[發(fā)明專利]水壓致裂增透輔助煤層高效注水方法及設(shè)備

在審

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• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN105422164A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志軍;宋文婷;李振華;屈平;賀龍祥;董文杰;張文浩;李寧;單遠(yuǎn)程
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): E21F5/02
• 分類號(hào): E21F5/02
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司 41102
• 代理人: 項(xiàng)麗麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于礦井災(zāi)害防治領(lǐng)域，具體涉及一種水壓致裂增透輔助煤層高效注水方法及設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著我國煤礦開采深度的增加及機(jī)械化開采程度的提高，煤塵、沖擊地壓和地溫等自然災(zāi)害的危害程度不斷升級(jí)，災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)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(zāi)害的重要技術(shù)手段。它是降低采煤工作面粉塵產(chǎn)生的最根本、最有效的措施，改革開放以來，我國絕大多數(shù)煤礦都采用過煤層注水進(jìn)行防塵。通過煤層注水一般降塵率可達(dá)60%～80%，煤層注水實(shí)施較好的采煤工作面，可以將總粉塵濃度減少75%～85%，呼吸性粉塵濃度減少65%以上。大量現(xiàn)場試驗(yàn)表明：煤層含水量達(dá)到4%時(shí)，煤塵的生成量在原有的基礎(chǔ)上將減少80%以上。通過煤層注水還可有效地防止沖擊礦壓、煤與瓦斯突出災(zāi)害的發(fā)生，并通過增大煤體的導(dǎo)熱系數(shù)，降低煤體溫度，預(yù)防煤層自然發(fā)火。另外，煤層注水可以軟化堅(jiān)硬煤體，使回采速度加快，提高產(chǎn)煤量和效率。

煤體注水是一個(gè)復(fù)雜的流體動(dòng)力學(xué)過程，其效果好壞取決于多方面的因素，最基本的內(nèi)因是煤層裂隙發(fā)育程度及其連通性。影響煤層注水效果的因素有很多，主要有地應(yīng)力、煤體孔隙率、堅(jiān)固性系數(shù)、瓦斯壓力以及煤體濕潤性能等。目前煤層注水系統(tǒng)主要采用靜壓注水、動(dòng)壓注水及脈動(dòng)注水三種，靜壓注水是最簡便的方法，對于透氣性較好的煤層效果良好，但靜壓水的壓力有限，不適用于透氣性較差的煤層，由于其壓力一般較小，即使對于滲透性較好的煤層，注水效率也往往較低；動(dòng)壓注水及脈動(dòng)注水拓寬了常壓注水的適用范圍，但需要專門的高壓水泵及脈動(dòng)式水泵提高注水壓力，而且水泵提供的壓力也是有限的，對于透氣性很差的煤層，也難以達(dá)到理想的效果，而且注水過程中要保持水泵連續(xù)不間斷工作，同時(shí)注水泵的壓力越高，設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)和管理要求也越高。

我國較多礦區(qū)的煤層為低孔隙率低滲透率煤層，煤體節(jié)理裂隙不發(fā)育且較為堅(jiān)硬，煤層注水困難，而現(xiàn)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(dá)到預(yù)期的災(zāi)害防治效果。為此，需要研究一種針對低孔隙率低滲透率煤層的輔助煤層注水的新工藝或新方法，以提高煤層注水效率及注水量，提高注水效果，以有效緩解煤層開采過程中煤塵、沖擊地壓和高溫等災(zāi)害的防治難題。

然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，CN101539028A公開了一種脈動(dòng)注水方法及裝備，使用通過專用脈沖設(shè)備使注水壓力產(chǎn)生脈動(dòng)沖擊煤層，但其注水壓力變化較快，不利于水浸潤煤層，且其裝備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而故障率較高，同時(shí)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(dòng)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；CN102322285A公開了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，同時(shí)考慮了靜壓注水和動(dòng)壓注水且要進(jìn)行靜、動(dòng)壓轉(zhuǎn)化，工藝較為復(fù)雜，且動(dòng)壓注水泵提供的水壓往往有限，對于透氣性很差的煤層，也難以達(dá)到理想的效果，而且注水過程中要保持水泵連續(xù)不間斷工作，同時(shí)注水泵的壓力越高，設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)和管理要求也越高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種水壓致裂增透輔助煤層高效注水方法及設(shè)備，該方法工藝簡單，裝置易于操作，注水效率高，可有效解決低滲煤層，尤其是滲透性很差煤層的難于注水問題。

技術(shù)方案：一種水壓致裂增透輔助煤層高效注水方法，在煤層靜壓注水前，通過高壓管路將乳化液泵產(chǎn)生的高壓水接入到鉆好的靜壓注水鉆孔中，利用高壓水對鉆孔周圍煤層產(chǎn)生的水楔切割及劈裂作用，注入煤體裂縫內(nèi)的高壓水克服最小主應(yīng)力和煤體的抗裂壓力，使得裂隙擴(kuò)寬伸展并溝通，在致裂過程中向高壓水中加入石英砂，石英砂隨高壓水進(jìn)入裂隙中，起到支撐劑的作用，水壓致裂結(jié)束后，將注水鉆孔連接到靜壓管路上，對煤層進(jìn)行靜壓注水。

一種水壓致裂增透輔助煤層高效注水方法，該方法包括以下步驟：

步驟一，壓裂泵安設(shè)：壓裂泵采用煤礦用乳化液泵，乳化液泵安裝在工作面設(shè)備列車的前部；

步驟二：安裝乳化液泵供水管路：在水箱上連接進(jìn)水管路，并在進(jìn)水管路上安裝流量表，以測量進(jìn)水量，水箱出水端與乳化液泵連接；

步驟三：鉆孔施工：首先，選擇壓裂鉆孔開孔位置，壓裂鉆孔沿著穿透煤層層理的方向鉆進(jìn)，鉆孔角度a根據(jù)工作面長度、煤層厚度及煤層賦存條件確定；

步驟四：封孔：采用高壓封孔器，所述高壓封孔器工作壓力不低于25MPa，爆破壓力為35～45MPa；同時(shí)配有安全裝置，安全裝置包括安全閥、壓力表、截止閥及防護(hù)板；