[發明專利]以空氣為介質的脈動式高壓空氣蠕變壓裂增透技術及裝置

在審

• 申請號: 201710489766.4
• 申請日: 2017-06-24
• 公開（公告）號: CN109113701A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 高九華
• 申請（專利權）人: 高九華
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21F7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明所要解決的技術問題在于提供了一種以空氣為介質的脈動式高壓空氣蠕變壓裂增透技術及裝置，其包空氣壓縮機、高壓脈動泵、瓦斯抽放泵、壓力控制器、連接頭、封孔器、高壓連接管、水刀鉆孔、介質等組成，其特征在于：所述的空氣壓縮機和所述的壓力控制器之間靠高壓連接管連接，所述的高壓脈動泵和所述的壓力控制器之間靠高壓連接管連接，所述的空氣壓縮機和所述的高壓脈動泵之間靠高壓連接管連接，所述的瓦斯抽放泵和所述的壓力控制器之間靠高壓連接管連接，所述的壓力控制器和所述的封孔器之間靠連接頭連接，所述的封孔器和所述的水刀鉆孔之間靠膨脹速凝劑固定，所述的介質通過空氣壓縮機和高壓脈動泵壓入水刀鉆孔，所述的介質沿著煤層的節理裂隙滲透壓裂煤層，增加了煤層裂隙，從而增加了煤層的透氣性，提高了瓦斯抽放效率，有效預防了煤與瓦斯突出。

技術領域

本發明涉及煤礦井下瓦斯治理技術領域，具體為以空氣為介質的脈動式高壓空氣蠕變壓裂增透技術及裝置，屬于煤礦開采技術領域。

背景技術

瓦斯爆炸是嚴重威脅煤礦安全生產災害之一。由于地殼變遷及成煤年代的不同，地應力的變化使煤層及級圍巖的透氣性變差，瓦斯含量增加，相對瓦斯的涌出量增高，瓦斯的危險性增加。提高煤層的增透性，有效的排放煤層中的瓦斯是礦井區域防治瓦斯煤與瓦斯突出的最有力措施之一。通過瓦斯抽放可降低煤層的瓦斯含量和壓力，從而消除煤與瓦斯突出隱患。目前國內主要采用水刀切割鉆孔技術(圖1)，利用CO₂相變和高壓水壓裂煤層提高煤層的增透性，具體方法有以下：

(圖2)鉆孔水刀切割與液態CO₂相變結合技術。CO₂相變致裂技術是利用液態CO₂在一定溫度下迅速汽化膨脹原理研發出的一種物理爆破技術。液態CO₂相變致裂增透首先向目標煤體施工鉆孔，然后將液態CO₂預裂裝備送至鉆孔預定深度后起爆，預裂裝備內的液態CO₂瞬間膨脹產生高壓氣體作用在鉆孔壁煤體上，煤體受力破碎、原始裂隙得到擴展，從而為瓦斯流動創造通道，起到增加煤層透氣性和滲透性的作用。這項技術存在的問題主要體現在以下，首先爆炸壓力過程不可預控，會誘導煤層瓦斯突出。其次是CO₂加熱管安裝和操作不慎會誘引起瓦斯爆炸。第三是大量的CO₂膨脹導致環境的O₂含量降低。

圖3鉆孔水刀切割與高壓水結合技術。高壓水致裂技術是水加壓后沿著煤層的層理和節理滲透，高壓水作用在鉆孔壁煤體上，煤體受力破碎、原始裂隙得到擴展，從而為瓦斯流動創造通道，起到增加煤層透氣性和滲透性的作用。這項技術存在的問題主要體現在以下，首先由于煤層存在裂隙、孔洞和水刀縫隙，高壓水在注射壓裂過程中易造成高壓水自身封存在煤層內，煤層開采過程中會誘導煤層瓦斯突出。其次是對于部分粉煤，由于大量水的浸泡會堵死節理和裂隙，降低煤體的通透性。第三是設備工藝復雜安裝運輸繁瑣，綜合成本高。

圖3為了解決鉆孔水刀切割與CO₂相變致裂技術和高壓注水壓裂技術相結合兩項技術存在的問題，本發明提供了一種以空氣為介質的脈動式高壓空氣蠕變壓裂增透技術及裝置，進一步增加煤層裂隙，從而增加了煤層的透氣性，提高了瓦斯抽放效率，有效防御了煤與瓦斯突出。

發明內容