CN102678117B - 基于聚能***的定向水力致裂方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于聚能***的定向水力致裂方法,在工作面顶板或煤体内打致裂钻孔至设定位置,致裂孔的深度和角度根据现场条件和工程需要确定但不应小于5m,将聚能管送入致裂孔深部并封孔,进行定向聚能***。通过***在钻孔内壁聚能孔方向形成一定深度的定向爆生裂隙。用水冲洗净钻孔后,在钻孔***段以浅安装封孔器封孔,向钻孔内进行高压注水,在水压力作用下定向爆生裂隙会继续扩展,从而实现定向水力致裂。可有效控制水力致裂过程中裂缝的扩展方向,也可进行水压聚能***致裂,减少由于***所引发的安全隐患,大大减小了对围岩的冲击波、地震波影响,增大钻孔间距,减少钻孔费用和劳动强度。施工工艺简单、节省***,安全可靠、切缝效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种水力致裂方法,尤其是一种用于煤岩体聚能***的定向水力致裂方法。
背景技术
在我国煤矿开采中诱发的煤岩动力灾害问题一直十分突出。其中冲击矿压是最棘手的一种煤岩动力灾害。研究表明冲击矿压多发生在具有坚硬顶板的煤层中,尤其是在具有厚度大、强度高、整体性强、结构致密的坚硬厚层砂岩顶板中,以及煤质中硬,脆性和弹性较强的煤层中。而对坚硬顶板定向处理弱化和煤层弱化是防止冲击矿压的有效途径。采用普通钻孔******方法会形成较强烈的冲击波,对煤岩体造成较大的应力扰动,存在诱导动力灾害的隐患,对局部围岩的破坏较大不易实现定向处理。另外采用单纯水力致裂法不能控制孔内裂缝的扩展方向。寻找一种安全、高效的处理坚硬顶板、煤岩体强度弱化、防治冲击矿压的有效技术途径和配套装置,对于保障煤矿的安全高效生产具有重要的理论和现实意义。
发明内容
技术问题:本发明的目的是克服已有技术中的不足之处,提供一种操作简便、控制性好,安全可靠的煤岩体聚能***的定向水力致裂方法。
技术方案:本发明的煤岩体聚能***的定向水力致裂方法,包括如下步骤:
a.在工作面两端头沿煤层上方各打一个倾斜的致裂钻孔,同时分别在机巷和风巷超前工作面靠两巷外帮侧沿顶板向上施工5~10个致裂钻孔;
b.在施工好的致裂钻孔内逐一安装多节聚能管,聚能管的管壁两侧开有若干聚能孔,安装前在除Ⅰ号聚能管外的所有聚能管内分别穿入细电线,将矿用水胶***装入每个聚能管内,每个聚能管的两端均用炮泥填塞,同时在聚能管的末端连接一发电***,将Ⅰ号聚能管的电***脚线引出***快速接头的公头,同时将Ⅱ号聚能管前端的细电线***快速接头的母头,将Ⅱ号聚能管末端的细电线和电***脚线一起***快速接头的公头,同时将Ⅲ号聚能管前端的细电线***快速接头母头,依次逐个连接至最后一节聚能管,所述的向致裂钻孔内送装的所有聚能管的聚能孔朝向一致,均沿预裂方向;
c.将Ⅰ号聚能管送入致裂钻孔内,把Ⅰ号聚能管的快速接头的公头与Ⅱ号聚能管前端快速接头的母头插接在一起,然后将Ⅱ号聚能管送入致裂钻孔内,将Ⅱ号聚能管快速接头的公头与Ⅲ号聚能管快速接头的母头插接在一起,聚能管与聚能管之间设有防止聚能管转向的限位装置,依次送入并连接多节聚能管至致裂钻孔内,在致裂钻孔孔口处装入一节空聚能管;
d.用膨胀螺栓封孔防止聚能管滑落,同时将电***脚线引出至孔外,将1~3个致裂钻孔孔外的电***脚线并联,引爆***进行聚能***,使***能量优先沿聚能孔方向产生爆生裂隙,卸除膨胀螺栓,用水管冲洗***后的致裂钻孔,再向钻孔内送入与注水泵相连的封孔器进行封孔;
或采用封孔器封孔,同时将***脚线引出至孔外,将1~3个致裂钻孔孔外的电***脚线并联,连接好注水管路向致裂钻孔孔内注满水,进行水压聚能***,使***能量优先沿聚能孔方向产生爆生裂隙;
e.打开水泵开关向致裂钻孔内注入高压水进行水力致裂,使致裂钻孔周边的爆生裂隙进一步扩展;
f.当致裂钻孔孔壁或周边出现渗水或水压力小于5MPa时,关闭注水阀,停止注水。
所述靠两巷外帮侧垂直顶板向上施工的致裂钻孔深度为5~10m;所述的聚能管采用PVC管。
有益效果:由于采用了上述技术方案,将定向聚能***与水力致裂的优势结合,首先采用定向聚能***预裂坚硬顶板(煤体),用聚能管进行聚能装药使能量更集中,能将爆生气体的能量更多地转化成聚能射流的动能,使***能量优先沿聚能孔方向产生爆生裂隙,有效控制裂缝方向,防止其他方向裂缝的形成和延伸;大大减小了对围岩的冲击波、地震波影响,增大钻孔间距,减少钻孔费用和劳动强度。最后,通过水力致裂使爆生裂隙进一步扩展形成完整的破裂面,可有效控制水力致裂过程中裂缝的扩展方向,也可进行水压聚能***致裂,减少由于***所引发的安全隐患,施工工艺简单、节省***,安全可靠、切缝效果好,具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明采煤工作面内致裂钻孔平面布置示意图;
图2是本发明机巷内聚能***钻孔剖面布置示意图;
图3是本发明机巷内水力致裂钻孔结构示意图;
图4是本发明采煤工作面两端头沿煤层上方致裂钻孔布置示意图;
图5是本发明聚能管装药连接示意图;
图6是本发明聚能管装药剖面示意图。
图中:K—致裂钻孔,G—聚能管,G1—Ⅰ号聚能管,G2—Ⅱ号聚能管,G3—Ⅲ号聚能管, Gk—空聚能管,J—聚能孔,1—机巷,2—风巷,3—顶板,4—工作面,5—煤层,6—细电线,7—电***,8—快速接头公头,9—快速接头母头,10—电***脚线,11—限位装置,12—炮泥,13—矿用水胶***,14—爆生裂隙,15—封孔器,16—注水泵,17—高压水,18—膨胀螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
本发明的基于聚能***的定向水力致裂方法:
如图1图4所示,先在工作面4两端头沿煤层5上方各打1个倾斜的致裂钻孔K,同时分别在机巷1和风巷2超前工作面4靠两巷外帮侧沿顶板向上施工5~10个致裂钻孔K,所述靠两巷外帮侧沿顶板向上施工的致裂钻孔K深度为5~10m;
如图2所示,在施工好的致裂钻孔K内逐一安装多节聚能管G,所述的聚能管G采用PVC管,聚能管G的管壁两侧开有若干聚能孔J,安装前在除Ⅰ号聚能管G1外的所有聚能管G内分别穿入长约1.5m的细电线6,将矿用水胶***13装入每个聚能管G内,每个聚能管G的两端均用炮泥填塞,同时在聚能管G的末端连接一发电***7,电***脚线10长约0.3m,将Ⅰ号聚能管G1的***脚线10引出***快速接头的公头8,同时将Ⅱ号聚能管G2前端的细电线6***快速接头的母头9,将Ⅱ号聚能管G2末端的细电线6和脚线10一起***快速接头的公头8,同时将Ⅲ号聚能管G3前端的细电线6***快速接头母头9,依次逐个连接至最后一节聚能管G,所述的向致裂钻孔K内送装的所有聚能管G的聚能孔J朝向一致,均沿预裂方向,具体安装如下:
先将Ⅰ号聚能管G1送入致裂钻孔K内,把Ⅰ号聚能管G1的快速接头的公头8与Ⅱ号聚能管G2前端快速接头的母头9插接在一起,如图5、图6所示,然后将Ⅱ号聚能管G2送入致裂钻孔K内,将Ⅱ号聚能管G2快速接头的公头8与Ⅲ号聚能管G3快速接头的母头9插接在一起,聚能管G与聚能G之间设有防止聚能管转向的限位装置11,依次送入并连接多节聚能管G至致裂钻孔K内,在致裂钻孔K孔口处装入一节不装药的空聚能管Gk;用膨胀螺栓18封孔防止聚能管G滑落,同时将***脚线10引出至孔外,将1~3个致裂钻孔K孔外的电***脚线10并联,引爆***进行聚能***,使***能量优先沿聚能孔J方向产生爆生裂隙14,如图3(a)所示,卸除膨胀螺栓18,用水管冲洗***后的致裂钻孔K,再向钻孔内送入与注水泵16相连的封孔器15封孔;或采用封孔器15封孔,同时将***脚线10引出至孔外,将1~3个致裂钻孔K孔外的电***脚线10并联,连接好注水管路并向致裂钻孔K孔内注满水,进行水压聚能***,使***能量优先沿聚能孔J方向产生爆生裂隙14;
打开水泵16开关向致裂钻孔K内注入高压水17进行水力致裂,使致裂钻孔K周边的爆生裂隙14进一步扩展,如图3(b)所示;
当致裂钻孔K孔壁或周边出现渗水或注水压力小于5MPa时,关闭注水阀,停止注水。
具体实施例1、某矿工作面4煤层平均厚度2.64m,倾角平均为2°,煤层硬度f=2.7~3.7;伪顶为灰褐色砂质泥岩,平均厚度0.18m;直接顶为灰色粉砂岩,结构均匀,平均厚度3.94m;老顶为灰白色粗砂岩,平均厚度2.38m。
在工作面4两端头斜向煤层5上方各打1个致裂钻孔K,如图4所示,钻孔直径42mm,孔深9.2m。同时分别在机巷1和风巷2超前工作面10m靠两巷外帮侧沿顶板向上施工致裂钻孔K,钻孔直径42mm,孔深6.5m,钻孔间距为4m,依次沿工作面推进方向施工5~10个致裂钻孔。在施工致裂钻孔K的同时进行平行作业,将矿用水胶***13装入聚能管G内,聚能管G均采用PVC管,并且聚能管G的管壁两侧开有若干聚能孔J,如图5、图6所示。装药前先将除Ⅰ号聚能管G1外的所有聚能管G内分别放入长约1.5m的细电线6,再依次向聚能管G内装入矿用水胶***13,并将聚能管G的两端用炮泥12填塞,同时在每节聚能管G的末端连接一发电***7,电***脚线10长约0.3m。将Ⅰ号聚能管G1末端引出的电***脚线10***快速接头的公头8,同时将Ⅱ号聚能管G2前端的细电线6***快速接头的母头9,将Ⅱ号聚能管G2末端引出的细电线6和Ⅱ号聚能管G2的电***脚线10一起***快速接头的公头8,同时将Ⅲ号聚能管G3前端的细电线6***快速接头母头9,依次逐个连接至最后一节聚能管G。如图2所示,向打好的致裂钻孔K内送装聚能管G,在送装Ⅰ号聚能管G1至孔口时将快速接头的公头8与Ⅱ号聚能管G2前端快速接头的母头9插接在一起,并利用两节聚能管间的限位装置11限位防止聚能管G转向,确保所有聚能孔J的方向为预裂方向。然后继续送装Ⅱ号聚能管G2至孔底时将快速接头的公头8与Ⅲ号聚能管G3前端快速接头的母头9插接在一起,利用两节聚能管间的限位装置11限位防止聚能管转向,依次送装聚能管G至最后一节。最后将1节空聚能管Gk送入孔内,并将孔口用膨胀螺栓18封孔防止聚能管滑落,同时将电***脚线10引出至孔外,将1~3个致裂钻孔K孔外的电***脚线10并联,引爆***进行聚能***,在聚能孔J方向产生定向爆生裂隙14,再卸除膨胀螺栓18,用水冲洗净致裂钻孔K后,向致裂钻孔K浅部送入封孔器15封孔;或直接将封孔器15送入致裂钻孔K内,同时将电***脚线10引出至孔外,将1~3个致裂钻孔K孔外的电***脚线10并联,连接好注水管路向致裂钻孔K内注满水,引爆***进行水压聚能***,在聚能孔J方向产生定向爆生裂隙14。如图3所示,聚能***后打开水泵16开关向致裂钻孔内注入高压水17进行水力致裂,使钻孔周边的定向爆生裂隙14继续扩展,实现水力致裂,当致裂钻孔K孔壁或周边出现渗水或注水压力小于5MPa时,即关闭注水阀,停止注水。
Claims (2)
1.一种基于聚能***的定向水力致裂方法,其特征在于,包括如下步骤:
a.在工作面两端头沿煤层(5)上方各打一个倾斜的致裂钻孔(K),同时分别在机巷和风巷超前工作面靠两巷外帮侧沿顶板向上施工5-10个致裂钻孔(K),5-10个致裂钻孔(K)的深度为5~10m;
b.在施工好的致裂钻孔(K)内逐一安装多节聚能管(G),聚能管(G)的管壁两侧开有若干聚能孔(J),安装前在除Ⅰ号聚能管(G1)外的所有聚能管(G)内分别穿入长为1.5m的电线(6),将矿用水胶***(13)装入每个聚能管(G)内,每个聚能管(G)的两端均用炮泥填塞,同时在聚能管(G)的末端连接一发电***(7),电***脚线(10)长0.3m;将Ⅰ号聚能管(G1)的电***脚线(10)引出***快速接头的公头(8),再将Ⅱ号聚能管(G2)前端的细电线(6)***快速接头的母头(9),将Ⅱ号聚能管(G2)末端的细电线(6)和电***脚线(10)一起***快速接头的公头(8),同时将Ⅲ号聚能管(G3)前端的细电线(6)***快速接头母头(9),依次逐个连接至最后一节聚能管(G),所述的向致裂钻孔(K)内送装的所有聚能管(G)的聚能孔(J)朝向一致,均沿预裂方向;
c.将Ⅰ号聚能管(G1)送入致裂钻孔(K)内,把Ⅰ号聚能管(G1)的快速接头的公头(8)与Ⅱ号聚能管(G2)前端快速接头的母头(9)插接在一起,然后将Ⅱ号聚能管(G2)送入致裂钻孔(K)内,将Ⅱ号聚能管(G2)快速接头的公头(8)与Ⅲ号聚能管(G3)快速接头的母头(9)插接在一起,聚能管(G)与聚能管(G)之间设有防止聚能管转向的限位装置(11),依次送入并连接多节聚能管(G)至致裂钻孔(K)内,在致裂钻孔(K)孔口处装入一节空聚能管(Gk);
d.用膨胀螺栓(18)封孔防止聚能管(G)滑落,同时将***脚线(10)引出至孔外,将1~3个致裂钻孔(K)孔外的电***脚线(10)并联,引爆***进行聚能***,使***能量优先沿聚能孔(J)方向产生爆生裂隙(14),卸除膨胀螺栓(18),用水管冲洗***后的致裂钻孔(K),再向钻孔内送入与注水泵(16)相连的封孔器(15)进行封孔;
或采用封孔器(15)封孔,同时将***脚线(10)引出至孔外,将1~3个致裂钻孔(K)孔外的电***脚线(10)并联,连接好注水管路向致裂钻孔(K)内注满水,引爆***进行水压聚能***,使***能量优先沿聚能孔(J)方向产生爆生裂隙(14);
e.打开水泵(16)开关向致裂钻孔(K)内注入高压水(17)进行水力致裂,使致裂钻孔(K)周边的爆生裂隙(14)进一步扩展;
f.当致裂钻孔(K)孔壁或周边出现渗水或注水压力小于5MPa时,关闭注水阀,停止注水。
2.根据权利要求1所述的基于聚能***的定向水力致裂方法,其特征在于:所述的聚能管(G)采用PVC管。
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2012
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