本發(fā)明屬于煤層瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水力錯(cuò)動(dòng)卸壓增透抽采煤層瓦斯方法。

背景技術(shù)：

煤層瓦斯災(zāi)害是礦井五大災(zāi)害之一，是制約煤礦高效安全生產(chǎn)的重要因素，同時(shí)瓦斯也是一種非可再生的清潔能源。目前，礦井主要通過施工鉆孔抽采煤層瓦斯的方法防治瓦斯災(zāi)害、提高資源利用率。對于大多數(shù)單一低滲突出煤層，抽采效率低、鉆孔工程量大、抽采周期長成為煤層瓦斯治理面臨的技術(shù)瓶頸，嚴(yán)重影響了礦井的正常接替計(jì)劃，制約了礦井高效生產(chǎn)。為此，國內(nèi)外煤炭從業(yè)者先后提出深孔松動(dòng)爆破、水力割縫、水力沖孔、CO₂松動(dòng)爆破、水力壓裂等卸壓增透措施，其中，水力化增透技術(shù)效果顯著、實(shí)用性較強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于低滲煤層瓦斯抽采工程中。然而，單一的水力化措施存在一定的局限性，如水力沖孔對硬煤作用效果差、施工工程量大且影響范圍有限；水力割縫產(chǎn)生的裂隙閉合較快，尤其對于軟煤裂隙持續(xù)性差；水力壓裂能夠形成煤層大面積裂縫，但對實(shí)體煤造縫面臨裂縫數(shù)量有限、裂縫分布隨機(jī)、裂縫方向難控制、容易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中等問題。為有效解決低滲煤層大面積卸壓增透問題，亟需一種方便、高效的水力化卸壓方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有工程中存在的低滲煤層大面積卸壓增透問題，提供了一種水力錯(cuò)動(dòng)卸壓增透抽采煤層瓦斯方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種水力錯(cuò)動(dòng)卸壓增透抽采煤層瓦斯方法，具體步驟如下：

（1）采用鉆沖一體化鉆具自底板抽采巷向煤層施工兩排上向穿層鉆孔，鉆孔穿過煤層進(jìn)入煤層頂板0.5m，鉆孔排間距L為30m-40m，每排鉆孔孔底間距a為3-5m；

（2）以高壓水為介質(zhì)采用水力沖孔技術(shù)對步驟鉆孔自孔底向外進(jìn)行全煤段沖孔，得到水力沖孔鉆孔，在煤體內(nèi)部形成卸壓槽和卸壓帶；

（3）在水力沖孔鉆孔中間位置施工1-2個(gè)水力壓裂鉆孔并采用鋼管和水泥封孔；

（4）將步驟（3）中鋼管連接至高壓水供給系統(tǒng)，向水力壓裂鉆孔注入高壓水，促使煤體向卸壓槽位移錯(cuò)動(dòng)，并以煤水混合物的形式通過沖孔鉆孔排出；

（5）煤水混合物自水力沖孔鉆孔排出后，持續(xù)向水力壓裂鉆孔注入高壓水，直至水力沖孔鉆孔排出清水為止；

（6）待水力壓裂鉆孔與水力沖孔鉆孔孔內(nèi)積水完全排出后進(jìn)行負(fù)壓抽采，

（7）在所述水力沖孔鉆孔和水力壓裂鉆孔之間，與水力壓裂鉆孔相距L/6的位置，各施工一排抽采鉆孔，鉆孔間距a為3-5m，并進(jìn)行全煤段沖孔，之后封孔、連抽。

所述步驟（2）中高壓水的壓力為12f-20f MPa，所述f為煤層堅(jiān)固性系數(shù)。

所述每米煤孔沖孔煤量不少于1t。

所述步驟（4）中高壓水壓力為20-30MPa。

所述步驟（1）中鉆沖一體化鉆具采用鉆沖一體化鉆頭，具體結(jié)構(gòu)參加專利“水壓控鉆沖割一體高效鉆頭”，專利申請?zhí)枮?01320644432.7。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過大范圍水力錯(cuò)動(dòng)使煤層產(chǎn)生裂隙網(wǎng)絡(luò)和卸壓，提高單孔工程量下的卸壓效果，改善煤層瓦斯抽采效果，其主要優(yōu)點(diǎn)有：

（1）使用鉆沖一體化鉆具，鉆進(jìn)至孔底后提高水壓進(jìn)行水力沖孔，節(jié)省了更換鉆桿和沖孔鉆頭的作業(yè)量，提高了水力沖孔作業(yè)效率；

（2）水力沖孔與水力壓裂協(xié)同作用，水力沖孔產(chǎn)生的卸壓槽為煤層卸壓及水力壓裂時(shí)的煤體位移提供充足的空間，使得煤體產(chǎn)生大范圍裂隙帶和卸壓帶，卸壓效果可持續(xù)性較好，可以實(shí)現(xiàn)工作面前方瓦斯的快速抽放，保證工作面的快速推進(jìn)；

（3）水力沖孔形成的卸壓槽為水力壓裂過程中煤體的卸壓提供了充足的空間，有效防止了煤體應(yīng)力集中效應(yīng)，為工作面安全高效回采提供了條件；

（4）本發(fā)明操作簡單，提高了瓦斯抽放率，實(shí)現(xiàn)瓦斯的安全抽采，提高經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)平面示意圖。

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)斷面示意圖。

其中：1：底板抽采巷，2：水力沖孔鉆孔，3：水力壓裂鉆孔，4：抽采鉆孔，5：卸壓帶，6：卸壓槽，7：立體縫網(wǎng)，8：抽采巷，9：煤層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1

本發(fā)明的水力錯(cuò)動(dòng)卸壓增透抽采煤層瓦斯方法，如圖1-2所示，具體步驟如下：

（1）采用鉆沖一體化鉆頭自底板抽采巷1施工方位角α=90°向煤層9施工穿層鉆孔，靜水壓力排粉，鉆孔穿過煤層9進(jìn)入煤層頂板0.5m；

（2）以高壓水為介質(zhì)采用水力沖孔技術(shù)對步驟（1）鉆孔自孔底向外進(jìn)行全煤段沖孔，形成水力沖孔鉆孔2，沖孔壓力根據(jù)煤層堅(jiān)固性系數(shù)f調(diào)整為12f Mpa，每米煤孔沖孔煤量不少于1t，形成孔洞使煤體卸壓；

對所述水力沖孔鉆孔2進(jìn)行封孔連抽；

按照上述步驟中的鉆沖一體化方法，在所述底板抽采巷1依次施工兩排鉆孔，孔底間距a為3m，兩排鉆孔排間距L為30m，在水力沖孔鉆孔2煤孔段附近形成由沖孔孔洞組成的卸壓槽6，并形成一定范圍的卸壓帶5，沖孔前應(yīng)將臨近鉆孔抽采管斷開以方便排水和煤粉；

（3）在水力沖孔鉆孔2中間位置施工1個(gè)水力壓裂鉆孔3至頂板煤層交界面，所述水力壓裂鉆孔3孔底分布于所述水力沖孔鉆孔2孔底所形成的矩形區(qū)域的中部，并采用鋼管和水泥封孔；

（4）將步驟（3）中鋼管連接至高壓水供給系統(tǒng)，高壓水的壓力為20MPa，斷開所述水力沖孔鉆孔2的抽采管，使所有水力沖孔鉆孔2處于裸露狀態(tài)以利于排煤粉和壓裂液；向水力壓裂鉆孔3注入高壓水對煤體進(jìn)行壓裂，因水力沖孔產(chǎn)生的卸壓槽6，煤體應(yīng)力減小，在高壓水作用下形成平行于水力沖孔鉆孔的裂縫，并向兩側(cè)卸壓槽6方向移動(dòng)，形成立體縫網(wǎng)7增加煤體的透氣性，并以煤水混合物的形式通過水力沖孔鉆孔2排出；

（5）煤水混合物自水力沖孔鉆孔2排出卸壓，持續(xù)向水力壓裂鉆孔3注入高壓水進(jìn)行裂隙通道疏通，直至水力沖孔鉆孔2排出清水為止，停止高壓水泵；

（6）待水力壓裂鉆孔3與水力沖孔鉆孔2孔內(nèi)積水完全排出，水壓降至0MPa，斷開所述水力壓裂鉆孔3與高壓供水系統(tǒng)的連接，連接至抽采系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)壓抽采；

（7）在所述水力沖孔鉆孔2和水力壓裂鉆孔3之間，與水力壓裂鉆孔3相距L/6即5m的位置，各施工一排抽采鉆孔4，鉆孔間距a為3m，并進(jìn)行全煤段沖孔，之后封孔、連抽。

實(shí)施例2

本發(fā)明的水力錯(cuò)動(dòng)卸壓增透抽采煤層瓦斯方法，如圖1-2所示，具體步驟如下：

（1）采用鉆沖一體化鉆頭自底板抽采巷1施工方位角α=90°向煤層9施工穿層鉆孔，靜水壓力排粉，鉆孔穿過煤層9進(jìn)入煤層頂板0.5m；

（2）以高壓水為介質(zhì)采用水力沖孔技術(shù)對步驟（1）鉆孔自孔底向外進(jìn)行全煤段沖孔，形成水力沖孔鉆孔2，沖孔壓力根據(jù)煤層堅(jiān)固性系數(shù)f調(diào)整為16f MPa，每米煤孔沖孔煤量不少于1t，形成孔洞使煤體卸壓；

對所述水力沖孔鉆孔2進(jìn)行封孔連抽；

按照上述步驟中的鉆沖一體化方法，在所述底板抽采巷1依次施工兩排鉆孔，孔底間距a為4m，兩排鉆孔排間距L為35m，在水力沖孔鉆孔2煤孔段附近形成由沖孔孔洞組成的卸壓槽6，并形成一定范圍的卸壓帶5，沖孔前應(yīng)將臨近鉆孔抽采管斷開以方便排水和煤粉；

（3）在水力沖孔鉆孔2中間位置施工2個(gè)水力壓裂鉆孔3至頂板煤層交界面，所述水力壓裂鉆孔3孔底分布于所述水力沖孔鉆孔2孔底所形成的矩形區(qū)域的中部，并采用鋼管和水泥封孔；

（4）將步驟（3）中鋼管連接至高壓水供給系統(tǒng)，斷開所述水力沖孔鉆孔2的抽采管，使所有水力沖孔鉆孔2處于裸露狀態(tài)以利于排煤粉和壓裂液；向水力壓裂鉆孔3注入高壓水對煤體進(jìn)行壓裂，高壓水的壓力為25MPa，因水力沖孔產(chǎn)生的卸壓槽6，煤體應(yīng)力減小，在高壓水作用下形成平行于水力沖孔鉆孔的裂縫，并向兩側(cè)卸壓槽6方向移動(dòng)，形成立體縫網(wǎng)7增加煤體的透氣性，并以煤水混合物的形式通過水力沖孔鉆孔2排出；

（5）煤水混合物自水力沖孔鉆孔2排出卸壓，持續(xù)向水力壓裂鉆孔3注入高壓水進(jìn)行裂隙通道疏通，直至水力沖孔鉆孔2排出清水為止，停止高壓水泵；

（6）待水力壓裂鉆孔3與水力沖孔鉆孔2孔內(nèi)積水完全排出，水壓降至0MPa，斷開所述水力壓裂鉆孔3與高壓供水系統(tǒng)的連接，連接至抽采系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)壓抽采；

（7）在所述水力沖孔鉆孔2和水力壓裂鉆孔3之間，與水力壓裂鉆孔3相距L/6即5.83m的位置，各施工一排抽采鉆孔4，鉆孔間距a為4m，并進(jìn)行全煤段沖孔，之后封孔、連抽。

實(shí)施例3

本發(fā)明的水力錯(cuò)動(dòng)卸壓增透抽采煤層瓦斯方法，如圖1-2所示，具體步驟如下：

（1）采用鉆沖一體化鉆頭自底板抽采巷1施工方位角α=90°向煤層9施工穿層鉆孔，靜水壓力排粉，鉆孔穿過煤層9進(jìn)入煤層頂板0.5m；

（2）以高壓水為介質(zhì)采用水力沖孔技術(shù)對步驟（1）鉆孔自孔底向外進(jìn)行全煤段沖孔，形成水力沖孔鉆孔2，沖孔壓力根據(jù)煤層堅(jiān)固性系數(shù)f調(diào)整為20f MPa，每米煤孔沖孔煤量不少于1t，形成孔洞使煤體卸壓；

對所述水力沖孔鉆孔2進(jìn)行封孔連抽；

按照上述步驟中的鉆沖一體化方法，在所述底板抽采巷1依次施工兩排鉆孔，孔底間距a為5m，兩排鉆孔排間距L為40m，在水力沖孔鉆孔2煤孔段附近形成由沖孔孔洞組成的卸壓槽6，并形成一定范圍的卸壓帶5，沖孔前應(yīng)將臨近鉆孔抽采管斷開以方便排水和煤粉；

（3）在水力沖孔鉆孔2中間位置施工2個(gè)水力壓裂鉆孔3至頂板煤層交界面，所述水力壓裂鉆孔3孔底分布于所述水力沖孔鉆孔2孔底所形成的矩形區(qū)域的中部，并采用鋼管和水泥封孔；

（4）將步驟（3）中鋼管連接至高壓水供給系統(tǒng)，斷開所述水力沖孔鉆孔2的抽采管，使所有水力沖孔鉆孔2處于裸露狀態(tài)以利于排煤粉和壓裂液；向水力壓裂鉆孔3注入高壓水對煤體進(jìn)行壓裂，高壓水的壓力為30MPa，因水力沖孔產(chǎn)生的卸壓槽6，煤體應(yīng)力減小，在高壓水作用下形成平行于水力沖孔鉆孔的裂縫，并向兩側(cè)卸壓槽6方向移動(dòng)，形成立體縫網(wǎng)7增加煤體的透氣性，并以煤水混合物的形式通過水力沖孔鉆孔2排出；

（5）煤水混合物自水力沖孔鉆孔2排出卸壓，持續(xù)向水力壓裂鉆孔3注入高壓水進(jìn)行裂隙通道疏通，直至水力沖孔鉆孔2排出清水為止，停止高壓水泵；

（6）待水力壓裂鉆孔3與水力沖孔鉆孔2孔內(nèi)積水完全排出，水壓降至0MPa，斷開所述水力壓裂鉆孔3與高壓供水系統(tǒng)的連接，待鉆孔里面的水排出，連接至抽采系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)壓抽采；

（7）在所述水力沖孔鉆孔2和水力壓裂鉆孔3之間，與水力壓裂鉆孔3相距L/6即6.67m的位置，各施工一排抽采鉆孔4，鉆孔間距a為5m，并進(jìn)行全煤段沖孔，之后封孔、連抽。

以上實(shí)施例的說明，只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，這些適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)也應(yīng)在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。