[發明專利]一種基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置及方法

有效

• 申請號: 202110779862.9
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113494264B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 李彬剛;鄭凱歌;楊歡;李延軍;戴楠;王豪杰;楊森;王澤陽
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13;E21B43/26
• 代理公司: 重慶上義眾和專利代理事務所(普通合伙) 50225
• 代理人: 譚勇

本發明公開了一種基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置及方法，該裝置包括至少兩段依次通過高壓壓裂管柱串聯的壓裂注漿控制器，各壓裂注漿控制器之間的高壓壓裂管柱上均串聯有安全丟開裝置；壓裂注漿控制器包括外套管、封隔膠囊、內套管、壓簧和單向封堵彈片；外套管上設有第一開孔和第二開孔，外套管內設有閥座；封隔膠囊套設于外套管外并與第一開孔連通；內套管滑動適配于外套管內，壓簧支撐于內套管和閥座之間，內套管設有第三開孔和第四開孔，第三開孔可與第一開孔對準，第四開孔可與第二開孔對準，內套管的內端還設置有第一球座；單向封堵彈片設于閥座的內側。本發明能夠克服現有頂板水害防治存在的問題。

技術領域

本發明涉及煤礦井下安全技術領域，具體涉及一種基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置及方法。

背景技術

我國煤層覆存差異大，與東部礦區相比，西部礦區生態環境較為脆弱，大規模、高強度地下開采導致西部礦區水資源破壞加劇。西部礦區煤層上部存在淺埋松軟巖層，其頂板巖層的運動及范圍在橫向、縱向上尤為敏感和強烈，實際開采過程中覆巖也難以形成大的穩定結構，巖體移動變形較為顯著，垮落帶及導水(砂)裂縫帶發育充分，采動破斷裂縫甚至可直接溝通地表，形成較大規模的地裂縫，導地下含水層富集水潰入井下，形成嚴重的頂板水害問題。

針對該類災害，現有采取的方法主要是鉆孔超前疏排或者疏降含水層中富集水。采用以上方法可有效解決減弱了工作面回采過程中涌水量，達到消除或緩解頂板水災害，但西部地區整體為干旱半干旱的生態環境脆弱的區域。高強度地下水的疏排，不僅增加了礦井排水工程量，并加大了經費投入，同時極大浪費了地下水，并易引發地下水為下降、地表水污染、土地鹽堿化、植被破壞等一系列問題，給生態脆弱的西部礦區帶來極大的危害。

因此，在安全有效回采的基礎上，如何對地下水資源和地面生態環境進行保護，是目前需要解決的難題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供了一種基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置及方法，以克服現有頂板水害防治存在的問題，實現頂板水害的有效控制及地面水資源和地面生態的保護。

一方面，本發明提供了一種基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置，包括至少兩段依次通過高壓壓裂管柱串聯并置于鉆孔內的壓裂注漿控制器，靠近鉆孔孔口的一段所述壓裂注漿控制器通過高壓壓裂管柱接出鉆孔外，各所述壓裂注漿控制器之間的高壓壓裂管柱上均串聯有安全丟開裝置；

所述壓裂注漿控制器包括外套管、封隔膠囊、內套管、壓簧和單向封堵彈片；

所述外套管的兩端分別與對應端的高壓壓裂管柱相連，外套管的管壁上沿由外向內的方向依次設有第一開孔和第二開孔，外套管的內壁上位于其內端和所述第二開孔之間設有閥座；

所述封隔膠囊套設于所述外套管設有第一開孔一段的管外，封隔膠囊與第一開孔連通；

所述內套管滑動適配于所述外套管位于其外端和閥座之間的管內，所述壓簧支撐于所述內套管和閥座之間，所述內套管沿由外向內的方向依次設有第三開孔和第四開孔，壓簧發生一級壓縮時，所述第三開孔與所述第一開孔對準，壓簧發生二級壓縮時，所述第四開孔與所述第二開孔對準，所述內套管的內端還設置有第一球座，從鉆孔孔口到鉆孔孔底的各段壓裂注漿控制器的第一球座的口徑逐漸縮小；

所述單向封堵彈片設于所述閥座的內側，用于單向封堵該閥座。

進一步地，靠近鉆孔孔底的一段壓裂注漿控制器的內端通過高壓壓裂管柱連接有導向器。

進一步地，靠近鉆孔孔底的一段壓裂注漿控制器與所述導向器之間的高壓壓裂管柱上串聯有單流閥。

進一步地，所述單向封堵彈片的一端鉸接于所述外套管的內壁，單向封堵彈片的內側與外套管的內壁之間設置有用于將該單向封堵彈片頂緊于該閥座內側的彈簧。

進一步地，所述閥座的內側設有錐形口，所述單向封堵彈片的外側設有與所述錐形口適配的錐形凸體。