[发明专利]一种煤矿井下超声激励辅助水力压裂卸压增透方法

说明书

本发明公开了一种煤矿井下超声激励辅助水力压裂卸压增透方法，发挥超声激励和水力压裂增透技术优势，在超声激励作用基础上实施水力压裂，利用超声激励装置产生的超声冲击波改变煤储层的孔裂隙结构，超前产生新的大量的均布裂隙，为水力压裂过程中高压水劈裂煤体延展压裂提供导向裂隙通道，辅助实现水力压裂的相对均匀压裂，提高了水力压裂有效影响范围的可控性，极大的增加了煤层的透气性及瓦斯抽采量。

技术领域

本发明属于煤层综合卸压增透瓦斯高效抽采技术领域，具体涉及一种煤矿井下超声激励辅助水力压裂卸压增透方法。

背景技术

煤层瓦斯是制约高瓦斯、突出矿井安全高效生产的因素之一，钻孔预抽是解决矿井瓦斯灾害行之有效的主要手段，但我国多数高瓦斯、突出矿井煤层受制于煤层透气性较差因素的影响，钻孔抽采效果较差、抽采钻孔工程量大、预抽时间较长，致使矿井安全生产投入较大，生产接替紧张。有针对性的实施煤层卸压增透措施，改善煤层的透气性是提高钻孔瓦斯抽采效果的重要途径。目前研究并推广应用较广泛的煤层卸压增透技术主要包括水力压裂、高压水射流、声场干预、深孔CO₂爆破预裂增透技术等，各项技术一定程度上均有效改善了煤层的透气性，但各单项技术均有其适用条件和困境。

水力压裂作为区域化卸压增透技术措施能够卸压驱离煤层瓦斯，实现煤层大范围的卸压增透，但高压水进入煤层后其延展劈裂煤体的方向不可控，高压水往往沿着煤体内某个弱面裂隙延展压裂煤体，煤体内其他区域并未产生卸压增透效果，存在压裂的盲区。

声场干预技术在振动效应、空化效应的作用下，改善煤体内原有裂隙通道，并致裂产生新的大量的均布裂隙，但声场干预作用范围较小，不能实现大范围的卸压增透煤体。

因此，如何引导水力压裂过程中高压水劈裂煤体延展压裂方向，实现煤层水力压裂的相对均匀压裂及有效影响范围的可控性是提高水力压裂卸压增透效果的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下超声激励辅助水力压裂卸压增透方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明解决了矿井因瓦斯治理工程造成的生产接替紧张问题，具有良好的经济与社会效益。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤矿井下超声激励辅助水力压裂卸压增透方法，包括以下步骤：

步骤1)：向煤层施工水力压裂钻孔，钻孔间距50～70m，孔径95～110mm，成孔后将端头安装有超声激励装置的管件通过若干逐根相连的辅助管件送入距离钻孔孔底40～60m位置，通过孔口辅助管件上固定的胶囊封孔装置完成封孔；

步骤2)：将辅助管件自由端的注水管路连接至注浆泵的高压水管路，通过安装有超声激励装置的管件上的注水口向钻孔内注入高压水，直至孔内水压达到设定值时，启动超声激励装置，对煤层实施超声激励增透作业；

步骤3)：超声激励结束后，将安装有超声激励装置的管件及辅助管件向钻孔外退40～50m，通过胶囊封孔装置完成封孔；

步骤4)：重复步骤2)和3)，直至完成整个钻孔的超声激励增透作业；

步骤5)：超声激励结束后取出超声激励装置、辅助管件和胶囊封孔装置，将带有堵头、筛孔的压裂管逐根连接送入孔底，用水泥砂浆封孔后对煤层实施循环式水力压裂，水力压裂结束后将钻孔接入抽采系统实施瓦斯抽采；

步骤6)：重复步骤1)、2)、3)、4)、5)直至完成所有钻孔的增透作业。

进一步地，步骤1)中钻孔终孔位置距离工作面巷道煤壁不小于50m。

进一步地，孔口辅助管件上设置有三通阀门，三通阀门上连接有用于检测孔内水压的压力表，步骤2)中当孔内水压达到2MPa时，关闭三通阀门，启动超声激励装置，对煤层实施超声激励增透作业。