本發(fā)明涉及煤礦安全技術領域，特別是涉及一種基于頂板巖石鉆孔裂隙縫網(wǎng)脈動水力壓裂煤層增透方法。

背景技術：

常規(guī)的煤層水力壓裂技術及煤層脈動水力壓裂技術主要是在煤層內(nèi)施工順層鉆孔然后采用壓裂泵進行注水壓裂。實驗研究和工程實踐表明，水力壓裂作用下煤層裂紋擴展具有顯著的地應力敏感性，往往只生成平行于最大主應力方向的兩條對稱裂紋，有的煤層還具有顯著的水敏感性，煤體吸水引起基質(zhì)膨脹，使得注入煤層內(nèi)的高壓水不易從煤體內(nèi)排出，影響水力壓裂增透的效果。同時在煤層內(nèi)進行水力壓裂還存在封孔困難、制約生產(chǎn)等問題,雖然采用了分段水力壓裂等技術但一直存在問題；因此，要使水力壓裂技術在煤層增透上獲得理想效果及大面積推廣，在理論上和工藝上還存在一些重要問題值得進一步研究。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種操作簡單、壓裂效果好的基于頂板巖石鉆孔裂隙縫網(wǎng)脈動水力壓裂煤層增透方法。

本發(fā)明基于頂板巖石鉆孔裂隙縫網(wǎng)脈動水力壓裂煤層增透方法，包括以下步驟：

1)在回采工作面的進風順槽內(nèi)采用定向鉆機向煤層頂板鉆一個頂板巖石孔，鉆孔經(jīng)一段煤層孔后進入頂板巖石，頂板巖石孔距煤層頂部1-２m；

2)將與高壓脈動注水系統(tǒng)相連的高壓膠管與水力封隔器相連，水力封隔器對頂板巖石孔進行封孔，封孔長度20m；

3)啟動高壓脈動注水泵，將高壓脈動水通過啟動閥門注入頂板巖石孔內(nèi)，高壓脈動注水泵脈沖強度：0~25mpa；脈沖頻率：0~1460次/min；輸出流量：0~120l/min；使頂板巖石孔周圍的裂隙連通，最后均勻壓入煤層裂隙中；

4)打開高壓脈動注水泵開始脈動壓裂，當出現(xiàn)壓力驟減或壓力穩(wěn)定時停止脈動壓裂，開始乳化液泵注水，如此反復，直至達到需要的壓裂壓力及脈動壓裂時間停止壓裂。

在步驟1)中，頂板巖石孔采用定向鉆機以仰角β從煤層巷道開口先施工一段煤層孔后進入煤層頂板巖石內(nèi)，鉆進至煤層頂板1.5米位置時，以于煤層平行的傾角α沿煤層頂板繼續(xù)鉆進。

在步驟1)中，頂板巖石孔平行于回采工作面。

在步驟1)中，頂板巖石孔中心與煤層頂部距離１.5m。

在步驟1)中，頂板巖石孔的直徑為?89mm。

在步驟2)中，頂板巖石孔端部封孔長度為20m。

在步驟3)中，高壓脈動水源選擇井下靜壓水。

在步驟4)中，頂板巖石孔內(nèi)先用乳化液泵充滿水后再采用高壓脈動注水泵壓裂。

與現(xiàn)有煤層水力壓裂技術相比，本發(fā)明的有益效果是：1)通過巖層鉆孔注入脈動高壓水壓裂下方煤體增加煤層透氣性是利用了頂板巖石裂隙通道將脈動高壓水垂直均勻作用煤體層理弱面形成縫網(wǎng)裂紋達到增透的目的；2)煤層頂板施工巖石鉆孔向煤層進行脈動水力壓裂，頂板鉆孔距煤層垂直間距1～2m，脈動水壓可控，可避免因煤層構造復雜、地應力大，常導致壓裂方向不易控制、常常沿主應力平行方向壓裂兩個大的裂隙不利于煤層瓦斯釋放且壓裂液浸入煤體后不易排除，可周期性地注入高壓液重復沖擊驅(qū)裂；３）壓裂的過程實現(xiàn)的是脈動水應力波或應力波動態(tài)沖擊震裂效應和煤巖體界面以及在高壓水在節(jié)理面產(chǎn)生拉伸破壞后在節(jié)理裂紋中形成網(wǎng)縫裂隙。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于頂板裂隙縫網(wǎng)水力壓裂煤層增透方法中煤層頂板巖石鉆孔的水平投影示意圖；

圖2為本發(fā)明基于頂板裂隙縫網(wǎng)水力壓裂煤層增透方法中煤層頂板巖石鉆孔的水平投影示意圖，豎向投影示意圖；

圖3為本發(fā)明基于頂板裂隙縫網(wǎng)水力壓裂煤層增透方法中高壓脈沖水力系統(tǒng)、壓裂管道和鉆孔示意圖。

圖中標記為：1.回風順槽；2.進風順槽；3.頂板巖石孔；20.回采工作面；21.煤層頂板巖石；22.開采煤層；23.高壓脈動注水泵；24.脈沖加壓裝置；25.電控閥門；26.高壓膠管；27.水力封隔器。

具體實施方式

實施例1

下面結(jié)合一個長240m工作面的實施例（附圖）對本發(fā)明進一步說明。

基于頂板裂隙縫網(wǎng)水力壓裂煤層增透方法的實施依次包括以下步驟：

1)在回采工作面進風順槽向煤層頂板巖石內(nèi)施工?89mm直徑的頂板巖石孔3，鉆孔采用定向鉆機施工，定向鉆機先以仰角β鉆進經(jīng)一段煤層孔后進入頂板巖石鉆進至距煤層1.5m位置后，以于煤層平行的傾角α的巖石孔繼續(xù)鉆進，，頂板巖石孔長度為280m左右，頂板巖石孔中心距煤層頂板1.5m；頂板巖石孔平行于回采工作面。

2)將通過高壓膠管26與密封頂板巖石孔的水力封隔器28相連，水力封隔器封孔長度為20m；

3)啟動高壓脈動注水泵23，當高壓脈動注水泵23壓力達到設定值后，電控閥門25自動打開，高壓水經(jīng)高壓膠管26通過水力封隔器28進入頂板巖石孔3內(nèi)對煤層進行壓裂，使頂板巖石孔周圍的裂隙連通，最后均勻壓入煤層裂隙中，當壓力值迅速下降后停止壓裂；高壓脈動注水泵脈沖強度：0~25mpa；脈沖頻率：0~1460次/min；輸出流量：0~120l/min；高壓脈動水源選擇井下靜壓水；

4)關閉閥門20后關閉高壓脈動注水泵23，將高壓膠管26撤掉，完成煤層頂板的超前預裂。

實施例2

所述的步驟4為，打開高壓脈動注水泵開始脈動壓裂，當出現(xiàn)壓力驟減或壓力穩(wěn)定時停止脈動壓裂，開始乳化液泵注水，如此反復，直至達到需要的壓裂壓力及脈動壓裂時間停止壓裂；頂板巖石孔內(nèi)先用乳化液泵充滿水后再采用高壓脈動注水泵壓裂。其它步驟同實施例1。

技術特征：

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于頂板裂隙縫網(wǎng)水力壓裂煤層增透方法，其包括以下步驟：在回采工作面向煤層頂板鉆一個頂板巖石孔，水力封隔器對頂板巖石孔進行封孔，將高壓脈動水注入頂板巖石孔內(nèi)，使頂板巖石孔周圍的裂隙連通，最后均勻壓入煤層裂隙中；打開高壓脈動注水泵開始脈動壓裂，當出現(xiàn)壓力驟減或壓力穩(wěn)定時停止脈動壓裂，開始乳化液泵注水，如此反復，直至達到需要的壓裂壓力及脈動壓裂時間停止壓裂。本發(fā)明增加煤層透氣性，脈動水壓可控。

技術研發(fā)人員：王海東
受保護的技術使用者：華北科技學院
技術研發(fā)日：2017.07.30
技術公布日：2017.09.22