[發(fā)明專利]一種堅硬煤層頂板致裂裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610997771.1
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106285681B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 翟成;徐吉釗;秦雷;于國卿;孫勇;董若蔚;武尚儉
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種堅硬煤層頂板致裂裝置，包括致裂鉆孔（1），其特征在于：還包括伸入致裂鉆孔（1）內(nèi)的注水管（5），注水管（5）上間隔設有多個定點致裂裝置（4），注水管（5）的內(nèi)外兩側分別設有超耐壓封孔器（3），所述致裂鉆孔（1）外部設有動態(tài)脈動壓裂裝置（A）和溫度監(jiān)測裝置（B）；

所述的動態(tài)脈動壓裂裝置（A）包括電子壓力表（7）、注水軟管（8）、溢流閥（9）、膠管（10）、變頻器（11）、脈動注水泵（12）和貯水箱（13），電子壓力表（7）安設在注水管（5）相連接的端口位置，注水軟管（8）一端與注水管（5）外露端相連，另一端通過溢流閥（9）將膠管（10）連接起來，膠管（10）分別連通至貯水箱（13）及脈動注水泵（12），脈動注水泵（12）通過電纜與變頻器（11）連接；

所述的溫度監(jiān)測裝置（B）包括導線（14）、信號集成器（15）和溫度收集控制臺（16），導線（14）的一端與致裂鉆孔（1）內(nèi)熱電偶引出的導線相連，另一端與信號集成器（15）相連，信號集成器（15）與溫度收集控制臺（16）相連。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種堅硬煤層頂板致裂裝置，其特征在于：所述的注水軟管（8）上設有單向閥門（6）。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種堅硬煤層頂板致裂裝置，其特征在于：所述的定點致裂裝置（4）包括帶有縫槽（4-4）的花管（4-5）、將花管（4-5）與注水管（5）連為一體的管箍（4-1）、花管（4-5）的中間設裝有靜態(tài)破碎劑粉末的紗布袋（4-3），紗布袋（4-3）的外側設有熱電偶的卡盤（4-2）。

4.一種使用權利要求1、2或3所述裝置的堅硬煤層頂板致裂方法，其特征在于：包括如下步驟：

a. 利用鉆機分別在堅硬頂板（17）內(nèi)施工致裂鉆孔（1）和監(jiān)測鉆孔（2）至設定深度；

b. 向致裂鉆孔（1）內(nèi)輸送定點致裂裝置（4），先將一端封閉的注水管（5）穿過超耐壓封孔器（3），然后在注水管（5）上間隔距離連通多個定點致裂裝置（4）一并送入致裂鉆孔（1）內(nèi)，分別將多個定點致裂裝置（4）上的熱電偶用導線（14）沿注水管（5）引至鉆孔外，在距離致裂鉆孔（1）3m位置處，利用超耐壓封孔器（3）對致裂鉆孔（1）進行密封；

c. 在致裂鉆孔（1）的孔口設置動態(tài)脈動壓裂裝置（A）和溫度監(jiān)測裝置（B），記錄定點致裂裝置（4）中卡盤（4-2）區(qū)域的孔壁溫度為T₀；

d. 啟動脈動注水泵（12），調節(jié)變頻器（11）將頻率為6Hz的壓力水經(jīng)溢流閥（9）→注水軟管（8）→單向閥門（6）→注水管（5）→定點致裂裝置（4），流動到致裂裝置（4）中裝有靜態(tài)破碎劑的紗布袋（4-3）內(nèi)，在脈動壓力水的往復沖擊作用下，水與紗布袋（4-3）內(nèi)的靜態(tài)破碎劑充分混合成漿液，漿液滲流至卡盤（4-2）與致裂鉆孔孔壁之間的區(qū)域；

e. 利用溫度收集控制臺（16）記錄漿液反應放熱過程中卡盤（4-2）區(qū)域的放熱孔壁溫度T，若T>T₀并持續(xù)上升時，關閉脈動注水泵（12）；

f. 當T持續(xù)降低并趨近于T₀時，啟動脈動注水泵（12），持續(xù)脈動注水至電子壓力表（7）的壓力值上升后，調節(jié)變頻器（11），注水頻率在6Hz~20Hz之間交替變化；繼續(xù)注水至電子壓力表（7）數(shù)值出現(xiàn)大幅度降低，關閉變頻器（11），保持壓力進行注水，當監(jiān)測鉆孔（2）流出帶有白色晶粒的水時，耦合致裂結束。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種堅硬煤層頂板致裂方法，其特征在于：所述致裂鉆孔（1）和監(jiān)測鉆孔（2）相距5-10 m。

6.根據(jù)權利要求4所述的一種堅硬煤層頂板致裂方法，其特征在于：所述致裂裝置（4）中紗布袋（4-3）內(nèi)的靜態(tài)破碎劑粉末中添加有不溶水的惰性白色砂粒，粒徑范圍為40~60目，耐壓強度為50~60MPa。

7.根據(jù)權利要求4所述的一種堅硬煤層頂板致裂方法，其特征在于：所述的卡盤（4-2）內(nèi)選用的熱電偶型號為K型，靈敏度為0.5℃，溫度檢測范圍為10~150℃，可承受最大壓力為5MPa。