一种井下巷道长钻孔的增透技术的制作方法

1.本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体为一种井下巷道长钻孔的增透技术。


背景技术：

2.矿井下的部分水平煤层具有硬度低、松软、瓦斯含量高和透气性差等特点，千米钻孔成孔长度一般为450-550米，钻孔施工完毕后直接用负压进行带抽，该方法存在抽排效率低下、抽采周期短等情况，煤层增透是提高瓦斯抽采效果的关键技术。


技术实现要素：

3.本发明提供一种井下巷道长钻孔的增透技术，解决了现有技术进行抽排的效率低下、抽采周期短，抽采效果较差的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种井下巷道长钻孔的增透技术，分为压前准备、压裂施工和压后作业，压前准备阶段：在巷道内的掘进工作面开始三个钻孔为一组的多个钻孔组，位于上方的两个钻孔为抽采孔，底部的钻孔为压裂孔，钻孔层位距煤层顶板3.5米；三个互相平行的钻孔等间距布置，间距为7.5米；对压裂孔注入425号水泥进行封孔；压裂施工阶段：用高压钢管和高压软管连接并组装设备，在地面进行设备的试运行，调整设备直至具备压裂时的承压性能；基于正常压裂阶段所用压力对调试完成的设备进行压力测试，通过测试后的压裂设备配合进入钻孔中，分为长度在90~160米之间的四段，依次通入选用1~1.5%浓度盐水的工业盐压裂液进行压裂施工；开设钻孔的煤岩层吸收能力的排量小于此处高压压裂液的排量；每段钻孔结束后用封孔管进行封孔，用铠装管并网；压后作业：采用高压水管和固定装置对通有压裂液的钻孔进行保压、排水。
5.压裂施工阶段使用封隔器和滑套间隔组合的方式进行一次施工分压多层，对巷道中的长钻孔分为四段进行逐层压裂。使用五个封隔器和五个滑套，依次间隔设置，形成五级进行分层压裂。
6.压裂施工阶段使用封隔器和滑套组合的方式进行一次施工分压多层，对巷道中的长钻孔分为多层进行逐层压裂。这样的压裂设备设置可以实现同一套泵车依次单段压裂，从而达到渗流能力最大化、提高导流性和生产力。这样的钻孔位置设定保证了安全性的同时，可以达到较为优良的瓦斯透气性效果，也便于进行压裂作业。根据采掘技术和实际地质情况，设置分段长度在90~160米之间，从而保证压裂工作的正常进行。
7.优选的，用于压裂施工的压裂设备配合装有履带运输装置使设备在小空间内运动并实现倒移。履带运输设备的运用提高了压裂设备的运动轨迹的灵活性，节省了空间。
8.进一步地，高压压裂液持续注入直至克服钻孔的孔底压力并达到所在煤岩层的抗拉强度。这样能够保证压裂得到的裂缝状态符合要求，从而确保增加瓦斯透气性的目的实现。
9.进一步地，压裂施工完成、泄压之后回收钢制压裂管或改变压裂管材质。
10.通过煤矿井下压裂孔，利用高压泵组，将高压（一般为20~100mpa）压裂液以超过煤岩层吸收能力的排量注入煤岩层，当压力逐渐增大直到克服孔底附近地应力并达到煤岩层抗拉强度时，煤岩层产生裂缝。继续注入高压压裂液，一方面煤岩层中原有的裂缝张开、延展、相互沟通，另一方面新裂缝继续向前延伸，从而达到增加煤岩层透气性系数的效果。而回收钢制压裂管或改变压裂管材质，采掘揭露时可直接破碎且无机械摩擦火花，保证了操作的安全性。
11.与现有技术相比，本发明的实质性特点在于：该工艺技术成熟、设备可靠、智能化程度高、安全性好，具有较好的实施性，适用于煤矿井下煤质松软、瓦斯含量高和透气性差的煤层。
12.1、压裂孔单孔瓦斯抽采浓度提高100%以上，单孔抽采纯量提升150%以上，抽采达标时间可缩短一半，缩短瓦斯治理周期，提升采掘速率；2、压裂影响半径约30米，影响半径内其他钻孔抽采浓度提高50%以上，抽采纯量提高50%以上。回采工作面预计可减少钻孔工程量40%，提升抽采效率的同时节约施工成本及施工时间。
附图说明
13.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
14.图1为本发明增透技术的工艺流程图。
15.图2为利用本发明井下巷道长钻孔的增透技术在煤层定向钻孔设计平面投影图。
16.图3为1号、2号验证孔抽采浓度数据统计表。
17.图4为1号、2号、3号孔抽采浓度数据统计表。
18.图5为1号、2号验证孔抽采浓度曲线。
19.图6为1号、2号、3号孔抽采浓度曲线。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
23.一种井下巷道长钻孔的增透技术，包括压裂准备、压裂施工和压后作业。
24.一、压裂准备压裂准备阶段中依次进行钻孔施工、封孔操作。
25.在现工作面的辅助运输巷道中的掘进工作面上设计3个钻孔：1号、2号、3号，进行掘进前超前治理。每个孔的开孔间距为7.5米，终孔间距也为7.5米，孔深为252米，钻孔层位距煤层顶板3.5米。3个钻孔为平行孔，其中3号孔为压裂孔， 1号、2号钻孔为抽采孔，3个钻孔的开孔方位角均为0
°
，开孔倾角都为0
°
，钻孔不预留分支点。钻孔成孔后使用直径为153毫米封孔管封孔、直径为133毫米铠装管并网。
26.下入压裂管时在154-155米处遇阻，在此位置定位、封孔。用750kg的425号水泥，注入量约为900l。注浆至回浆管返出物为混合水泥浆后停止注入，凝固48小时后开始压裂。
27.二、压裂施工压裂施工阶段进行压裂设备的装配和设备试运行状态检测以及压裂液的选用、压裂压力的确定的操作。
28.压裂选用dn80mm高压钢管管汇系统。主要由高压直管、旋塞阀、单向阀、变径接头、三通等部件组成，需起坡、落平或拐弯点采用高压软管进行连接。为了保证压裂效果，压裂采用工业盐压裂液体系（1-1.5%浓度盐水）。为了方便盐水溶解均匀，选用细颗粒工业盐，在储水囊入口处使用漏斗加入。
29.施工排量：1.5-1.2m3/min；压裂孔口通过ky25/35型压裂阀门组或70mpa旋塞阀组进行控制；保证施工最高限压小于等于25mpa；液量：封隔器分级注入，与滑套间隔设置；施工总用液量400-550方。
30.本次压裂共分为4段，第一段154.5米处，第二段133米处，第三段111.5米处，第四段90米处。第一段压裂施工共注入液量42m
³
。第二段压裂施工共注入液量79m
³
。第三段压裂施工共注入液量88m
³
。第四段压裂施工共注入液量82m
³
。
31.1、压裂孔施工前1号抽采孔、2号抽采孔的抽采数据如附图3所示；2、压裂孔施工后1号抽采孔、2号抽采孔、3号压裂孔的抽采数据如附图4所示；3、如图5为1号、2号抽采孔的抽采浓度曲线图，对比抽采数据分析发现3号压裂孔压裂后1号、2号抽采孔的抽采浓度均有大幅度提升，混合量无明显变化，抽采纯量有明显提升；4、通过图6所示1、2、3号钻孔抽采浓度曲线的数据分析发现，3号压裂孔抽采浓度远高于1号、2号抽采孔浓度。3号压裂孔抽采混合量略高于1号、2号抽采孔，抽采纯量远高于1号、2号抽采孔。
32.三、压后作业利用高压水管和固定装置进行保压、排水，防止支撑剂随着高粘度的压裂液返出裂缝，从而确保增投效果。
33.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的
范围。