[实用新型]一种煤层卸压增透系统

说明书

技术领域

本实用新型属于井下瓦斯抽采技术领域，涉及一种煤层卸压增透系统，尤其涉及一种针对“三软”低透气性高瓦斯煤层的卸压增透系统。

背景技术

瓦斯是一种具有强烈温室效应的气体，温室效应约为CO₂的21倍，瓦斯的大量排放将造成严重的环境问题，同时瓦斯又是一种清洁、高效的能源，在热值上，瓦斯与常规天然气相当，每1000m³纯瓦斯相当于1t燃油或1.25t的标准煤。我国高瓦斯矿井吨煤瓦斯含量平均为6～10m³，瓦斯资源丰富，大力抽采瓦斯资源既可以提高资源的利用率，又可以提高煤矿采煤的安全性，并有利于改善全球大气环境。

我国95％以上的高瓦斯和突出矿井所开采的煤层多属于低透气性煤层，透气性系数只有10^-3～10^-4m²/(MPa².d)，瓦斯抽放难度非常大，抽放率较低。目前为改善低透气性高瓦斯煤层瓦斯抽采效果，一般是采用水力压裂、水力割缝、高压水射流冲孔(扩孔)等技术来提高瓦斯抽采率。以上方法在某些特定的煤层和地质条件下起到了比较显著的卸压增透作用，提高了煤层的瓦斯预抽率。但对于三软煤层(即软的顶板岩层、软的主采煤层和软的底板岩层)，尤其是对于“三软”低透气性高瓦斯煤层，由于“三软”低透气性高瓦斯煤层松软，其顶底板强度也相对较小，这些方法针对“三软”低透气性高瓦斯煤层的应用效果并不理想。这是由于实施本煤层层内卸压增透措施都是以先施工完成一定规格的煤层钻孔为前提的，经过考察和分析认为有以下几方面原因制约了“三软”低透气性高瓦斯煤层卸压增透技术的实施和效果：

1)本煤层抽采钻孔钻进施工困难，大量的现场实践证明，在“三软”低透气性高瓦斯煤层钻孔施工过程中，容易发生顶钻、卡钻、喷孔；

2)本煤层抽采钻孔不易维护，有效利用率低，由于“三软”低透气性高瓦斯煤层具有强度低、易破碎的特点，即使施工好的钻孔，受复杂应力场的影响，在短时间内会出现坍塌、压实等情况，以至于执行后续的卸压措施时煤层钻孔已经严重变形甚至不存在了；

3)本煤层水力措施作用范围小，效果差，钻孔施工工程量大。

因此，迫切需要寻求一种新的针对“三软”低透气性高瓦斯煤层卸压增透的瓦斯抽采系统。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

针对上述缺陷，本实用新型要解决的技术问题是针对“三软”低透气性高瓦斯煤层提供一种煤层卸压增透系统，以提高“三软”低透气性高瓦斯煤层透气性和瓦斯抽采率。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种“三软”低透气性高瓦斯煤层卸压增透系统，其包括钻机、水箱、压裂泵、第一高压硬质管道和第二高压硬质管道，所述钻机连接有第一钻头和第二钻头，所述第二钻头为横向切槽钻头；所述压裂泵一端通过管道与所述水箱连通，所述压裂泵另一端与所述第一高压硬质管道的一端连通，所述第一高压硬质管道的另一端通过变径接头与所述第二高压硬质管道相连通。

本实用新型通过在岩巷中向“三软”低透气性高瓦斯煤层顶板的应力集中带内钻取若干个切向槽钻孔(利用所述第二钻头)及控制钻孔(利用所述第一钻头)，以进行定向水力压裂。所述卸压增透即指顶板切向槽定向水力压裂卸压增透，其利用切向槽形成预制裂缝来控制水力压裂方向，并利用切向槽钻孔周围布置控制钻孔过程中形成的卸压圈引导水压裂隙沿着预制裂缝方向向控制孔方向扩展并最终与之压穿，促进钻孔之间的煤岩体裂隙充分发育，从而形成相互贯通的立体裂隙网；同时地应力在裂隙产生和煤体流变过程中充分释放，钻孔之间应力峰值下降，煤体透气性提高，达到卸压增透的效果，进而充分利用水力压裂能量，消除非定向水力压裂后存在局部卸压盲区和应力集中的现象，取得了扩大水力压裂范围的效果。“三软”低透气性高瓦斯煤层及其顶板松动后裂隙大量的增加，使得煤层中的吸附态瓦斯解吸，并沿着贯穿裂隙大量向顶板的岩层裂隙系统中运移，且在顶板形成高瓦斯聚集区，这样在顶板岩层中利用控制钻孔强化预抽煤岩体裂隙中蕴含的瓦斯，即可成功够避开在松软煤层内施工钻孔的各种不利因素。

进一步地，该卸压增透系统还包括用于控制所述第一高压硬质管道前进的推进控制器，所述推进控制器套设于所述第一高压硬质管道的外围。

进一步地，所述压裂泵连接有第一动力系统，所述推进控制器连接有第二动力系统。

进一步地，所述第一高压硬质管道上设有截止阀和压力表。

进一步地，所述第二高压硬质管道上设有用于控制水压稳定的稳压器。