[發明專利]一種高地壓低孔隙率低滲透率煤層注水裝置及其使用工藝

有效

• 申請號: 201110163619.0
• 申請日: 2011-06-17
• 公開（公告）號: CN102322285A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 程衛民;聶文;楊子祥;周剛;高昌同;于巖斌;陳連軍;王剛;崔向飛;楊俊磊;馬有營
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21F5/02
• 分類號: E21F5/02
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

技術領域

本發明涉及煤礦采煤工作面災害防治領域，尤其涉及一種高地壓低孔隙率低滲透率煤層的注水裝置及其使用工藝。

背景技術

隨著我國煤礦開采深度的增加及機械化開采程度的提高，煤塵、沖擊地壓和地溫等自然災害的危害程度不斷升級，災害事故頻繁發生，嚴重威脅著我國煤礦的安全高效開采及井下工人的身心健康。煤層注水是防治礦井多種災害的重要技術手段。通過煤層注水可有效地降低煤體破碎時的產塵量，防止沖擊礦壓、煤與瓦斯突出災害的發生，并通過增大煤體的導熱系數，降低煤體溫度，預防煤層自然發火。另外，煤層注水可以軟化堅硬煤體，使回采速度加快，提高產煤量和效率。但是，我國較多礦區的煤層為高地壓低孔隙率低滲透率煤層，煤體節理裂隙不發育且較為堅硬，煤層注水困難，而現有的注水工藝又存在較多的不足和局限性，致使工作面的注水量有限，不能達到預期的災害防治效果。為此，本領域急需一種高地壓低孔隙率低滲透率煤層注水工藝及裝置，提高注水效果，以有效緩解高地壓低孔隙率低滲透率煤層開采過程中煤塵、沖擊地壓和高溫等災害的防治難題。

在現有技術中，CN101539028A公開了一種脈動注水方法及裝備，使用設備使注水壓力變化產生脈動沖擊煤層，但其注水壓力變化較快，不利于水浸潤煤礦，且其裝備結構復雜，因而故障率較高，同時也無法用于靜壓注水；CN101161992A公開了一種煤層注水方法，其主要采用的是靜壓注水，沒有動壓注水的沖擊功能，且其并沒有公開具體的注水裝置和注水工藝步驟。

發明內容

為了有效解決高地壓低孔隙率煤層注水困難的問題，本發明提出一種高地壓低孔隙率煤層波動式注水工藝及實施該工藝的裝置。該工藝方法及裝置結構簡單，易于操作，注水量大，可以有效防治煤層開采過程中煤塵、沖擊地壓和高溫等災害事故的發生。

本發明所采用的技術方案如下：

一種高地壓低孔隙率低滲透率煤層注水裝置，用于向一個或多個注水孔中注水，包括靜壓注水裝置、動壓注水裝置，

所述靜壓注水裝置包括靜壓注水供水管、靜壓總管路截止閥、第一壓差式滲透劑連續定量添加泵、靜壓分流器、靜壓分管路、靜壓分管路截止閥和靜壓流量表，所述靜壓總管路截止閥串聯在靜壓注水供水管上，所述第一壓差式滲透劑連續定量添加泵并聯連接在靜壓注水供水管上且位于所述靜壓總管路截止閥和所述靜壓分流器之間，所述靜壓分流器的數量與注水孔的數量相同，串聯在所述靜壓注水供水管上且位于所述靜壓總管路截止閥的下游，每個靜壓分流器連接一個靜壓分管路，每個靜壓分管路串聯有一個靜壓流量計和一個靜壓分管路截止閥；

所述動壓注水裝置包括動壓注水供水管、儲水箱、第二壓差式滲透劑連續定量添加泵、回水管、注水泵、水質過濾器、壓力表、動壓總管路截止閥、動壓分流器、動壓分管路、動壓分管路截止閥和動壓流量表，所述第二壓差式滲透劑連續定量添加泵并聯連接在所述動壓注水供水管上，所述儲水箱、所述所述水質過濾器、所述注水泵、所述壓力表、所述動壓總管路截止閥依次串聯連接在動壓注水供水管上，所述回水管連接在所述注水泵和所述儲水箱之間，所述動壓分流器的數量與注水孔的數量相同，串聯在所述動壓注水供水管上且位于所述動壓總管路截止閥的下游，每個動壓分流器連接一個動壓分管路，每個動壓分管路串聯有一個動壓流量計和一個動壓分管路截止閥。

使用上述裝置的煤層注水工藝為：以1～6個注水孔為一組，注水孔采用封孔器與瑪麗散聯合封孔，根據煤層壓力情況，在采煤工作面煤層靜壓區采用動壓注水工藝、動壓區采用靜壓注水工藝，動壓注水工藝使用動壓注水裝置、靜壓注水工藝使用靜壓注水裝置，將各注水孔中的注水管分別連接對應注水裝置中的各分管路，使水注入煤層中。?

所述動壓注水工藝為高壓逾裂波動式動壓注水工藝，包括以下步驟：

①將所述一組1～6個注水孔連接至動壓注水裝置；

②在水中添加滲透劑提高水滲透進煤體的能力，在水壓為煤層垂直應力0.8～1倍的狀態下向煤層注入1～3h的水，在煤層內部形成水力沖擊現象，迫使煤層內部原有的封閉裂隙相互溝通或直接在煤層內形成新的裂隙網，在煤層內部逾裂、擴展使水滲透到煤體內部相互關聯的孔隙－裂隙網；

③當注水壓力有明顯降低時，逐步降低注水壓至一最小壓力值，所述最小壓力值為靜壓注水壓力的1～3倍，當在所述最小壓力值壓力下，注水量明顯降低或煤層注不進水時，再將注水壓力逐步上調，注入煤層內部，以形成新的水力沖擊現象；

④重復步驟②－③，直到注水區煤層滿足采掘要求或注水孔進入煤層動壓區。

所述靜壓注水工藝包括下述步驟：