[发明专利]一种基于采动卸压的煤层分区动态注水工艺方法

说明书

本发明提供了一种基于采动卸压的煤层分区动态注水工艺方法，针对不同应力分布区域及采动卸压应力演化过程，分别采取与之相对应的动态注水方式，根据采动过程中煤层应力分布状态，将采煤工作面划分为完整渗流区、微裂稳流区和破碎激流区。在完整渗流区采用高压注水方法，对低孔隙率煤体进行致裂增透，改善该区域煤岩的渗透性能，增加煤体注水量；随着工作面的推进，煤体受压破裂，新裂隙产生，进入微裂稳流区，采用中压注水方式；随着工作面的进一步推进，煤层裂隙发育贯通，渗透性能进一步提高，进入破碎激流区，采用静压注水方式进行低压注水渗透，利用煤体裂隙孔隙的毛细作用力实现煤层注水润湿防尘卸压功效。

技术领域

本发明涉及煤矿采煤工作面灾害防治领域，具体涉及一种基于采动卸压的煤层分区动态注水工艺方法。

背景技术

我国是以煤炭为主要能源的国家，据统计煤炭在我国能源生产和消费中的比例占70％以上。近年来，随着对能源需求量的增加和煤矿开采强度的不断加大，“三高一扰”问题突出，同时煤尘、瓦斯、冲击地压、煤与瓦斯突出、地温等自然灾害危害程度也不断升级，灾害事故越来越严重，尤其是采煤工作面粉尘危害严重，作业环境粉尘浓度超标率达86.5％，煤矿安全生产造成了严重的威胁和伤害。

煤层注水是通过钻孔向煤体预注压力水，利用压力水对弱面的致裂、冲刷以及楔入作用以及水对煤体的物理、化学作用，不仅可减少煤尘的产生，还可有效预防冲击地压、煤与瓦斯突出等事故。在实际采煤工作面开采过程中，随着工作面的推进，由于受到采动应力的影响，采煤面煤体裂隙发育程度发生变化，而目前现有的注水工艺以静压注水或恒定动压注水为主，大多未考虑受采动影响后煤岩裂隙场的变化过程，致使工作面的注水量有限，不能达到预期的灾害防治效果。因此，基于采动应力分布作用，根据不同应力分布区域采取不同注水工艺进行煤层注水，增大煤层裂隙密度和注水润湿范围，从而提高煤层注水效果，有效防止冲击地压、高浓度粉尘等灾害具有重要意义。

发明内容

针对现有技术，本发明提供了一种基于采动卸压的煤层分区动态注水工艺方法，依据不同应力分布区域及采动卸压应力演化过程将采煤工作面划分为不同注水区域，分别采用与之相适应的注水工艺进行煤层注水，以提高煤层注水效率，达到防灾减灾目的。

本发明采用以下的技术方案：

一种基于采动卸压的煤层分区动态注水工艺方法，根据不同应力分布区域及采动卸压应力演化过程，将煤层区域划分为完整渗流区、微裂稳流区和破碎激流区，完整渗流区为采煤工作面未受到采动影响的煤层区域，微裂稳流区为注水钻孔进入受到轻微采动影响的煤层区域，破碎激流区为注水钻孔受到充分采动影响的煤层区域；在完整渗流区采用高压注水工艺，微裂稳流区采用中压注水工艺，破碎激流区采用静压注水工艺，其中高压注水工艺和中压注水工艺使用动压注水装置，静压注水工艺使用静压注水装置。

优选地，所述动压注水装置包括动压进水管、储水箱、注水泵、流量表、压力表、截止阀、三通和分流器。

所述静压注水装置包括静压进水管、分流器、截止阀和流量表，所述静压进水管直接连接于供水管路。

优选地，所述高压注水工艺包括以下步骤：

(1)在完整渗流区施工若干个注水钻孔，将注水钻孔连接至动压注水装置，打开截止阀，开启动压注水装置；

(2)调节注水泵的压力，控制动压注水压力达到5MPa左右，将注水钻孔内原有空间充满水，包括较大裂隙孔隙空间；

(3)待注水钻孔充满水后，调节注水泵的压力，将注水压力提高为15MPa左右，在高压力下持续一段注水时间；

(4)调节注水泵的压力，将注水压力提高至20MPa并维持一段注水时间，而后将注水压力调低至15MPa，并维持注水压力，观察注水管路水流量，当水流速变缓，将注水压力下降至10MPa并维持一段注水时间；