一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于瓦斯抽采【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂方法及裝置，在井下鉆設(shè)瓦斯抽采孔后下入射孔頭和爆破筒，連接高壓作業(yè)管線和高壓進(jìn)水管線，用支撐裝置頂住爆破筒，依次泵入氣體和高壓液，氣體壓力達(dá)到一定值后，射孔頭射開(kāi)煤層，繼續(xù)泵入高壓液實(shí)施壓裂作業(yè)。上述兩管線與爆破筒相連，爆破筒能密封瓦斯抽采孔。本發(fā)明裝置可在現(xiàn)場(chǎng)快速組裝，支撐裝置及爆破筒確保壓裂作業(yè)安全可靠；本裝置可重復(fù)使用，成本低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于瓦斯抽采【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)煤礦瓦斯治理十二字方針，《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》及國(guó)務(wù)院辦公廳26、93、99號(hào)文件，我國(guó)從強(qiáng)化瓦斯綜合治理，鼓勵(lì)瓦斯治理新技術(shù)的應(yīng)用等方面給予極大的政策支持。
[0003]穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯是煤與瓦斯突出礦井防治煤巷掘進(jìn)及采面回采時(shí)突出的主要措施，也是高瓦斯煤層降低煤層瓦斯涌出量，解決采掘過(guò)程中瓦斯超限的常用方法。如何增大鉆孔的影響范圍，提高鉆孔的預(yù)抽效果，一直是人們十分期望解決的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外采用的方法不少，密集鉆孔抽放、水力沖孔、擴(kuò)大鉆孔直徑等是其中有效的手段，但是大量試驗(yàn)和理論研究表明，隨著煤層開(kāi)采深度的增加，地應(yīng)力不斷增大，煤層滲透率隨之減小，從而導(dǎo)致密集鉆孔抽放、水力沖孔方法因泄壓面積有限而抽采效率不高。另外，施工大直徑鉆孔面臨著垮孔嚴(yán)重、排渣困難、有效孔段長(zhǎng)度短以及鉆機(jī)負(fù)荷急劇增大等技術(shù)問(wèn)題。
[0004]綜上，針對(duì)上述問(wèn)題，迫切需要研發(fā)一種有效的瓦斯抽采方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服上述不足，提供一種在煤礦井下對(duì)瓦斯抽采孔實(shí)施壓裂作業(yè)以提高瓦斯抽采效果的方法及裝置。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂方法，具體步驟如下:
[0007]一、在煤礦井下回采工作面上利用鉆機(jī)鉆設(shè)一個(gè)孔徑為45?120mm，孔深為40?200m的瓦斯抽采孔，并在回采工作面相對(duì)位置安裝好支撐裝置3 ；
[0008]二、利用支撐裝置3的水平液壓缸3a先將射孔頭2頂入瓦斯抽采孔，再將爆破筒短節(jié)Ia逐級(jí)連接后下入瓦斯抽采孔，直到下至設(shè)計(jì)深度，爆破筒短節(jié)Ia為外側(cè)帶有橡膠塞的無(wú)縫鋼管；
[0009]三、將高壓作業(yè)管線4a和高壓進(jìn)水管線4b分別與密封蓋If上的作業(yè)加注口和密封固定加注口連接后，利用支撐裝置3的水平液壓缸3a頂住爆破筒I ;
[0010]四、在巷道安全區(qū)域裝備作業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備5，在巷道作業(yè)面對(duì)應(yīng)的地面上裝備裂縫監(jiān)測(cè)設(shè)備；
[0011]五、打開(kāi)高壓進(jìn)水管線閘門(mén)4c，利用乳化液泵4h對(duì)爆破筒短節(jié)Ia中無(wú)縫鋼管與橡膠塞之間的環(huán)空進(jìn)行加壓，直到壓力升至設(shè)計(jì)值I?20MPa后再關(guān)閉高壓進(jìn)水管線閘門(mén)4c ；
[0012]六、打開(kāi)高壓氣瓶管線閘門(mén)4f，利用高壓氣瓶4g對(duì)爆破筒I進(jìn)行加壓，直到爆破筒I內(nèi)氣壓升至設(shè)計(jì)值0.4?0.6Mpa，再關(guān)閉高壓氣瓶管線閘門(mén)4f，打開(kāi)乳化液泵管線閘門(mén)4i，利用乳化液泵4h將水以一定的排量泵入爆破筒I ;
[0013]七、隨著乳化液泵4h不斷將水泵入爆破筒1，爆破筒I內(nèi)壓力不斷升高，當(dāng)壓力超過(guò)爆破筒I內(nèi)引爆片Ic最大拉伸強(qiáng)度時(shí)，引爆片Ic破裂，繼而爆破筒I內(nèi)高壓氣體快速泄壓，在射孔頭2所在空腔形成氣爆，產(chǎn)生沖擊波，使射孔頭2上的玻璃珠高速?zèng)_擊瓦斯抽采孔的孔壁，在整個(gè)孔壁上形成一段小孔；
[0014]八、乳化液泵4h繼續(xù)以一定的排量將水高壓泵入爆破筒1，高壓水?dāng)D入上述孔壁上一段小孔而形成裂縫；
[0015]九、當(dāng)裂縫監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)裂縫無(wú)法擴(kuò)展或施工壓力超過(guò)額定值時(shí)，停止乳化液泵4h作業(yè)并關(guān)閉乳化液泵管線閘門(mén)4i，同時(shí)打開(kāi)高壓返排管線閘門(mén)4j開(kāi)始泄壓返排；
[0016]十、泄壓結(jié)束后，打開(kāi)高壓水管線閘門(mén)4c，卸掉爆破筒I中無(wú)縫鋼管與橡膠塞之間的環(huán)空壓力，再利用支撐裝置3中水平液壓缸3a將爆破筒短節(jié)Ia逐級(jí)上提完后，將瓦斯抽采孔封孔后實(shí)施瓦斯抽采作業(yè)。
[0017]一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂裝置，包括爆破筒1、射孔頭2、支撐裝置3、加注引爆系統(tǒng)4和作業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備5，其特征是，射孔頭2位于爆破筒I前端，加注引爆系統(tǒng)4通過(guò)高壓作業(yè)管線4a和高壓進(jìn)水管線4b與爆破筒I相連，支撐裝置3通過(guò)水平液壓缸3a支撐巷道回采面上的爆破筒1，爆破筒I能密封瓦斯抽采孔。
[0018]所述爆破筒I包括爆破筒短節(jié)la、雙向壓緊接箍lb、引爆片lc、壓緊蓋Id、單向壓緊接箍Ie和密封蓋If，爆破筒短節(jié)Ia為外側(cè)帶有橡膠塞的無(wú)縫鋼管，橡膠塞與無(wú)縫鋼管之間有環(huán)空，爆破筒短節(jié)Ia的外徑為60?105mm，長(zhǎng)度為I?5m，密封蓋If上設(shè)有作業(yè)加注口和密封固定加注口。
[0019]所述射孔頭2的前端距離瓦斯抽采孔孔底O?0.3m，其外徑為65?110mm，長(zhǎng)度為I?4m。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
[0021]1、壓裂裝置在現(xiàn)場(chǎng)便可快速組裝，實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)；
[0022]2、支撐裝置及爆破筒能確保整個(gè)壓裂作業(yè)安全可靠；
[0023]3、除了射孔頭為一次性消耗品外，整個(gè)壓裂裝置可重復(fù)使用，具有成本低廉的特
占.[0024]4、可借用煤礦現(xiàn)有乳化液泵站作為加壓裝置。
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明井下結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明防爆筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明射孔頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明支撐裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5是本發(fā)明加注引爆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中:1、爆破筒，2、射孔頭，3、支撐裝置，4、加注引爆系統(tǒng)，5、作業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備，la、爆破筒短節(jié)，lb、雙向壓緊接箍，lc、引爆片，Id、壓緊蓋，le、單向壓緊接箍，If、密封蓋，3a、水平液壓缸，3b、頂頭，3c、支架，3d、垂直液壓缸，4a、高壓作業(yè)管線，4b、高壓進(jìn)水管線，4c、高壓進(jìn)水管線閘門(mén)，4d、壓力表，4e、管匯，4f、高壓氣瓶管線閘門(mén)，4g、高壓氣瓶，4h、乳化液泵，41、乳化液泵管線閘門(mén)，4j、高壓返排管線閘門(mén)，4k、放空管線，41、安全閥，4m、壓力表，4n、流量表。
【具體實(shí)施方式】
[0032]參見(jiàn)圖1?圖5，本發(fā)明提出的一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂方法，具體步驟如下:
[0033]一、在煤礦井下回采工作面上利用鉆機(jī)鉆設(shè)一個(gè)孔徑為45?120mm，孔深為40?200m的瓦斯抽采孔，并在回采工作面相對(duì)位置安裝好支撐裝置3 ；
[0034]二、利用支撐裝置3的水平液壓缸3a先將射孔頭2頂入瓦斯抽采孔，再將爆破筒短節(jié)Ia逐級(jí)連接后下入瓦斯抽采孔，直到下至設(shè)計(jì)深度，爆破筒短節(jié)Ia為外側(cè)帶有橡膠塞的無(wú)縫鋼管；
[0035]三、將高壓作業(yè)管線4a和高壓進(jìn)水管線4b分別與密封蓋If上的作業(yè)加注口和密封固定加注口連接后，利用支撐裝置3的水平液壓缸3a頂住爆破筒I ;
[0036]四、在巷道安全區(qū)域裝備作業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備5，在巷道作業(yè)面對(duì)應(yīng)的地面上裝備裂縫監(jiān)測(cè)設(shè)備；
[0037]五、打開(kāi)高壓進(jìn)水管線閘門(mén)4c，利用乳化液泵4h對(duì)爆破筒短節(jié)Ia中無(wú)縫鋼管與橡膠塞之間的環(huán)空進(jìn)行加壓，直到壓力升至設(shè)計(jì)值I?20MPa后再關(guān)閉高壓進(jìn)水管線閘門(mén)4c ；
[0038]六、打開(kāi)高壓氣瓶管線閘門(mén)4f，利用高壓氣瓶4g對(duì)爆破筒I進(jìn)行加壓，直到爆破筒I內(nèi)氣壓升至設(shè)計(jì)值0.4?0.6Mpa，再關(guān)閉高壓氣瓶管線閘門(mén)4f，打開(kāi)乳化液泵管線閘門(mén)4i，利用乳化液泵4h將水以一定的排量泵入爆破筒I ;
[0039]七、隨著乳化液泵4h不斷將水泵入爆破筒1，爆破筒I內(nèi)壓力不斷升高，當(dāng)壓力超過(guò)爆破筒I內(nèi)引爆片Ic最大拉伸強(qiáng)度時(shí)，引爆片Ic破裂，繼而爆破筒I內(nèi)高壓氣體快速泄壓，在射孔頭2所在空腔形成氣爆，產(chǎn)生沖擊波，使射孔頭2上的玻璃珠高速?zèng)_擊瓦斯抽采孔的孔壁，在整個(gè)孔壁上形成一段小孔；
[0040]八、乳化液泵4h繼續(xù)以一定的排量將水高壓泵入爆破筒1，高壓水?dāng)D入上述孔壁上一段小孔而形成裂縫；
[0041]九、當(dāng)裂縫監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)裂縫無(wú)法擴(kuò)展或施工壓力超過(guò)額定值時(shí)，停止乳化液泵4h作業(yè)并關(guān)閉乳化液泵管線閘門(mén)4i，同時(shí)打開(kāi)高壓返排管線閘門(mén)4j開(kāi)始泄壓返排；
[0042]十、泄壓結(jié)束后，打開(kāi)高壓水管線閘門(mén)4c，卸掉爆破筒I中無(wú)縫鋼管與橡膠塞之間的環(huán)空壓力，再利用支撐裝置3中水平液壓缸3a將爆破筒短節(jié)Ia逐級(jí)上提完后，將瓦斯抽采孔封孔后實(shí)施瓦斯抽采作業(yè)。
[0043]一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂裝置，包括爆破筒1、射孔頭2、支撐裝置3、加注引爆系統(tǒng)4和作業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備5，其特征是，射孔頭2位于爆破筒I前端，加注引爆系統(tǒng)4通過(guò)高壓作業(yè)管線4a和高壓進(jìn)水管線4b與爆破筒I相連，支撐裝置3通過(guò)水平液壓缸3a支撐巷道回采面上的爆破筒1，爆破筒I能密封瓦斯抽采孔。
[0044]所述爆破筒I包括爆破筒短節(jié)la、雙向壓緊接箍lb、引爆片lc、壓緊蓋Id、單向壓緊接箍Ie和密封蓋If，爆破筒短節(jié)Ia為外側(cè)帶有橡膠塞的無(wú)縫鋼管，橡膠塞與無(wú)縫鋼管之間有環(huán)空，爆破筒短節(jié)Ia的外徑為60?105mm，長(zhǎng)度為I?5m，密封蓋If上設(shè)有作業(yè)加注口和密封固定加注口。
[0045]所述射孔頭2的前端距離瓦斯抽采孔孔底O?0.3m，其外徑為65?110mm，長(zhǎng)度為I?4m。
[0046]爆破筒短節(jié)Ia在作業(yè)期間起密封爆破筒I管壁與瓦斯抽采孔之間的環(huán)空，和將爆破筒I固定在瓦斯抽采孔內(nèi)的作用，密封蓋If起密封作業(yè)加注口和密封固定加注口的作用。
[0047]作業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備5用于監(jiān)測(cè)作業(yè)期間高壓進(jìn)水管線壓力、高壓作業(yè)管線的壓力和流量，裂縫監(jiān)測(cè)設(shè)備主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄作業(yè)期間形成的裂縫延伸位置，并評(píng)價(jià)壓后裂縫的半徑、走向和高度。
[0048]高壓作業(yè)管線4a上設(shè)有一個(gè)安裝有安全閥41的放空管線4k，以確保壓裂作業(yè)期間不發(fā)生管線破裂的情況。
[0049]當(dāng)爆破筒短節(jié)Ia中橡膠塞與瓦斯抽采孔孔壁摩擦力足夠大時(shí)，可以不使用支撐裝置3。
【權(quán)利要求】
1.一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂方法，其特征是， 一、在煤礦井下回采工作面上利用鉆機(jī)鉆設(shè)一個(gè)孔徑為45?120mm，孔深為40?200m的瓦斯抽采孔，并在回采工作面相對(duì)位置安裝好支撐裝置(3)； 二、利用支撐裝置(3)的水平液壓缸(3a)先將射孔頭(2)頂入瓦斯抽采孔，再將爆破筒短節(jié)(Ia)逐級(jí)連接后下入瓦斯抽采孔，直到下至設(shè)計(jì)深度，爆破筒短節(jié)(Ia)為外側(cè)帶有橡膠塞的無(wú)縫鋼管； 三、將高壓作業(yè)管線(4a)和高壓進(jìn)水管線(4b)分別與密封蓋(If)上的作業(yè)加注口和密封固定加注口連接后，利用支撐裝置(3)的水平液壓缸(3a)頂住爆破筒(I)； 四、在巷道安全區(qū)域裝備作業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備(5)，在巷道作業(yè)面對(duì)應(yīng)的地面上裝備裂縫監(jiān)測(cè)設(shè)備； 五、打開(kāi)高壓進(jìn)水管線閘門(mén)(4c)，利用乳化液泵(4h)對(duì)爆破筒短節(jié)(Ia)中無(wú)縫鋼管與橡膠塞之間的環(huán)空進(jìn)行加壓，直到壓力升至設(shè)計(jì)值I?20MPa后再關(guān)閉高壓進(jìn)水管線閘門(mén)(4c)； 六、打開(kāi)高壓氣瓶管線閘門(mén)(4f)，利用高壓氣瓶(4g)對(duì)爆破筒(I)進(jìn)行加壓，直到爆破筒(I)內(nèi)氣壓升至設(shè)計(jì)值0.4?0.6Mpa，再關(guān)閉高壓氣瓶管線閘門(mén)(4f)，打開(kāi)乳化液泵管線閘門(mén)(4i )，利用乳化液泵(4h)將水以一定的排量泵入爆破筒(I); 七、隨著乳化液泵(4h)不斷將水泵入爆破筒(1)，爆破筒(I)內(nèi)壓力不斷升高，當(dāng)壓力超過(guò)爆破筒(I)內(nèi)引爆片(Ic)最大拉伸強(qiáng)度時(shí)，引爆片(Ic)破裂，繼而爆破筒(I)內(nèi)高壓氣體快速泄壓，在射孔頭(2)所在空腔形成氣爆，產(chǎn)生沖擊波，使射孔頭(2)上的玻璃珠高速?zèng)_擊瓦斯抽采孔的孔壁，在整個(gè)孔壁上形成一段小孔； 八、乳化液泵(4h)繼續(xù)以一定的排量將水高壓泵入爆破筒(1)，高壓水?dāng)D入上述孔壁上一段小孔而形成裂縫； 九、當(dāng)裂縫監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)裂縫無(wú)法擴(kuò)展或施工壓力超過(guò)額定值時(shí)，停止乳化液泵(4h)作業(yè)并關(guān)閉乳化液泵管線閘門(mén)(4i)，同時(shí)打開(kāi)高壓返排管線閘門(mén)(4j)開(kāi)始泄壓返排； 十、泄壓結(jié)束后，打開(kāi)高壓水管線閘門(mén)(4c)，卸掉爆破筒中(I)無(wú)縫鋼管與橡膠塞之間的環(huán)空壓力，再利用支撐裝置(3)中水平液壓缸(3a)將爆破筒短節(jié)(Ia)逐級(jí)上提完后，將瓦斯抽采孔封孔后實(shí)施瓦斯抽采作業(yè)。
2.一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂裝置，包括爆破筒(I)、射孔頭(2)、支撐裝置(3)、加注引爆系統(tǒng)(4)和作業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備(5)，其特征是，射孔頭(2)位于爆破筒(I)前端，力口注引爆系統(tǒng)(4)通過(guò)高壓作業(yè)管線(4a)和高壓進(jìn)水管線(4b)與爆破筒(I)相連，支撐裝置(3)通過(guò)水平液壓缸(3a)支撐巷道回采面上的爆破筒(I )，爆破筒(I)能密封瓦斯抽采孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂裝置，其特征是，所述爆破筒(I)包括爆破筒短節(jié)(la)、雙向壓緊接箍(lb)、引爆片(lc)、壓緊蓋(Id)、單向壓緊接箍(Ie)和密封蓋(If )，爆破筒短節(jié)(Ia)為外側(cè)帶有橡膠塞的無(wú)縫鋼管，橡膠塞與無(wú)縫鋼管之間有環(huán)空，爆破筒短節(jié)(Ia)的外徑為60?105mm，長(zhǎng)度為I?5m，密封蓋(If)上設(shè)有作業(yè)加注口和密封固定加注口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高煤礦瓦斯抽采效果的壓裂裝置，其特征是，所述射孔頭(2)的前端距離瓦斯抽采孔孔底O?0.3m,其外徑為65?IIOmm,長(zhǎng)度為I?4m。
【文檔編號(hào)】E21B43/26GK103939075SQ201410158722
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】楊世梁 申請(qǐng)人:楊世梁