深孔水力致裂驱赶瓦斯浅孔抽采的增透与消突方法

摘要

一种深孔水力致裂驱赶瓦斯浅孔抽采的增透与消突方法，在采煤工作面机巷、风巷或掘进工作面内逐一向煤层方向交替施工水力致裂孔和瓦斯抽采孔，并进行高压注水和瓦斯抽采；水力致裂孔注水0.5～5h后，停止注水，更换瓦斯抽采管接头对其进行瓦斯抽采；当水力致裂孔或瓦斯抽采浓度低于5%后，更换注水管进行静压注水；当采煤工作面回采到距静压注水孔5m处，或掘进工作面再次掘进时，停泵或关闭静压水阀，停止注水。实现了含瓦斯煤层增透，提高了瓦斯抽采率，有效避免了采掘空间瓦斯超限并降低了煤与瓦斯突出危险性，保障了煤炭安全高效回采。该方法简单，效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种瓦斯抽采消突方法，尤其是一种深孔水力致裂驱赶瓦斯浅孔抽采的增透与消突方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全高效生产的重大事故之一，预抽煤层瓦斯是预防瓦斯灾害的治本措施。通过预抽可降低煤层的瓦斯含量和压力，从而降低或消除突出煤层采掘时的煤与瓦斯突出隐患，减少开采时的矿井瓦斯涌出量。大量试验和理论研究结果表明，随着煤层开采深度的增加，地应力不断增大，煤层透气性系数随之减小，从而制约了煤层瓦斯的抽采效果，并在很大程度上影响了矿井的正常接替。同时，我国煤层的透气性普遍偏低，比美国至少低2～3个数量级。因此要提高低透气性煤层的预抽瓦斯效果，除了应在工程上增加钻孔密度、延长抽采时间外，在技术上主要是依靠多种形式的煤层增透技术，增大煤体裂隙密度和范围，提高煤层透气性，最终达到提高煤层瓦斯抽采效果的目的。对于透气性低较难抽采的煤层，为提高瓦斯抽采效果，就要通过各种手段使煤层卸压增透，沟通煤层内的原有裂隙网络或产生新的裂隙，此类技术称为低透气性煤层增透技术。根据国内外试验研究情况，现阶段主要煤层增透的技术方法有: 水力压裂增透、高压水射流扩孔增透、水力割缝增透、深孔控制预裂爆破增透等。

目前，煤层注水在预防煤与瓦斯突出事故中取得了一定程度的效果，但是该技术仍然存在一定的盲目性，缺少必要的理论支撑，水力致裂孔和瓦斯抽采孔布置方式和钻孔深度不科学，水力致裂工艺和瓦斯抽采工艺不能有机结合，使得瓦斯抽采和消突效果不能保证。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种方法简单、抽采效果好的深孔水力致裂驱赶瓦斯浅孔抽采的增透与消突方法。

技术方案：本发明的深孔水力致裂驱赶瓦斯浅孔抽采的增透与消突方法，包括如下步骤：

a.将瓦斯抽采泵设在采煤工作面或掘进工作面临近的巷道内或地面、注水泵设在采煤工作面或掘进工作面临近的巷道内； 

b．在采煤工作面机巷、风巷或掘进工作面内设定水力致裂孔和瓦斯抽采孔的孔位、或多个钻场，或在掘进工作面内设置呈梅花状水力致裂孔和瓦斯抽采孔的孔位，逐一按孔位或每个钻场向煤层方向交替施工水力致裂孔和瓦斯抽采孔，每施工一个瓦斯抽采钻孔，将瓦斯抽采钻孔与瓦斯抽采管路连接进行瓦斯抽采，每施工一个或2～5个水力致裂孔，将水力致裂孔与注水管路连接进行高压注水；

c．水力致裂孔注水0.5～5h后，停止注水，取下该孔水力致裂管接头，更换瓦斯抽采管接头对其进行瓦斯抽采；水力致裂孔或瓦斯抽采钻孔内的瓦斯抽采浓度低于5%后，取下该孔抽采管接头，更换注水管接头对其进行静压注水，静压注水的压力控制在1～10MPa；

d．当采煤工作面回采到距静压注水孔5m处，或掘进工作面再次掘进时，停泵或关闭静压水阀，停止注水。

所述在采煤工作面机巷、风巷内逐一向煤层方向交替施工的水力致裂孔和瓦斯抽采孔平行排列；所述平行排列施工的水力致裂孔的孔间距为4～80m，瓦斯抽采孔的间距为2～40m；所述的多个钻场的间距为20～100m，每个钻场布置1～3排钻孔，水力致裂孔为1～8个，瓦斯抽采孔为1～20个，每个钻场向煤层方向交替施工的水力致裂孔和瓦斯抽采孔呈扇形张开；所述的在掘进工作面内逐一向煤层方向交替施工的水力致裂孔和瓦斯抽采孔时，水力致裂孔和瓦斯抽采孔布置1～3排，水力致裂孔为1～8个，瓦斯抽采孔为1～20个，呈扇形张开；所述的水力致裂孔的钻孔深度比瓦斯抽采孔的钻孔深度长为3～80m。

有益效果：由于采用了上述技术方案，对于煤与瓦斯突出煤层，首先采用深孔水力致裂，水力致裂可以产生水压裂缝，对煤层的结构进行改造，实现增透；同时，高压水可以从煤体的裂隙、孔隙中驱赶大量的游离瓦斯，将其通过水力致裂孔附近的瓦斯抽采孔抽出来，提高瓦斯抽采率，既减小了煤层内的瓦斯压力，降低了突出危险性，又大大降低了回采落煤时瓦斯涌出的高峰值，有效避免了采掘空间瓦斯超限，保障了煤炭安全高效回采。然后对水力致裂孔和瓦斯抽采孔进行进一步瓦斯抽采，使吸附于煤体内表面的瓦斯慢慢解吸、扩散、渗透出来，进一步提高瓦斯抽采率。在瓦斯抽采完后可根据工程需要利用水力致裂和瓦斯抽采孔对煤层进行静压注水湿润，进一步软化煤体，增加煤体的塑性和内聚力，降低煤体内残留瓦斯的解吸速度，进一步降低煤与瓦斯突出危险性。通过深孔水力致裂和浅孔瓦斯抽采相结合的方式，实现增透、瓦斯驱赶、抽采与注水湿润的有机结合，有效地提高了瓦斯抽采率和降低了突出危险性，为消除煤与瓦斯突出提供了一种新的途径。

附图说明

图1是本发明的采煤工作面水力致裂孔和瓦斯抽采孔平行钻孔布置一示意图。

图2是本发明的采煤工作面水力致裂孔和瓦斯抽采孔钻场钻孔布置二示意图。

图3是本发明的掘进工作面水力致裂孔和瓦斯抽采孔布置示意图。

图4是本发明的底抽巷水力致裂孔和瓦斯抽采孔布置示意图。

图中：S-水力致裂孔，K-瓦斯抽采孔，1-注水泵，2-瓦斯抽采泵，3-采煤工作面，4-机巷，5-风巷，6-钻场，7-掘进工作面，8-底抽巷，9-煤层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作进一步描述：

实施例一：如图1所示，某矿井回采工作面的煤与瓦斯突出煤层，其煤层平均厚度为4m，硬度为f=2，采煤工作面3长度为206m。将瓦斯抽采泵2设在地面，注水泵1设在采煤工作面3的风巷5内；在采煤工作面的机巷4和风巷5双巷内如图1所示布置水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K的孔位，也可只在机巷4或风巷5一个巷道内设定水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K的孔位。逐一按设定的孔位向煤层方向交替施工水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K，采煤工作面机巷4、风巷5内逐一向煤层方向交替施工的水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K平行排列，平行排列施工的水力致裂孔S的孔间距为4～80m，瓦斯抽采孔K的间距为2～40m；水力致裂孔S的钻孔深度比瓦斯抽采孔K的钻孔深度长3～80m。例如水力致裂孔S长为105m，瓦斯抽采孔K长为95m，每施工完一个瓦斯抽采孔K，即将瓦斯抽采孔K与瓦斯抽采管路连接进行瓦斯抽采，每施工完一个或2-5个水力致裂孔S，将水力致裂孔S与注水管路连接进行高压注水；当水力致裂孔S注水约4h后，停止注水，取下该孔水力致裂管接头，更换瓦斯抽采管接头对其进行瓦斯抽采；当水力致裂孔S或瓦斯抽采钻孔K内的瓦斯抽采浓度低于5%后，取下瓦斯抽采钻孔K孔抽采管接头，更换注水管接头对其进行静压注水，静压注水的压力控制在4MPa；当采煤工作面3回采到距静压注水孔5m处时，停泵或关闭静压水阀，停止注水。

实施例二：如图2所示，某矿井回采工作面的煤与瓦斯突出煤层，其煤层平均厚度为2m，硬度为f=2，某工作面长度为140m。将瓦斯抽采泵2设在地面，注水泵1设在采煤工作面3的风巷5巷道内；在采煤工作面风巷5内，如图2所示设置多个钻场，多个钻场的间距为20～100m，每个钻场布置1～3排钻孔，水力致裂孔S为1～8个，瓦斯抽采孔K为1～20个，每个钻场向煤层方向交替施工的水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K呈扇形张开，例如钻场的间隔为30m，在钻场6内逐一向煤层方向扇形交替施工两排3个扇形水力致裂孔S和4个瓦斯抽采孔K，水力致裂孔S长为120m，瓦斯抽采孔K长为95m，每施工完一个瓦斯抽采孔K，即将瓦斯抽采孔K与瓦斯抽采管路连接进行瓦斯抽采，每施工完一个或多个水力致裂孔S，将水力致裂孔S与注水管路连接进行高压注水；水力致裂孔S注水约2.5h后，停止注水，取下该孔水力致裂管接头，更换瓦斯抽采管接头对其进行瓦斯抽采；水力致裂孔S或瓦斯抽采钻孔K内的瓦斯抽采浓度低于5%后，取下该孔抽采管接头，更换注水管接头对其进行静压注水，静压注水的压力控制在3.5MPa；当采煤工作面3回采到距静压注水孔5m处时，停泵或关闭静压水阀，停止注水。该实施例只在风巷5内单巷施工钻场，然后在钻场内施工水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K，也可在风巷5和机巷4内同时双巷施工钻场，然后在钻场内施工水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K。

实施例三：如图3所示，某矿井掘进巷道的煤与瓦斯突出煤层，煤层平均厚度为3m，硬度为f=2.5。将瓦斯抽采泵设在地面、注水泵设在掘进工作面7的邻近巷道内；在掘进工作面7内呈梅花状设定水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K的孔位，逐一按设定的孔位向煤层方向交替施工水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K，力致裂孔S和瓦斯抽采孔K布有1～4排，其中水力致裂孔S有1～8个，瓦斯抽采孔K有1～20个，钻孔方向呈扇形张开，水力致裂孔S的钻孔深度比瓦斯抽采孔K的钻孔深度长3～80m。如图3所示，例如逐一向煤层方向交替施工的扇形水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K，分上、中、下三排共施工3个水力致裂孔S和8个瓦斯抽采孔K，水力致裂孔S长为60m，8个瓦斯抽采孔K长度最大为50m，且随张开角度的增加长度如图3所示逐渐减小，每施工完一个瓦斯抽采钻孔K，即将瓦斯抽采钻孔K与瓦斯抽采管路连接进行瓦斯抽采，每施工完一个或多个水力致裂孔S，将水力致裂孔S与注水管路连接进行高压注水；水力致裂孔S注水约2h后，停止注水，取下该孔水力致裂管接头，更换瓦斯抽采管接头对其进行瓦斯抽采；水力致裂孔S或瓦斯抽采钻孔K内的瓦斯抽采浓度低于5%后，取下该孔抽采管接头，更换注水管接头对其进行静压注水，静压注水的压力控制在3MPa；当掘进工作面7再次掘进时，停泵或关闭静压水阀，停止注水。

实施例四：如图4所示，某矿井掘进底抽巷的煤与瓦斯突出煤层，煤层平均厚度为4m，硬度为f=4。将瓦斯抽采泵设在地面、注水泵设在底抽巷8的邻近巷道内；在底抽巷8内呈梅花状设定水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K的孔位，逐一按设定的孔位向煤层方向交替施工水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K，每5～80m施工一排水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K，每排水力致裂孔S有1～4个，瓦斯抽采孔K有1～6个，钻孔方向呈扇形张开，水力致裂孔S的钻孔深度比瓦斯抽采孔K的钻孔深度长3～80m。如图4所示，例如逐一向煤层方向交替施工的扇形水力致裂孔S和瓦斯抽采孔K，每排施工3个水力致裂孔S和2个瓦斯抽采孔K，3个水力致裂孔S长度最大为80m，且随张开角度的增加长度如图4所示逐渐增大，2个瓦斯抽采孔K长度为75m，每施工完一个瓦斯抽采钻孔K，即将瓦斯抽采钻孔K与瓦斯抽采管路连接进行瓦斯抽采，每施工完一个或多个水力致裂孔S，将水力致裂孔S与注水管路连接进行高压注水；水力致裂孔S注水约2h后，停止注水，取下该孔水力致裂管接头，更换瓦斯抽采管接头对其进行瓦斯抽采；水力致裂孔S或瓦斯抽采钻孔K内的瓦斯抽采浓度低于5%后，取下该孔抽采管接头，更换注水管接头对其进行静压注水，静压注水的压力控制在3MPa；当掘进工作面7再次掘进时，停泵或关闭静压水阀，停止注水。