專利名稱：導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突的方法，特別適用于高瓦斯低透氣性煤層瓦斯的強化抽采及突出煤層的區(qū)域消突。
背景技術(shù)：
我國煤礦多為高瓦斯低透氣性礦井，瓦斯事故占礦井各類重、特大事故的比重最大，對礦井造成的損失最嚴(yán)重。且隨著煤層開采深度增加，煤層滲透率降低，突出煤層的數(shù) 量也呈增加趨勢，煤與瓦斯突出礦井也隨之增多。在許多礦區(qū)，煤與瓦斯突出已成為制約煤礦安全生產(chǎn)的瓶頸問題。國內(nèi)外煤炭科研人員針對上述問題進行了廣泛的研究，先后試驗了多項防突抽采技術(shù)措施，主要包括交叉鉆孔、超前鉆孔、深孔松動爆破和深孔控制爆破、密集鉆孔、大直徑鉆孔、水力沖孔、水力割縫、加砂致裂預(yù)抽等。但這些方法多數(shù)存在鉆孔施工工程量大、施工工序復(fù)雜和工程投入高、有效影響范圍小、抽采時間長等問題。水力壓裂技術(shù)在石油工業(yè)中已經(jīng)有較成熟的應(yīng)用，水力壓裂技術(shù)近年來在煤礦低透煤層有了大量的應(yīng)用?？蒲袑嵺`證明，水力壓裂作為提高瓦斯抽采率技術(shù)，在我國煤礦瓦斯災(zāi)害治理中發(fā)揮著一定的作用。同時也存在一定的缺陷水力壓裂是利用高壓水使鉆孔壁產(chǎn)生位移，不能攜帶出煤體，因此，在大范圍內(nèi)卸壓的同時易形成高壓異常帶，這給瓦斯抽采造成新的障礙，并形成采掘生產(chǎn)的安全隱患。此外，由于煤層構(gòu)造復(fù)雜、煤質(zhì)松軟、地應(yīng)力大，不能實現(xiàn)定向壓裂，壓裂液浸入煤體后不易排除，煤層裂隙在較短時間內(nèi)閉合，從而影響了整體的增透抽放效果，限制了該技術(shù)的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法，以解決定向壓裂和局部高壓異常的問題，實現(xiàn)區(qū)域消突，最大限度降低瓦斯災(zāi)害。為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法，它包括以下步驟
①在煤層中施工導(dǎo)向槽鉆孔或?qū)虿坫@孔和控制鉆孔，②在導(dǎo)向槽鉆孔中預(yù)先形成導(dǎo)向槽，③利用導(dǎo)向槽鉆孔或控制鉆孔實施水力壓裂并利用導(dǎo)向槽和控制鉆孔對水力壓裂進行定向控制，將導(dǎo)向槽鉆孔或?qū)虿坫@孔和控制鉆孔之間的煤體壓穿，使鉆孔之間形成較多裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑，④壓裂結(jié)束后，鉆孔均封孔接入抽放系統(tǒng)開始抽米。所述的導(dǎo)向槽是具有卸壓作用的腔體。所述的導(dǎo)向槽的數(shù)量至少為一個。所述的在導(dǎo)向槽鉆孔中預(yù)先形成導(dǎo)向槽采用的是射流深穿透技術(shù)或水力割縫、旋轉(zhuǎn)水射流割縫、水力擴孔技術(shù)或分支鉆孔、拐彎鉆孔技術(shù)。所述的控制鉆孔是普通鉆孔或是預(yù)置導(dǎo)向槽的鉆孔。所述的導(dǎo)向槽鉆孔和控制鉆孔分別通過抽采系統(tǒng)管路連接到礦井瓦斯抽采系統(tǒng)進行煤層瓦斯預(yù)抽。其中所述的導(dǎo)向槽鉆孔可以是順層鉆孔，也可以是穿層鉆孔，還可以是位于煤層頂板上距離煤層0.1-ο. 5m的沿頂鉆孔。導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法可以應(yīng)用于順層鉆孔、穿層鉆孔、煤層沿頂鉆孔的增透及消突。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明方法是通過水力割縫、旋轉(zhuǎn)水射流割縫、水力擴孔技術(shù)、射流深穿透技術(shù)、分支鉆孔技術(shù)、或者其他可以形成導(dǎo)向槽的技術(shù)在煤體或煤層頂板中預(yù)先形成一個或者若干個導(dǎo)向槽，然后利用該導(dǎo)向槽實施水力壓裂，將該鉆孔與周圍預(yù)先設(shè)置的控制鉆孔之間的煤體壓穿，或者從周圍預(yù)先設(shè)置的控制鉆孔實施水力壓裂，將控制鉆孔與導(dǎo)向槽之間的煤體壓穿，使鉆孔之間形成較多裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑。可使鉆孔壓穿數(shù)量增加50%以上，煤層的卸壓范圍增加I倍以上，明顯地增加煤層透氣性，瓦斯抽采量增加4倍以上，減少措施鉆孔60%左右，有效地降低了預(yù)抽時間，實現(xiàn)區(qū)域消突，最大限度降低瓦斯災(zāi)害。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。圖I為本發(fā)明的順層鉆孔第一實例的施工原理 圖2為本發(fā)明的順層鉆孔第二實例的施工原理 圖3為本發(fā)明的順層鉆孔第三實例的施工原理 圖4為本發(fā)明的順層鉆孔第四實例的施工原理 圖5為本發(fā)明的穿層鉆孔第五實例的施工原理 圖6為本發(fā)明的沿頂鉆孔第六實例的施工原理圖。圖中1.高壓水力泵站，2.截止閥，3.導(dǎo)向槽，4.高壓膠管，5.煤層，6控制鉆孔，7.導(dǎo)向槽鉆孔，8.煤層頂板，9.沿頂鉆孔。
具體實施例方式 下面參照附圖并結(jié)合實例對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步的詳細(xì)說明
實施例I:
參見圖1，在煤層中施工導(dǎo)向槽鉆孔7和若干控制鉆孔6，然后在順層鉆孔中預(yù)先形成一個或者若干個導(dǎo)向槽3，然后利用高壓水力泵站I向?qū)虿坫@孔7進行注入高壓水，利用導(dǎo)向槽3和控制鉆孔6對水力壓裂進行定向控制，將導(dǎo)向槽鉆孔7與周圍預(yù)先設(shè)置的控制鉆孔6之間的煤體壓穿，使鉆孔之間形成較多裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑。壓裂結(jié)束后，導(dǎo)向槽鉆孔7和控制鉆孔6均封孔接入抽放系統(tǒng)開始抽采。其中在煤體中預(yù)先形成導(dǎo)向槽3，可以是通過射流深穿透技術(shù)，也可以是通過水力割縫、旋轉(zhuǎn)水射流割縫、水力擴孔技術(shù)，還可以是通過分支鉆孔、拐彎鉆孔技術(shù)，或者其他可以形成導(dǎo)向槽3的技術(shù)。
其中在煤體中預(yù)先形成的導(dǎo)向槽3，可以是一定寬度的煤縫，也可以是以導(dǎo)向槽3施工鉆擴孔為軸心的厚餅狀腔體，或者是枝狀鉆孔、拐彎鉆孔，或其他人工形成的具有卸壓作用的腔體。其中煤體中的導(dǎo)向槽3，可以是一個，也可以是若干個。其中，導(dǎo)向槽鉆孔7和控制鉆孔6封孔后分別通過抽采系統(tǒng)管路連接到礦井瓦斯抽采系統(tǒng)進行煤層瓦斯預(yù)抽。實施例2
參見圖2，在煤層中施工若干導(dǎo)向槽鉆孔7和控制鉆孔6，然后在導(dǎo)向槽鉆孔7中預(yù)先形成一個或者若干個導(dǎo)向槽3，然后對控制鉆孔6進行水力壓裂，利用導(dǎo)向槽鉆孔的導(dǎo)向槽3和控制鉆孔6對水力壓裂進行定向控制，將控制鉆孔6與導(dǎo)向槽鉆孔7之間的煤體壓穿， 使鉆孔之間形成較多裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑。壓裂結(jié)束后，導(dǎo)向槽鉆孔7和控制鉆孔6均封孔接入抽放系統(tǒng)開始抽采。其中在煤體中預(yù)先形成導(dǎo)向槽3，可以是通過射流深穿透技術(shù)，也可以是通過水力割縫、旋轉(zhuǎn)水射流割縫、水力擴孔技術(shù)，還可以是通過分支鉆孔、拐彎鉆孔技術(shù)，或者其他可以形成導(dǎo)向槽3的技術(shù)。其中在煤體中預(yù)先形成的導(dǎo)向槽3，可以是一定寬度的煤縫，也可以是以導(dǎo)向槽3施工鉆擴孔為軸心的厚餅狀腔體，或者是枝狀鉆孔、拐彎鉆孔，或其他人工形成的具有卸壓作用的腔體。其中煤體中的導(dǎo)向槽3，可以是一個，也可以是若干個。其中，導(dǎo)向槽鉆孔7和控制鉆孔6封孔后分別通過抽采系統(tǒng)管路連接到礦井瓦斯抽采系統(tǒng)進行煤層瓦斯預(yù)抽。實施例3
參見圖3，在煤層中施工若干導(dǎo)向槽鉆孔7，然后在導(dǎo)向槽鉆孔7中預(yù)先形成一個或者若干個導(dǎo)向槽3，然后對導(dǎo)向槽鉆孔7進行水力壓裂，利用導(dǎo)向槽鉆孔的導(dǎo)向槽3和控制鉆孔6對水力壓裂進行定向控制，將導(dǎo)向槽鉆孔7之間的煤體壓穿，使鉆孔之間形成較多裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑。壓裂結(jié)束后，導(dǎo)向槽鉆孔7均封孔接入抽放系統(tǒng)開始抽米。其中在煤體中預(yù)先形成導(dǎo)向槽3，可以是通過射流深穿透技術(shù)，也可以是通過水力割縫、旋轉(zhuǎn)水射流割縫、水力擴孔技術(shù)，還可以是通過分支鉆孔、拐彎鉆孔技術(shù)，或者其他可以形成導(dǎo)向槽3的技術(shù)。其中在煤體中預(yù)先形成的導(dǎo)向槽3，可以是一定寬度的煤縫，也可以是以導(dǎo)向槽3施工鉆擴孔為軸心的厚餅狀腔體，或者是枝狀鉆孔、拐彎鉆孔，或其他人工形成的具有卸壓作用的腔體。其中煤體中的導(dǎo)向槽3，可以是一個，也可以是若干個。其中，導(dǎo)向槽鉆孔7均通過抽采系統(tǒng)管路連接到礦井瓦斯抽采系統(tǒng)進行煤層瓦斯預(yù)抽。實施例4
參見圖4，在煤層中施工若干導(dǎo)向槽鉆孔7和控制鉆孔6，然后在導(dǎo)向槽鉆孔7中運用拐彎鉆孔技術(shù)或者分支鉆孔技術(shù)預(yù)先形成一個或者若干個導(dǎo)向槽3，然后對控制鉆孔6進行水力壓裂，利用導(dǎo)向槽鉆孔的導(dǎo)向槽3和控制鉆孔6對水力壓裂進行定向控制，將控制鉆孔6與導(dǎo)向槽鉆孔7之間的煤體壓穿，使鉆孔之間形成較多裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑。壓裂結(jié)束后，導(dǎo)向槽鉆孔7和控制鉆孔6均封孔接入抽放系統(tǒng)開始抽采。其中在煤體中預(yù)先形成導(dǎo)向槽3，可以是通過射流深穿透技術(shù)，也可以是通過水力割縫、旋轉(zhuǎn)水射流割縫、水力擴孔技術(shù)，還可以是通過分支鉆孔、拐彎鉆孔技術(shù)，或者其他可以形成導(dǎo)向槽3的技術(shù)。其中在煤體中預(yù)先形成的導(dǎo)向槽3，可以是一定寬度的煤縫，也可以是以導(dǎo)向槽3施工鉆擴孔為軸心的厚餅狀腔體，或者是枝狀鉆孔、拐彎鉆孔，或其他人工形成的具有卸壓作用的腔體。其中煤體中的導(dǎo)向槽3，可以是一個，也可以是若干個。其中，導(dǎo)向槽鉆孔7和控制鉆孔6封孔后分別通過抽采系統(tǒng)管路連接到礦井瓦斯抽采系統(tǒng)進行煤層瓦斯預(yù)抽。實施例5
參見圖5，用鉆機從巷道向煤層打一導(dǎo)向槽鉆孔7，在導(dǎo)向槽鉆孔7周圍打若干控制鉆孔6，在穿層鉆孔的煤層段中預(yù)先形成一個或者若干個導(dǎo)向槽3，利用高壓水力泵站I向?qū)虿坫@孔7內(nèi)注入一定壓力的高壓水，利用該導(dǎo)向槽3和控制鉆孔6對水力壓裂進行定向控制，當(dāng)某個控制鉆孔6有大量攜帶煤屑的水流出直至水流中不再有煤屑排出時，停止水力壓裂作業(yè)，進行煤層瓦斯預(yù)抽。其中在煤體中預(yù)先形成導(dǎo)向槽3，可以是通過射流深穿透技術(shù)，也可以是通過水力割縫、旋轉(zhuǎn)水射流割縫、水力擴孔技術(shù)，還可以是通過分支鉆孔、拐彎鉆孔技術(shù)，或者其他可以形成導(dǎo)向槽3的技術(shù)。其中在煤體中預(yù)先形成的導(dǎo)向槽3，可以是一定寬度的煤縫，也可以是以導(dǎo)向槽3施工鉆擴孔為軸心的厚餅狀腔體，或者是枝狀鉆孔、拐彎鉆孔，或其他人工形成的具有卸壓作用的腔體。其中煤體中的導(dǎo)向槽3，可以是一個，也可以是若干個。其中，水力壓裂可以用該導(dǎo)向槽7實施水力壓裂，將導(dǎo)向槽鉆孔7與周圍預(yù)先設(shè)置的控制鉆孔6之間的煤體壓穿，也可以從周圍預(yù)先設(shè)置的控制鉆孔6實施水力壓裂，將控制鉆孔6與導(dǎo)向槽7之間的煤體壓穿。其中，導(dǎo)向槽鉆孔7和控制鉆孔6封孔后分別通過抽采系統(tǒng)管路連接到礦井瓦斯抽采系統(tǒng)進行煤層瓦斯預(yù)抽。實施例6
參見圖6，用鉆機向煤層頂板8施工沿頂鉆孔9，沿頂鉆孔9距離煤層距離O. Γ0. 5m,在煤層中施工若干個控制鉆孔6，然后在沿頂鉆孔9中預(yù)先形成一個或者若干個導(dǎo)向槽3，然后用封孔材料對沿頂鉆孔9封孔，利用高壓水力泵站I向沿頂鉆孔9注入一定壓力的高壓水，利用導(dǎo)向槽3和控制鉆孔6對水力壓裂進行定向控制，將沿頂鉆孔9與周圍預(yù)先設(shè)置的控制鉆孔6之間的煤體壓穿，使鉆孔之間形成較多裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑，停止水力壓裂作業(yè)，進行煤層瓦斯預(yù)抽。其中在煤體中預(yù)先形成導(dǎo)向槽3，可以是通過射流深穿透技術(shù)，也可以是通過水力割縫、旋轉(zhuǎn)水射流割縫、水力擴孔技術(shù)，還可以是通過分支鉆孔、拐彎鉆孔技術(shù)，或者其他可以形成導(dǎo)向槽3的技術(shù)。其中在煤體中預(yù)先形成的導(dǎo)向槽3，可以是一定寬度的煤縫，也可以是以導(dǎo)向槽3施工鉆擴孔為軸心的厚餅狀腔體，或者是枝狀鉆孔、拐彎鉆孔，或其他人工形成的具有卸壓作用的腔體。其中煤體中的導(dǎo)向槽3，可以是一個，也可以是若干個。
其中控制鉆孔6距離煤層底板的距離在控制鉆孔6的抽放半徑之內(nèi)。其中沿頂鉆孔9和控制鉆孔6封孔后分別通過抽采系統(tǒng)管路連接到礦井瓦斯抽采系統(tǒng)進行煤層瓦斯預(yù)抽。盡管上文對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于此，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當(dāng)理解為落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法，其特征在于包括以下步驟 ①在煤層中施工導(dǎo)向槽鉆孔或?qū)虿坫@孔和控制鉆孔，②在導(dǎo)向槽鉆孔中預(yù)先形成導(dǎo)向槽，③利用導(dǎo)向槽鉆孔或控制鉆孔實施水力壓裂并利用導(dǎo)向槽對水力壓裂進行定向控制，將導(dǎo)向槽鉆孔或?qū)虿坫@孔和控制鉆孔之間的煤體壓穿，使鉆孔之間形成較多裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑，④壓裂結(jié)束后，鉆孔均封孔接入抽放系統(tǒng)開始抽采。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法，其特征在于所述的導(dǎo)向槽鉆孔是順層鉆孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)向槽定向水力壓 穿增透及消突方法，其特征在于所述的導(dǎo)向槽鉆孔是穿層鉆孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法，其特征在于所述的導(dǎo)向槽鉆孔是位于煤層頂板上距離煤層O. 1-0. 5m的沿頂鉆孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法，其特征在于所述的導(dǎo)向槽是具有卸壓作用的腔體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法，其特征在于所述的導(dǎo)向槽的數(shù)量至少為一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法，其特征在于所述的在導(dǎo)向槽鉆孔中預(yù)先形成導(dǎo)向槽采用的是射流深穿透技術(shù)或水力割縫、旋轉(zhuǎn)水射流割縫、水力擴孔技術(shù)或分支鉆孔、拐彎鉆孔技術(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法，其特征在于所述的控制鉆孔是普通鉆孔或是預(yù)置導(dǎo)向槽的鉆孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法，其特征在于所述的導(dǎo)向槽鉆孔和控制鉆孔分別通過抽采系統(tǒng)管路連接到礦井瓦斯抽采系統(tǒng)進行煤層瓦斯預(yù)抽。
全文摘要
本發(fā)明涉及導(dǎo)向槽定向水力壓穿增透及消突方法，它包括以下步驟①在煤層中施工導(dǎo)向槽鉆孔或?qū)虿坫@孔和控制鉆孔，②在導(dǎo)向槽鉆孔中預(yù)先形成導(dǎo)向槽，③利用導(dǎo)向槽鉆孔或控制鉆孔實施水力壓裂并利用導(dǎo)向槽和控制鉆孔對水力壓裂進行定向控制，將導(dǎo)向槽鉆孔或?qū)虿坫@孔和控制鉆孔之間的煤體壓穿，使鉆孔之間形成較多裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑，④壓裂結(jié)束后，鉆孔均封孔接入抽放系統(tǒng)開始抽采。本發(fā)明方法可使鉆孔壓穿數(shù)量增加50%以上，煤層的卸壓范圍增加1倍以上，明顯地增加煤層透氣性，瓦斯抽采量增加4倍以上，減少措施鉆孔60%左右，有效地降低了預(yù)抽時間，實現(xiàn)區(qū)域消突，最大限度降低瓦斯災(zāi)害。
文檔編號E21B7/04GK102619552SQ20121004363
公開日2012年8月1日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者姜文忠, 李艷增, 王耀鋒, 王魁軍, 謝正紅, 高中寧 申請人:煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院