[发明专利]煤矿井下水力压裂高压密封连续加骨料系统及方法

说明书

一种煤矿井下水力压裂高压密封连续加骨料系统及方法，系统可包括至少一个加骨料装置、高压压裂泵组和风动供骨料罐，所述风动供骨料罐连接至加骨料装置，可同时进行骨料提供，所述风动供骨料罐还通过井下供风系统，将供骨料罐骨料定量、定速向混砂系统提供骨料，所述高压压裂泵组连接至加骨料装置以提供压力，所述加骨料装置连接至压裂对象煤层内的压裂钻孔，交替接力实现加砂压裂的连续工作；由此，本发明在施工过程中通过前端井下大排量、高压力压裂泵组供给高压力压裂液体，利用耐高压管汇分两路输送，一路提供骨料与压裂液混合动力；另一路进入混骨料室，与骨料进行混合，即保证了压裂液和骨料均匀混合动力，又确保了骨料与压裂混合配比。

技术领域

本发明涉及煤矿井下水力压裂强化抽采的技术领域，尤其涉及一种煤矿井下水力压裂高压密封连续加骨料系统及方法，该装置及方法在施工过程中通过前端井下大排量、高压力压裂泵组供给高压力压裂液体，利用耐高压管汇分两路输送，一路提供骨料与压裂液混合动力；另一路进入混骨料室，与骨料进行混合，即保证了压裂液和骨料均匀混合动力，又确保了骨料与压裂混合配比。

背景技术

我国是世界上煤矿瓦斯灾害最为严重的国家之一，随着煤矿开采深度的不断增加，煤层碎软、低透气性、高瓦斯含量、高瓦斯压力、高突出危险性的特征日益突出，开采条件更加恶化。煤层渗透率整体较低，小于1mD的占72％，大于1.0mD的占近27％，大于10mD的极少，造成井下瓦斯抽采浓度低、衰减快、达标期长，煤层开采时瓦斯超限，导致矿井采掘接替失衡，瓦斯安全隐患严重、事故仍时有发生。目前国内外都在大力研发煤层气抽采增透技术，通过各种技术手段强制沟通煤层内的原有裂隙或产生新的裂隙网络，使煤层透气性增加，进而提高瓦斯抽采效果。

大量的应用实践证明，水力压裂是一种增加单一低透煤层渗透性，提高瓦斯抽采效果的有效技术。现有煤矿井下水力压裂增透技术应用主要集中于清水压裂，无裂缝支撑剂应用，压裂形成的瓦斯运移裂隙通道在地层闭合压力作用下减小甚至完全密闭，影响煤层增透效果。部分学者和研究人员开展了井下加砂压裂装置和增透技术探索，但限于装置功能限制，整体存在一次加砂量少、混砂不均匀、加砂间断时间长、携砂颗粒小等问题，造成压裂钻孔内压力降低明显，压裂液携砂流速减低，钻孔压裂支撑半径小，增透效果不明显等现象。

为此，本发明的设计者鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井水力压裂高压密封连续加骨料装置及加注工艺，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术所存在的技术问题，提供一种煤矿井下水力压裂高压密封连续加骨料系统及方法，其骨料储集量大、加注连续性强、混骨料均匀性好，装置操作安全、方便，煤层增透效果更加，适用更为广泛。

为解决上述问题，本发明公开了一种煤矿井下水力压裂高压密封连续加骨料系统，包括至少一加骨料装置，其特征在于所述加骨料装置包括：

混骨料室12，设置于动力叶轮仓24上方，其内被骨料筛网9分为上下两个腔体，其中下腔体内设置骨料搅拌大叶轮10和骨料搅拌小叶轮11并连接第一高压压裂液出口16；其上腔体连接第一高压压裂液入口7并连通加骨料管2；

动力叶轮仓24，其内设置动力叶轮13，并连接有第二高压压裂液入口19和第二高压压裂液出口22；

所述动力叶轮13与所述搅拌叶轮10，11共轴并为其提供动力。

其中，包括风动供骨料罐，所述风动供骨料罐的出口连接所述加骨料管2，并用井下供风系统向混骨料室12供给骨料。

其中，第一高压压裂液出口16、第一高压压裂液入口7、第二高压压裂液入口19、第二高压压裂液出口22和加骨料管2上均设置有用于开度控制的高压电磁阀。

其中，所述混骨料室12在骨料筛网9的上方内设置有圆环状的防骨料挡板6，以防止骨料在搅拌过程和筛网过滤过程中的迸溅及混骨料室内壁的碰撞和磨损。