[发明专利]基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统及其操作方法

说明书

一种基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统及其操作方法，其中系统包括封孔子系统、压裂子系统、超声波激励子系统和控制单元，封孔子系统包括封孔组件，封孔组件设置于煤层的压裂钻孔内以封堵压裂钻孔并使压裂钻孔的里侧形成密闭的压裂空间；压裂子系统包括压裂管、压裂泵、回流管、回流泵、压裂返排液处理站和压力监测装置；超声波激励子系统包括超声波发生电源、超声波连接线和超声波换能器，超声波发生电源设置在压裂钻孔外；控制单元电性连接压力监测装置、压裂泵、回流泵和超声波发生电源。本发明结构合理而紧凑，且通过将压裂和超声波激励相结合，能有效驱使水沿煤体压裂产生的裂隙网进入更细微的微孔隙中，从而提高注水效率和注水效果。

技术领域

本发明涉及煤层开采设备领域，具体涉及基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统及其操作方法。

背景技术

由于我国煤炭开采进入深部，煤岩原始应力高、孔裂隙发育程度低使得煤层原始渗透率显著降低；而煤层密实、坚硬，使得煤层注水降尘效果不佳，煤炭开采粉尘危害严重。目前主要采用水力压裂的工艺技术增加煤层裂隙数量，增强煤层注水的流动性，可以很大程度上减少煤炭开采过程中浮游煤尘的产生，实现煤矿粉尘防治，提升煤矿的清洁化及安全生产水平。

然而，针对埋藏深、高地应力、低渗透煤层，仅仅依靠煤体内部本身的原始裂隙，采用常规的水力压裂技术，在开采过程中仍会产生大量粉尘。

发明内容

基于此，本发明提供了一种基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统及其操作方法，以解决现有技术的水力压裂技术在开采过程中仍会产生大量粉尘的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统，其包括封孔子系统、压裂子系统、超声波激励子系统和控制单元，其中：

所述封孔子系统包括封孔组件，所述封孔组件设置于煤层的压裂钻孔内以用于封堵压裂钻孔并使压裂钻孔的里侧形成密闭的压裂空间；

所述压裂子系统包括压裂管、压裂泵、回流管、回流泵、压裂返排液处理站和压力监测装置，所述压裂管和所述回流管分别贯穿所述封孔组件并延伸至所述压裂空间，所述压裂泵和所述回流泵分别设置在所述压裂钻孔外部，所述压裂泵与所述压裂泵连接以用于将压裂液泵入到所述压裂空间内，所述回流泵与所述回流管连接以用于将所述压裂空间内的压裂废液抽出，所述压裂返排液处理站连接所述压裂泵和所述回流泵，所述压力监测装置设置在压裂管与压裂泵的衔接处用于监测所述压裂管内压裂液的压力；

所述超声波激励子系统包括超声波发生电源、超声波连接线和超声波换能器，所述超声波发生电源设置在压裂钻孔外，所述超声波换能器设置在所述压裂空间内，所述超声波连接线贯穿所述封孔组件并电性连接所述超声波发生电源和所述超声波换能器；

所述控制单元电性连接所述压力监测装置、压裂泵、回流泵和超声波发生电源，所述控制单元通过接收压力监测装置的监测信号并控制压裂泵、回流泵和超声波发生电源运行。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述封孔组件包括两个间隔设置在压裂钻孔内的支撑护板，两个所述支撑护板间形成有注浆区段，所述注浆区段内填充有水泥砂浆。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述封孔子系统还包括注浆管、封孔泵和水泥砂浆箱，所述水泥砂浆箱通过所述封孔泵与所述注浆管的一端连接，所述注浆管的另一端贯穿一侧的所述支撑护板并延伸至所述注浆区段内，所述封孔泵用于将所述水泥砂浆箱内的水泥砂浆经所述注浆管注入到所述注浆区段内，以实现填充并封闭压裂钻孔。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述支撑护板为聚氨酯材质。