[發明專利]一種防治厚煤層開采過程中瓦斯超限的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410519303.4
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104389559B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 劉曉;李鋒;馬耕;李賢忠;陶云奇;張帆;馮云飛
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B7/00;E21B43/26;E21F7/00
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司41126
• 代理人: 涂連梅,賀保平

技術領域

本發明屬于煤層開采過程中瓦斯安全防治技術領域，具體涉及一種防治厚煤層開采過程中瓦斯超限的方法及裝置。

背景技術

通常情況下，厚度在3.5-7m間的煤層為厚煤層，我國厚煤層資源豐富，其儲量占總儲量的34%，通過厚煤層開采出來的煤炭產量也占據著很高的份額。

但是煤層開采過程中，隨著開采深度的增加，瓦斯超限的問題也越來越嚴重，尤其是厚煤層，因其具有煤層厚，瓦斯涌出量大，造成了抽采困難，目前瓦斯超限已成為煤礦安全生產的瓶頸問題。

針對瓦斯超限這一問題，國內外學者研究通過提高瓦斯抽采率來防治采掘過程的瓦斯超限，其中常用的方法為交叉鉆孔、密集鉆孔、大直徑鉆孔、深孔松動爆破、水力沖孔、常規水力割縫、水力壓裂、加砂致裂預抽等，這些技術在特定的環境下都取得的了顯著效果。但由于厚煤層開采過程中的特殊性，以及這些技術本身的條件限制，使得其無法應用于厚煤層開采中。

水力壓裂技術在石油工業中有著較為成熟的應用，煤礦企業也相繼引進了這一技術，實驗表明水力壓裂能有效的提高瓦斯抽采量，解決瓦斯超限的問題，但同時直接將常規的水力壓裂技術應用于厚煤層瓦斯超限防治上，也有著諸多問題。

目前在在厚煤層瓦斯超限解決方法中采用水力壓裂遇到的問題：1、高壓水使鉆孔壁產生位移變形，一方面造成大面積卸壓，另一方面在厚煤層當中形成了不確定位置的高壓異常帶，從而給采掘生產留下了安全隱患；2、由于起裂位置都在應力弱面處，受煤層地應力分布影響較大，通過鉆孔實施壓裂時裂縫的起裂位置及延伸方向不明確，由于地層中的煤層較為復雜，其中的裂縫會出現轉向或向頂底板延伸的現象，造成裂隙無序擴展，不能對厚煤層進行均勻的增效，形成的裂縫單一、數量較少、存在大面積空白帶；3、即使裂隙形成，由于沒有考慮到最大主應力的作用，裂縫會在較短時間再次閉合，從而影響了整體的瓦斯抽放效果，使得瓦斯抽采量迅速減小，一般在抽采較短時間內恢復到原始水平。

發明內容

本發明旨在解決的技術問題為：提供一種能夠提高瓦斯抽采量，從而防治厚煤層開采過程中瓦斯超限的方法及裝置。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種用于防治厚煤層開采過程中瓦斯超限的方法，該方法包括以下步驟：

1）鉆孔位置的選擇，根據煤層節理發育情況，選擇節理較發育的位置為鉆孔位置；

2）鉆孔以及水力割縫角度的選擇，根據最大水平主應力的方向，選擇鉆孔角度以及水力割縫的角度，使得水力割縫方向與最大水平主應力的方向呈30-60°；

3）開鉆及固孔，利用鉆機鉆至壓實帶以內3-5m深后進行固孔；

4）成孔，更換鉆機的鉆頭，選擇直接小于步驟3）中所用的鉆頭，鉆至壓實帶內3-5m停鉆，移走鉆機；

5）設備準備，將限壓閥、噴嘴與連續油管連接；

6）水力割縫，通過轉動連續油管調節水力割縫方位角至步驟2）中的設計角度，調節水力壓裂泵，使其出水壓力小于限壓閥的閾值，進行連續的水力割縫；

7）雙向膨脹器封孔，將水力壓裂泵與注液管連接，通過注液管向雙向膨脹器內注入高壓水對鉆孔進行臨時封孔；

8）水力壓裂，調節水力壓裂泵，使其出水壓力大于限壓閥的閾值，進行水力壓裂；

9）解封，抽出雙向膨脹器中的高壓水，實現對鉆孔的解封；

10）清除鉆孔內的積水，將連續油管連接壓風管，實現對鉆孔內的積水的清除；

11）瓦斯抽采，在壓裂場施工抽采鉆孔，抽采鉆孔與步驟8）形成的壓裂孔封孔后接入抽采管路，進行聯抽；

12）效果檢驗，監測日抽采量、純量、抽采濃度，并對水力壓裂的裂縫延伸方向及大小進行測試。

步驟11）中抽采鉆孔以及步驟8）形成的壓裂孔聯抽的方式為通過高負壓抽采。

步驟2）所述根據最大水平主應力的方向選擇鉆孔的角度以及水力割縫的角度的方法為：根據最大水平主應力的方向分為三種情況：第一種情況，當最大水平主應力的方向與巷道的夾角小于30°時，鉆孔與巷道的角度為30~60°，噴嘴為90°噴嘴；第二種情況，當最大水平主應力的方向與巷道的夾角為30~60°時，鉆孔方向與巷道的角度為30~60°，噴嘴方向平行于巷道；第三種情況，當最大水平主應力的方向與巷道的夾角為60~90°時，鉆孔與巷道的角度為60~90°，噴嘴選用90~120°之間的噴嘴。

步驟3）所述的開鉆及固孔的方法為，將封孔套管放入鉆孔內，通過封孔套管向鉆孔內注入漿液，當漿液從套管內返出時停止注漿，靜待漿液凝固。