[发明专利]一种高应力低孔隙率煤层射孔压裂增透方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿采掘工作面灾害防治领域，具体涉及一种高应力低孔隙率煤层射孔压裂增透方法。

背景技术

瓦斯灾害事故是煤矿企业中危害最大、死亡人数比例最高的重大事故之一，防治瓦斯灾害对矿井建设和煤炭生产具有重大意义。钻孔瓦斯抽放是预防瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等瓦斯灾害的有效手段，由于我国大多数地质区域的煤层属于低孔隙率煤层，因此有必要对煤层实施增透工作，采用科学手段增加煤体裂隙、提高煤体渗透率，从而确保瓦斯抽放工作的顺利进行。

目前我国广泛采用的煤层增透技术主要有炸药爆破增透技术、水力增透技术，通过长期以来的生产工作经验可知，传统煤层增透技术存在一定的缺点，如炸药爆破增透技术适应条件受限、操作工艺复杂、且安全系数低，爆破产生的热量容易引燃引爆煤体中贮存的瓦斯，在高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井中是禁用的，且密集交叉钻孔法工程量大，对煤体次生裂隙的发育影响小，增透效果差。水力增透技术虽然安全系数较高，且同时具备增透和润湿煤体的双重效果，但注水泵提供的压力有限，产生的微裂隙少，很难达到理想的效果。

随着我国煤矿开采水平逐步加深，煤层地应力不断增大，孔隙率不断降低，在开采条件日益严峻的趋势下，务必进行技术创新，发明更为安全、高效的煤层增透技术，为瓦斯抽放工作奠定良好的条件，进而有效地防治煤矿瓦斯灾害。

发明内容

本发明提出了一种高应力低孔隙率煤层射孔压裂增透方法，该方法可有效地对煤矿深部开采中的高应力低孔隙率煤层进行压裂增透，从而为瓦斯抽放工作创造良好的条件；该方法依靠在钻孔基础上预设射孔的模式，有效增大了煤体裂隙密度和范围，改变了煤体原生裂隙的状态，强化了增透效果、安全系数高、可操作性强。

本发明技术方案包括：

一种高应力低孔隙率煤层射孔压裂增透方法，包括以下步骤：

a测定煤体力学性质，现场采集煤样，进行工业性试验分析，测定煤体的物理力学参数；

b确定技术参数，根据上述煤体的物理力学参数，并结合理论知识计算煤体的射孔深度L、煤体起裂压力p_f、压裂增透半径R、钻孔布设间距X和射孔布设间距2R；

c安装煤层射孔系统，所述煤层射孔系统包括射孔器、套管一、推进杆和起爆器，所述套管一放置于预设的钻孔内，所述射孔器设置在所述套管一内，所述射孔器的尾端与所述推进杆旋接，推进杆的尾端连接所述起爆器；所述射孔器包括射孔枪和射孔弹，所述射孔枪为杆状，所述射孔枪内部分为若干个区段，所述每个区段均装有弹架，所述射孔弹依次装在每个区段的弹架中，各个射孔弹弹尾与所述起爆器连接；

d接步骤c，启动起爆器，起爆器将起爆能量传递至各个射孔弹，各个射孔弹激发并产生高压金属射流，在钻孔周边形成深度为L的射孔，回收射孔器，水力冲洗钻孔和射孔，完成射孔操作；

e安装水力压裂系统，所述水力压裂系统包括套管二、注水压裂泵、注水压力表、供水箱、压裂筛管、智能低浓度瓦斯传感器和流量计，所述套管二放置于预设的钻孔内，所述压裂筛管设置在所述套管二内，所述压裂筛管的尾端通过供水管路依次连接注水压力表、注水压裂泵、流量计和供水箱，所述智能低浓度瓦斯传感器放置在预设钻孔外的煤壁附近，与地面计算机终端连接；

d接步骤e，开启注水压裂泵注水，待钻孔内部压力达到初始压力值后，启动压裂，观察注水压力表读数以及供水箱内水量变化情况，压力缓慢上升至煤体起裂压力值p_f；待压力稳定下来2小时后、水压下降至实际最大注水压力的30％以上时，结束注水，缓慢泄压，完成压裂操作。

作为本发明的一个优选方案，上述步骤a中，物理力学参数为抗压强度、抗拉强度、泊松比和弹性模量。

作为本发明的另一个优选方案，上述步骤e中，注水压力表和注水压裂泵之间的供水管路上连接有泄压阀。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明公开了一种高应力低孔隙率煤层射孔压裂增透方法，相比传统的炸药爆破增透方法，本发明方法安全系数高，可操作性强。该方法主要依靠在钻孔基础上预设射孔的模式，有效增大煤体裂隙密度和范围，改变煤体原生裂隙的状态，强化了增透效果，可为下一步的煤层瓦斯抽放工作创造良好的条件。