[實用新型]一種煤層卸壓增透系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN206957683U
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 趙鑫;王揮云;張梅;王博;潘超
• 申請（專利權）人: 中鐵十九局集團礦業(yè)投資有限公司
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/30;E21B10/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩,吳歡燕

技術領域

本實用新型屬于井下瓦斯抽采技術領域，涉及一種煤層卸壓增透系統(tǒng)，尤其涉及一種針對“三軟”低透氣性高瓦斯煤層的卸壓增透系統(tǒng)。

背景技術

瓦斯是一種具有強烈溫室效應的氣體，溫室效應約為CO₂的21倍，瓦斯的大量排放將造成嚴重的環(huán)境問題，同時瓦斯又是一種清潔、高效的能源，在熱值上，瓦斯與常規(guī)天然氣相當，每1000m³純瓦斯相當于1t燃油或1.25t的標準煤。我國高瓦斯礦井噸煤瓦斯含量平均為6～10m³，瓦斯資源豐富，大力抽采瓦斯資源既可以提高資源的利用率，又可以提高煤礦采煤的安全性，并有利于改善全球大氣環(huán)境。

我國95％以上的高瓦斯和突出礦井所開采的煤層多屬于低透氣性煤層，透氣性系數(shù)只有10^-3～10^-4m²/(MPa².d)，瓦斯抽放難度非常大，抽放率較低。目前為改善低透氣性高瓦斯煤層瓦斯抽采效果，一般是采用水力壓裂、水力割縫、高壓水射流沖孔(擴孔)等技術來提高瓦斯抽采率。以上方法在某些特定的煤層和地質(zhì)條件下起到了比較顯著的卸壓增透作用，提高了煤層的瓦斯預抽率。但對于三軟煤層(即軟的頂板巖層、軟的主采煤層和軟的底板巖層)，尤其是對于“三軟”低透氣性高瓦斯煤層，由于“三軟”低透氣性高瓦斯煤層松軟，其頂?shù)装鍙姸纫蚕鄬^小，這些方法針對“三軟”低透氣性高瓦斯煤層的應用效果并不理想。這是由于實施本煤層層內(nèi)卸壓增透措施都是以先施工完成一定規(guī)格的煤層鉆孔為前提的，經(jīng)過考察和分析認為有以下幾方面原因制約了“三軟”低透氣性高瓦斯煤層卸壓增透技術的實施和效果：

1)本煤層抽采鉆孔鉆進施工困難，大量的現(xiàn)場實踐證明，在“三軟”低透氣性高瓦斯煤層鉆孔施工過程中，容易發(fā)生頂鉆、卡鉆、噴孔；

2)本煤層抽采鉆孔不易維護，有效利用率低，由于“三軟”低透氣性高瓦斯煤層具有強度低、易破碎的特點，即使施工好的鉆孔，受復雜應力場的影響，在短時間內(nèi)會出現(xiàn)坍塌、壓實等情況，以至于執(zhí)行后續(xù)的卸壓措施時煤層鉆孔已經(jīng)嚴重變形甚至不存在了；

3)本煤層水力措施作用范圍小，效果差，鉆孔施工工程量大。

因此，迫切需要尋求一種新的針對“三軟”低透氣性高瓦斯煤層卸壓增透的瓦斯抽采系統(tǒng)。

實用新型內(nèi)容

(一)要解決的技術問題

針對上述缺陷，本實用新型要解決的技術問題是針對“三軟”低透氣性高瓦斯煤層提供一種煤層卸壓增透系統(tǒng)，以提高“三軟”低透氣性高瓦斯煤層透氣性和瓦斯抽采率。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種“三軟”低透氣性高瓦斯煤層卸壓增透系統(tǒng)，其包括鉆機、水箱、壓裂泵、第一高壓硬質(zhì)管道和第二高壓硬質(zhì)管道，所述鉆機連接有第一鉆頭和第二鉆頭，所述第二鉆頭為橫向切槽鉆頭；所述壓裂泵一端通過管道與所述水箱連通，所述壓裂泵另一端與所述第一高壓硬質(zhì)管道的一端連通，所述第一高壓硬質(zhì)管道的另一端通過變徑接頭與所述第二高壓硬質(zhì)管道相連通。

本實用新型通過在巖巷中向“三軟”低透氣性高瓦斯煤層頂板的應力集中帶內(nèi)鉆取若干個切向槽鉆孔(利用所述第二鉆頭)及控制鉆孔(利用所述第一鉆頭)，以進行定向水力壓裂。所述卸壓增透即指頂板切向槽定向水力壓裂卸壓增透，其利用切向槽形成預制裂縫來控制水力壓裂方向，并利用切向槽鉆孔周圍布置控制鉆孔過程中形成的卸壓圈引導水壓裂隙沿著預制裂縫方向向控制孔方向擴展并最終與之壓穿，促進鉆孔之間的煤巖體裂隙充分發(fā)育，從而形成相互貫通的立體裂隙網(wǎng)；同時地應力在裂隙產(chǎn)生和煤體流變過程中充分釋放，鉆孔之間應力峰值下降，煤體透氣性提高，達到卸壓增透的效果，進而充分利用水力壓裂能量，消除非定向水力壓裂后存在局部卸壓盲區(qū)和應力集中的現(xiàn)象，取得了擴大水力壓裂范圍的效果?！叭洝钡屯笟庑愿咄咚姑簩蛹捌漤敯逅蓜雍罅严洞罅康脑黾樱沟妹簩又械奈綉B(tài)瓦斯解吸，并沿著貫穿裂隙大量向頂板的巖層裂隙系統(tǒng)中運移，且在頂板形成高瓦斯聚集區(qū)，這樣在頂板巖層中利用控制鉆孔強化預抽煤巖體裂隙中蘊含的瓦斯，即可成功夠避開在松軟煤層內(nèi)施工鉆孔的各種不利因素。

進一步地，該卸壓增透系統(tǒng)還包括用于控制所述第一高壓硬質(zhì)管道前進的推進控制器，所述推進控制器套設于所述第一高壓硬質(zhì)管道的外圍。

進一步地，所述壓裂泵連接有第一動力系統(tǒng)，所述推進控制器連接有第二動力系統(tǒng)。

進一步地，所述第一高壓硬質(zhì)管道上設有截止閥和壓力表。

進一步地，所述第二高壓硬質(zhì)管道上設有用于控制水壓穩(wěn)定的穩(wěn)壓器。