[发明专利]一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置及实施方法

说明书

本发明公开一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置及实施方法，该增透装置包括储水箱、水压泵和压裂装置，所述储水箱通过出水管路与水压泵的进口端连接，水压泵的出口端通过高压水管与压裂装置连接；所述压裂装置包括穿过煤层至顶板带径向割缝水力压裂的穿层钻孔。所述顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置的实施方法包括以下步骤：开孔，装填钻杆，分级压裂，协同抽采。本发明提供的一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置及实施方法，装置结构简单，实施方法简便易操作，可实现顶板和煤层协同增透及瓦斯抽采，提高了瓦斯抽采效率和矿井安全生产系数。

技术领域

本发明涉及矿井下瓦斯抽采领域，具体地说是涉及一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置，以及采用该增透装置的实施方法。

背景技术

目前，我国绝大部分高瓦斯和突出矿井所开采的煤层属于低渗煤层，透气性差，瓦斯抽采困难，效率偏低，特别对于含有“三软”煤层这种地质构造复杂、赋存条件差、煤层软、顶底板也软的煤矿，这些情况尤为突出，严重制约了矿井安全生产。作为一种低渗透煤层卸压增透措施，水力压裂具有工艺简单、影响范围大和危险性小等优点，近年来得到广泛应用。

针对于“三软”低透气性煤层如何进行高效增透抽采，已经成为关键性的技术难题，同时对于松软、成缝困难的煤系地层相关的压裂技术还存在诸多不足。如何在松软、成缝困难而其覆岩顶板较稳定的煤岩复合体中产生复杂立体缝网结构，提高压裂区域煤层卸压增透效果，实现压裂区域煤层瓦斯长期高效抽采，将是水压致裂技术在煤储层中应用的发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置及实施方法，以解决现有矿井下低透气性、高瓦斯“三软”煤层产生复杂立体缝网结构困难，进而导致瓦斯抽采困难效率低的问题。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置，包括储水箱、水压泵和压裂装置，储水箱通过出水管路与水压泵的进口端连接，水压泵的出口端通过高压水管连接压裂装置；

所述压裂装置包括水力压裂钻杆，在矿井下施工有依次穿过底板岩层、煤层至顶板岩层的水力压裂钻孔，所述水力压裂钻杆插入水力压裂钻孔中，水力压裂钻杆的一端通过连接装置与高压水管连接。

优选的，在水力压裂钻孔上且对应顶板岩层和煤层的连接处设置有第一封堵装置，在水力压裂钻孔上且对应煤层和底板岩层的连接处设置有第二封堵装置。

优选的，在顶板岩层和煤层处设置有与水力压裂钻孔相连通的径向割缝。

优选的，在设置径向割缝的位置处至少包含有前、后、左、右四个方向的径向割缝。

优选的，所述水力压裂钻孔平行设置多个。

优选的，在高压水管上设置有压力表和开关阀。

优选的，在底板岩层上且对应水力压裂钻孔处设置有钻孔封孔装置，高压水管的出口端在钻孔封孔装置处与水力压裂钻杆的尾部相连。

优选的，所述储水箱与矿井巷道水源管路连接，储水箱和水压泵均设置在矿井巷道内。

优选的，在矿井巷道内还设置有抽采管路，抽采管路通过连接装置与高压水管连接。

如上所述的顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置的实施方法，包括以下步骤：

(1)开孔

选定水力压裂钻孔位置，开设多个相互平行的水力压裂钻孔；水力压裂钻孔依次穿过底板岩层、煤层至顶板岩层，且水力压裂钻孔对应煤层和顶板岩层的位置处设置有径向割缝；

(2)装填钻杆

水力压裂钻孔施工完毕后，将水力压裂钻杆装填进水力压裂钻孔内，水力压裂钻孔的末端通过钻孔封孔装置进行密封；