[发明专利]一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法

说明书

本发明提供的一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法，其包括以下步骤：用钻机在工作面顺槽预开采煤层原来的每个高压注水钻孔的两侧分别施工有与高压注水钻孔深度相同的预裂钻孔，一个高压注水钻孔以及其两侧的预裂钻孔构成一个煤层弱化增透单元；先对一个煤层弱化增透单元进行弱化增透，完成对该煤层弱化增透单元的弱化增透后，撤出对应预裂钻孔内的预裂装置，对下一煤层弱化增透单元进行弱化增透。利用二氧化碳相变致裂技术，保证了裂隙发展的均匀性，能够显著提高我国难注水煤层高压注水湿润半径，从而改变煤层属性，降低工作面粉尘产生量以及煤与瓦斯突出、冲击地压等灾害事故发生的危险性。

技术领域

本发明涉及提高煤层注水半径的方法，尤其涉及一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法。

背景技术

与世界上多数国家的能源消费结构相比，煤炭在中国能源消费结构中占有特别重要的地位，仅2012年，中国原煤产量就达到了36.5亿吨，煤炭消费占总能源量的比例接近70％。就目前中国已发现的煤炭资源来说，有近一半埋藏于-1000m以下，其地质总储量高达3万亿吨左右。目前，从整体来看，中国煤炭资源后备不足，老矿区煤炭资源开始逐步萎缩，随着科学技术的发展和人类社会的进步，对能源的需求也更加迫切，煤矿开采的深度和难度也越来越突出，各国矿山都逐渐转入深部开采阶段。据专家预计，根据目前中国煤炭资源的实际情况，预计20年后中国很多煤矿将进入到1000～1500m的开采深度。比如，仅中国山东省千米深井煤炭资源储量已经占到总储量的四成多，目前，在全国47个超千米的深井中，山东有21处。深部开采带来的高地应力、高瓦斯压力加之我国的煤层普遍的渗透率较低，易造成冲击地压、煤与瓦斯突出等事故频发，严重制约着矿井高效集约化开采和安全生产。

煤层注水是煤矿领域内防治多种灾害的重要手段，通过煤层注水可以有效降低开采煤层时的产尘量，降低煤层应力集中程度，防止冲击地压、煤与瓦斯突出事故发生，并可增大煤体导热系数，降低煤体温度。煤层注水时，高压水沿煤体裂隙和大孔隙渗透，继而水在毛细管力和表面现象等物理化学作用下的自运动。煤层注水在我国多个矿区都有应用，但目前还缺少全面系统的研究，导致中国煤矿的煤层注水效果较差，高压注水影响半径小，其根本原因是我国赋存煤体较软，裂隙发育较低，煤体难润湿，由于水的表面张力较大，很难渗透进一些低渗透率煤层；此外，高压水力受煤体应力分布和煤层主裂隙的影响，还不能控制裂隙扩展方向，局部煤体卸压，局部煤体应力却发生集中；水空间分布的不均匀性反而导致局部瓦斯含量和压力的异常升高，成为工作面生产的安全威胁。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法，以控制预裂钻孔内裂隙的起裂位置和扩展方向。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种分段预裂提高低透气性煤层高压注水湿润半径的方法，其包括以下步骤：

A、用钻机在工作面顺槽预开采煤层原来的每个高压注水钻孔的两侧分别施工有与高压注水钻孔深度相同的预裂钻孔，预裂钻孔与高压注水钻孔之间的间距为5m～10m，一个高压注水钻孔以及其两侧的预裂钻孔构成一个煤层弱化增透单元；

B、先对一个煤层弱化增透单元进行弱化增透，通过连接装置将多个将预裂装置首尾相连，预裂装置上接入起爆控制器，采用多根接连在一起的专用安装杆将预裂装置送入对应预裂钻孔内，并固定住预裂装置的位置，预裂装置的总卸压段长度为预裂钻孔深度的50％～60％，采用高分子材料和专用封孔器对预裂钻孔进行封孔，其中，封孔长度不小于预裂钻孔长度的40％；

C、调整起爆控制器各预裂装置起爆延时时间，控制预裂钻孔内预裂装置从内向外分别起爆，高压注水钻孔两侧预裂钻孔的预裂时间保持一致；