一种高瓦斯煤层冲割压抽一体化的卸压增透瓦斯抽采方法

摘要

一种高瓦斯煤层冲割压抽一体化的卸压增透瓦斯抽采方法，首先向煤层内施工一个底板穿层钻孔，然后退钻，在钻孔内换上水力冲孔专用钻杆与钻头。向钻杆内通入5～35MPa的高压水，旋转并往复移动钻头，对煤层实施水力冲孔，在钻孔周围形成直径为0.3～1m的冲孔孔洞。退钻时，将钻头移动至冲孔岀煤较少的煤层段，原地旋转钻头，通过高压水切割煤层，形成扁平的割缝缝槽。退出水力冲孔专用钻杆与钻头，接入专用水力压裂设备，按照常规方法对钻孔实施水力压裂；压裂后，按照常规方法对钻孔进行密封并抽采瓦斯。本发明打破了单一水力化措施的局限性，通过冲孔、割缝、压裂和抽采一体化作业，实现了煤层整体、均匀卸压，使单孔卸压范围提高50％以上，单孔瓦斯纯流量提高40％以上，单孔瓦斯抽采率提高30％以上，具有显著的经济效益与广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高瓦斯煤层冲割压抽一体化的卸压增透瓦斯抽采方法，特别适用于高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采。

背景技术

矿井瓦斯灾害(瓦斯涌出、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等)是制约煤矿高效集约化开采的主要因素。瓦斯抽采是降低瓦斯事故发生，提高瓦斯能源利用和减少温室气体排放的根本措施。近年来，煤层内水力化增透技术以其效果显著、实用性强的特点，在我国高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采中得到普遍应用，如水力冲孔技术、水力割缝技术和水力压裂技术等。工程实践表明，采用单一的水力化措施存在很大局限性：水力冲孔通过高压水冲击、破碎并排出部分煤体形成一定卸压空间，然而针对软硬分布不均的煤层，冲孔孔洞往往呈现出不规则的形状，从而导致局部应力集中；水力割缝通过反复切割煤体形成扁平缝槽，部分煤体在割缝后发生变形、垮落，应力场重新分布，煤体裂隙逐渐发育，然而，单独采用水力割缝操作难度高、工程量大，尤其对于松软煤层，煤体蠕变严重，缝槽难于成形，裂隙闭合较快，瓦斯抽采难以持续、高效进行；水力压裂能够实现煤层大范围卸压，然而，压裂方向难以控制，裂隙分布极不均匀，针对坚硬煤体，水力压裂压力较高，操作有一定危险性。综上，采用单一的水力化措施虽然能在一定程度上实现煤层卸压增透，却难以实现煤层整体、均匀卸压，卸压增透效果有限，局部应力集中严重威胁着后续掘进与回采作业。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种操作简单，卸压均匀，增透显著的高瓦斯煤层冲割压抽一体化的卸压增透瓦斯抽采方法。

技术方案：本发明的高瓦斯煤层冲割压抽一体化的卸压增透瓦斯抽采方法，包括如下步骤：

a、从底板向煤层内施工一个钻孔至顶板，然后退钻；

b、向钻孔内送入水力冲孔专用钻杆与钻头，启动钻机，将专用钻杆与钻头推入煤层内，然后向钻杆内通入高压水，操作钻机控制专用钻杆往复移动并带动钻头旋转，对煤层实施水力冲孔，在钻孔周围形成一定大小的冲孔孔洞，在冲孔过程中实时记录冲孔路径中的出煤量；

c、当冲孔达到顶板位置后实施退钻，根据记录的冲孔出煤量，每退钻至岀煤量较小的煤层段时，原地旋转钻头5～15分钟，在高压水的作用下，对煤层进行切割，间隔形成一个个扁平的割缝缝槽，以增大卸压空间；

d、退出水力冲孔专用钻杆与钻头，向钻孔内接入专用水力压裂设备，按常规方法对钻孔实施水力压裂；

e、退出专用水力压裂设备，按照常规方法对钻孔进行密封并抽采瓦斯。

所述高压水的压力为5～35MPa；所述一定大小的冲孔孔洞的直径为0.3～1m。

有益效果：通过水力冲孔实现了煤层的初步卸压，在坚硬煤段，冲孔孔径缩小，出现应力集中，通过对该段煤体进行定点水力割缝实现煤层整体、均匀卸压，消除应力集中；同时，扩大了钻孔卸压影响范围，扩展了煤体运移空间。在水力冲孔与水力割缝的基础上实施水力压裂，高压水沿冲孔孔洞和割缝缝槽流动，实现可控导向致裂；同时，煤体经过初步卸压后变得疏松、多孔，降低了注水压力并提高了压裂效果。本发明打破了单一水力化措施的瓶颈问题，通过冲孔、割缝、压裂和抽采一体化作业，实现了由“线”到“面”，由“面”到“体”的煤层整体、均匀卸压，本发明能使单孔卸压范围提高50％以上，单孔瓦斯纯流量提高40％以上，单孔瓦斯抽采率提高30％以上，具有显著的经济效益与广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-底板，2-顶板，3-煤层，4-钻孔，5-冲孔孔洞，6-割缝缝槽

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

如图1所示，本发明的高瓦斯煤层冲割压抽一体化的卸压增透瓦斯抽采方法，首先从底板1，向煤层3预抽区域内施工一个穿层钻孔4，钻孔4穿过全煤段并进入顶板2约0.5m，钻孔4施工完成后退钻，向钻孔4内送入水力冲孔专用钻杆与钻头，钻杆尾部与钻机相连，启动钻机，将专用钻杆与钻头推入煤层3内，然后向钻杆内通入高压水，操作钻机控制专用钻杆往复移动并带动钻头旋转，对煤层3实施水力冲孔，在钻孔4周围形成直径为0.3～1m的冲孔孔洞5，在冲孔过程中实时记录冲孔路径中的出煤量，根据钻孔出煤情况调节水压，出煤量较小时适当提高水压，水压调节范围控制在5～35MPa。当冲孔达到顶板2位置后实施退钻，根据记录的冲孔出煤量，每退钻至岀煤量较小的煤层段时，原地旋转钻头5～15分钟，在高压水的作用下，对煤层3进行切割，间隔形成一个个扁平的割缝缝槽6，以增大卸压空间，消除应力集中。割缝结束后，退出水力冲孔专用钻杆与钻头，向钻孔4内接入专用水力压裂设备，按常规方法对钻孔4实施水力压裂，煤层3起裂后，注水压力明显降低，此时重新升高注水压力，如此反复多次，直到注水压力最终稳定不再变化时，压裂结束，停止注水。退出钻孔4内的压裂设备，按照常规方法对钻孔4进行密封并抽采瓦斯。