[发明专利]一种用于煤层割压联合抽采的护孔系统及方法

说明书

发明提供一种用于煤层割压联合抽采的护孔系统及方法。该系统包括水力割缝子系统、水力压裂子系统和柔性护孔系统。所述水力割缝子系统包括高压水射流发生系统、钻杆钻具系统、孔口密封器、气渣分离器和钻机，所述水力压裂子系统包括乳化泵站、水箱、封孔装置和压裂管柱以及套管。所述柔性护孔系统包括前端固定装置、注水支撑管、柔性支架Ⅰ和注水连接段，其中水力割缝子系统与水力压裂子系统可有序完成对碎软煤层的区域化联合增透，该增透系统具有卸压范围广、定位精准等优势。同时柔性护孔系统可对形成的卸压空间及时进行支护作业。利用该护孔系统及方法可以有效增加瓦斯流动空间进一步大幅提升瓦斯抽采效率。

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯防治领域，特别涉及一种用于煤层割压联合抽采的护孔系统及方法。

背景技术

随着我国煤矿开采逐渐向深部延伸，碎软低渗煤层在所采煤层占比较大，主要表现为煤体破碎、渗透性差，瓦斯含量和瓦斯压力高，抽采难度大，治理成本高。目前，水力化卸压增透措施成为煤矿灾害防治的主要手段。常见的水力化措施包括：水力割缝、水力压裂等。水力压裂其作用范围大、增透效果好，但受到煤层地质条件影响，水力压裂裂纹扩展方向不易控制，压裂区裂纹扩展缺乏针对性，一方面容易形成高应力集中区，压裂不均匀易存在“盲区”，另一方面对较远距离瓦斯富集区增透效果不显著。而水力割缝技术切缝定位精准，能够对煤层局部进行快速有效切缝作业，实现对煤层瓦斯富集区的定点精确增透，但是水力割缝相较于水力压裂影响范围小。复杂多变的碎软煤层条件给钻孔成孔带来了很大的困难，钻孔变形量大，在地应力、瓦斯压力、构造应力等因素作用下孔壁易失稳形成塌孔。同时，传统的筛管护孔方法存在筛管直径较小且成本较高等缺点，以至现有钻孔失稳坍塌防控技术的实施缺少针对性。

因此，对于煤与瓦斯突出煤层的治理，结合碎软煤层特性，亟需开发一种用于煤层割压联合抽采的护孔系统及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于煤层割压联合抽采的护孔系统及方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种用于煤层割压联合抽采的护孔系统，包括水力割缝子系统、水力压裂子系统和柔性护孔系统。

所述水力割缝子系统包括超高压水射流发生系统、钻杆钻具系统、孔口密封器、气渣分离器和钻机。

所述超高压水射流发生系统包括乳化泵站和水箱。所述钻杆钻具系统包括钻杆、钻头和高压水辫。所述钻杆整体为中空圆管。所述钻头上设有供高压水射出的径向喷嘴和轴向喷嘴。所述径向喷嘴设置在钻头前端。所述轴向喷嘴设置在钻头的侧壁。所述钻头安装在钻杆的首端。所述钻头的内腔与钻杆的内腔连通。所述高压水辫的输入端与乳化泵站通过高压管路连接，输出端与钻杆的尾端连接。

所述孔口密封器为管状体。所述孔口密封器的前端开口，并固定在钻孔孔口孔壁上，后端与气渣分离器连接。所述钻杆从孔口密封器的后端伸入钻孔中。所述气渣分离器与瓦斯抽采管道相连。

所述水力压裂系统包括乳化泵站、水箱、封孔装置和压裂管柱以及套管。所述水箱和乳化泵之间使用高压胶管进行连接。高压水生成后通过高压水管进入水量调节装置。所述高压水管上设置有流量计和压力表。所述压裂管柱前段连接高压管路转换接头。

所述柔性护孔系统包括前端固定装置、注水支撑管和柔性支架Ⅰ。所述注水支撑管的管壁上设置有注水孔。所述注水支撑管的首端连接固定有前端固定装置，尾端与液压泵联通。所述前端固定装置具有支撑钩爪。所述支撑钩爪采用压簧结构。所述注水支撑管布置在钻杆的内腔中。所述前端固定装置布置在钻头的中心孔道中。所述前端固定装置的支撑钩爪与中心孔道的内壁卡合。

所述柔性支架Ⅰ为网套结构物。所述柔性支架Ⅰ包括沿纵向依次排列的若干环状支撑管。每根环状支撑管包括若干单元波，单元波沿周向依次排列。相邻两根环状支撑管呈镜面对称分布。相邻两根环状支撑管相对的两个波峰之间固定连接。相邻两根环状支撑管的内腔连通。若干环状支撑管的内腔构成管网结构。