裂，单独开启二氧化碳充装泵实现高压气裂，二者同时开启实现酸液压裂。

技术领域

本发明涉及煤矿安全技术领域，具体为煤岩水-酸高压预裂软化防冲增透成套装备和方法。

背景技术

煤矿开采时，经常遇到煤体致密坚硬，透气性差，导致采煤机切割效率低，顶煤难以放出，煤层中瓦斯抽放困难，容易聚集瓦斯，发生瓦斯事故。另一种情况是煤体上方坚硬的顶板，工作面回采后采空区悬顶面积较大，岩体弹性能大量积聚，容易形成大面积顶板来压和冲击地压。

传统的方法都是先单一注水，然后单一注酸，注酸压力较小，酸液需要在地面配置储存入罐，然后运输到井下通过低压酸泵注入，从而扩展煤岩体裂缝，驱体瓦斯，实现软化，但是水和酸分别注入，所需设备较多，成本较高，操作较为麻烦。

基于此，本发明设计了煤岩水-酸高压预裂软化防冲增透成套装备和方法，以解决上述提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供煤岩水-酸高压预裂软化防冲增透成套装备和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：煤岩水-酸高压预裂软化防冲增透成套装备，包括钻孔系统、测控系统、封孔系统和水-酸耦合加压系统，所述钻孔系统包括钻机、钻杆和钻头，在坚硬煤岩中开凿钻孔，形成注水压裂通道，可采用普通的坑道钻机，也可以使用定向钻机，所述测控系统包括伽马射线测井仪和钻孔窥视仪，记录钻孔位置参数、岩性、裂隙发育情况和检测预裂效果，在钻孔形成后测量一次，预裂施工后再测量一次，所述封孔系统包括封孔器(分段压裂封孔器或整体压裂封孔器)，所述水-酸耦合加压系统包括高压水泵总成、气体增压泵总成、气-水混合管总成和多孔并行供液管网。

优选的，所述高压水泵总成包括水箱和柱塞泵，所述水箱上开有净水入口，所述净水入口与过滤袋外筒相连接，所述过滤袋外筒内设有过滤袋内筒，所述过滤袋内筒与入口管路相连接，所述水箱上开有低压出水接口，所述低压出水接口通过高压胶管与柱塞泵的进水接口相连接，所述柱塞泵的进水接口处设有进水口单向阀，所述柱塞泵内设有回位弹簧，所述柱塞泵上设置有柱塞，所述柱塞的一端与回位弹簧端部连接，所述柱塞的另一端与凸轮相接触，所述凸轮与防爆电机输出端相连接，所述柱塞泵上连接有出水管，所述出水管的输出端设置有水泵高压水接口。

优选的，所述出水管上依次设有出水口单向阀、水泵节流阀、水泵流量计和水泵压力表，水泵节流阀调节出水压力，水泵流量计显示出水量，水泵压力表显示出水压力。

优选的，所述气体增压泵总成包括气体增压泵压风接口、油水分离器、驱动气节流阀、驱动气压表、驱动气流量表、驱动换向阀和驱动气室，压缩空气依次经过气体增压泵压风接口、油水分离器、驱动气节流阀、驱动气压表、驱动气流量表、驱动换向阀和驱动气室，所述气体增压泵总成还包括增压泵二氧化碳接口，所述增压泵二氧化碳接口处设有二氧化碳气流量计，所述增压泵二氧化碳接口连接有左气管和右气管，所述左气管上依次设有左进单向阀和左出单向阀，所述右气管上依次设有右进单向阀和右出单向阀，所述左气管和右气管出口处连接有连接管，所述连接管上设有可调压安全阀、高压气压力表、出口节流阀、出口流量计和出口压力表，所述连接管贴近出口压力表的一端设置有高压二氧化碳气接口。