[发明专利]煤层钻孔喷射压裂与采动压力协同作用强化瓦斯抽采方法

说明书

本发明公开了一种煤层钻孔喷射压裂与采动压力协同作用强化瓦斯抽采方法，根据煤矿井下巷道开挖和回采工作面回采过程中造成的采动压力时空分布规律，确定工作面进风巷和回风巷侧的垂直于回采工作面的预抽采瓦斯钻孔合理位置；再根据工作面前方采动压力时空分布规律和压裂参数设计确定垂直于回采工作面方向的压裂抽采一体化钻孔位置、分组压裂长度和分段压裂间距等技术参数，利用水力喷射压裂技术，对煤层进行后退式分组分段压裂。在压裂效应和采动压力协同耦合作用下，压裂裂缝进一步扩展，实现了大范围区域煤层精准、均匀、全覆盖双重卸压增透效果；利用预抽采瓦斯钻孔和压裂抽采一体化钻孔实现煤层压裂与瓦斯高效安全抽采。

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种煤层钻孔喷射压裂与采动压力协同作用强化瓦斯抽采方法。

背景技术

随着煤矿采深和开采强度的不断增加，矿井瓦斯灾害日益突出，并制约着煤炭安全生产，严重影响着矿井生产效益。瓦斯灾害防治受到越来越多的重视。同时，煤层瓦斯(煤层气)也是一种高效的清洁能源，理论研究和现场实践表明，在煤炭开采前对煤层瓦斯进行抽采是防治矿井瓦斯灾害的根本性措施；同时，抽采的瓦斯也能够作为清洁能源进行发电、供热等。近十年来，水力压裂技术在煤矿瓦斯动力灾害防治、煤层卸压增透与瓦斯抽采等方面得到了较为广泛的应用，并取得了一些较好的效果。目前最常用的煤层水力压裂技术是底板巷穿层钻孔整段压裂和本煤层钻孔整段压裂技术；该类方法都是向煤层中施工钻孔，对钻孔进行封孔后直接进行整段压裂，并没有进行更为精准的分段压裂。传统的整段压裂技术对实际压裂位置、方向不能准确的控制，裂隙分布不均匀，裂隙影响范围较小，瓦斯抽采率低且难以持续、高效的进行。随着煤矿用千米钻机和煤矿井下压裂泵站等相关技术的发展，一些学者和现场工程师开始在煤矿井下探索长钻孔分段压裂技术，例如中国专利申请CN106907175A公开了一种底板顺层长钻孔分段压裂高效抽放煤巷条带瓦斯及区域消突方法，中国专利申请CN102704905A公开了一种分段水力压裂煤层卸压装置及卸压方法，中国专利CN205063929U公开了一种煤矿井下封压一体化分段水力压裂装置，上述公开的一类煤层或煤岩层分段压裂方法均使用胶囊密封，对封孔和密封施工要求很高且难度很大，很容易发生密封失效导致分段压裂失败。中国专利申请CN103233768A公开了一种井下煤层水平钻孔分段压裂卸压方法，利用单弯螺杆在主水平孔上钻多个分支钻孔，再密封主水平孔，整段憋压压裂，不仅分段压裂设备、管路及封孔器等装置安装工艺流程复杂，而且压裂段数和压裂位置较难控制。中国专利申请CN109236261A公开了一种油气井大排量水力喷射分层压裂管柱及压裂方法，中国专利申请CN102877824A公开了一种水平井水力喷射分段多簇压裂的方法，上述文献介绍了水力喷射压裂技术在油气井下的应用，但油气领域射孔压裂等设备体积较大，工序复杂，成本太高，往往不适用于煤矿井下，致使煤层压裂效果不理想。更为重要的是现有的各类压裂技术都没有考虑与采掘造成的采动压力影响之间的时空关系。巷道开挖和采煤工作面回采过程中，会在巷道围岩和采场空间中形成采动压力，改变原有的原始地应力分布，而采掘引起的采动压力也能够在一定范围和一定程度上起到破碎煤岩体和卸压的作用，水力压裂，特别是超长钻孔的分段压裂应该充分考虑与采动压力的协同作用，共同提高煤岩体的破碎、卸压和增透效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤层钻孔喷射压裂与采动压力协同作用强化瓦斯抽采方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种煤层钻孔喷射压裂与采动压力协同作用强化瓦斯抽采方法，该方法包括以下步骤：

a.根据矿山采动压力确定受工作面进风巷和回风巷开挖、相邻工作面采动和邻近采空区造成的侧方采动压力P₁随距离巷帮的空间分布规律，确定进风巷和回风巷巷道围岩卸压带深度；根据矿山采动压力确定回采工作面前方支承压力P₂的时空分布规律；