多孔线性控制水力致裂方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201210166415.7

申请日:

2012.05.28

公开号:

CN102654049A

公开日:

2012.09.05

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):E21B 43/26申请日:20120528|||公开

IPC分类号:

E21B43/26; E21F7/00

主分类号:

E21B43/26

申请人:

中国矿业大学

发明人:

黄炳香; 程庆迎; 陈树亮; 张统

地址:

221116 江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学科技处

优先权:

专利代理机构:

江苏圣典律师事务所 32237

代理人:

程化铭

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内容摘要

一种多孔线性控制水力致裂方法,在采煤工作面、运输巷或回风巷内向预开采的煤岩体施工水力致裂钻孔至设定位置;将多个水力致裂孔采用等量分流器共同连接至高压注水泵;在孔隙水压力的作用下,每个孔的周围会产生一个似椭圆的水压裂缝带;通过控制钻孔的间距,使相邻钻孔的水压裂缝带贯通,实现线性控制致裂。实现了煤岩层定向切缝,有利于坚硬顶板的定向处理、坚硬顶煤的竖直方向破裂、应力的定向转移、防治冲击矿压、防治煤与瓦斯突出,提高瓦斯抽采的效果。该方法简单,施工方便,安全可靠,效果好,具有广泛的实用性。

权利要求书

1: 一种多孔线性控制水力致裂方法, 其特征在于包括如下步骤 : a. 用钻机在预开采的煤岩体 (1) 内逐一施工多个钻孔 (3) 至设定深度 ; b. 用封孔器 (4) 逐一对多个钻孔 (3) 进行封孔, 并分别连接注水管路 (7) , 注水管路 (7) 连接各钻孔 (3) 孔口处均设有注水阀 (5) 和压力表 (6) , 将多个钻孔 (3) 通过注水管路 (7) 连接与注水泵 (2) 相连的等量分流器 (8) ; c.开启注水泵 (2) , 通过等量分流器 (8) 向多个钻孔 (3) 内进行高压注水 ; d.当有压力表 (6) 监测到的注水压力小于 1MPa 时, 关闭该路的注水阀 (5) ; 当所有压 力表 (6) 监测到的压力均小于 1MPa 时, 关闭注水泵 (2) , 停止高压注水。
2: 根据权利要求 1 所述的多孔线性控制水力致裂方法, 其特征在于 : 所述在预开采的 煤岩体 (1) 逐一施工的多个钻孔 (3) 为平面或仰角线性布置。
3: 根据权利要求 1 所述的多孔线性控制水力致裂方法, 其特征在于 : 所述在预开采的 煤岩体 (1) 逐一施工的多个钻孔 (3) 的深度为 2 ~ 10m。
4: 根据权利要求 1 所述的多孔线性控制水力致裂方法, 其特征在于 : 所述在预开采的 煤岩体 (1) 逐一施工的多个钻孔 (3) 的孔间距为 0.5 ~ 1m。
5: 根据权利要求 1、 2、 3 或 4 所述的多孔线性控制水力致裂方法, 其特征在于 : 所述多 个钻孔 (3) 为 5 ~ 10 个。

说明书


多孔线性控制水力致裂方法

    【技术领域】
     本发明涉及一种水力致裂方法, 尤其是一种多孔线性控制水力致裂方法。背景技术 水力致裂技术最早应用在石油工程来提高贫油井的产量, 目前被广泛应用于现代 煤炭开采、 地热资源开发、 核废料储存等领域, 显示出广泛的工业应用价值。借助于水力致 裂的基本概念, 研究开发煤岩体水力致裂弱化技术作为解决煤矿开采岩层控制的关键技术 之一。然而单纯采用单孔水力致裂的方法不易控制孔内裂隙的扩展方向, 且需要很高的水 压力, 而水压力过大, 在安全上难以保障。 由于煤岩体水压致裂裂缝的扩展方向受钻孔周围 的应力场影响, 因此在实际工程中需要致裂裂缝按一定的方向扩展, 达到线性控制水力致 裂的目的。
     发明内容
     技术问题 : 本发明的目的是克服已有技术中的不足之处, 提供一种方法简单、 安全 可靠的多孔线性控制水力致裂方法。
     技术方案 : 本发明的多孔线性控制水力致裂方法, 包括如下步骤 : a. 用钻机在预开采的煤岩体内逐一施工多个钻孔至设定深度 ; b. 用封孔器逐一对多个钻孔进行封孔, 并分别连接注水管路, 注水管路连接各钻孔孔 口处均设有注水阀和压力表, 将多个钻孔通过注水管路连接与注水泵相连的等量分流器 ; c.开启注水泵, 通过等量分流器向多个钻孔内进行高压注水 ; d. 当有压力表监测到的注水压力小于 1MPa 时, 关闭该路的注水阀 ; 当所有压力表监测 到的压力均小于 1MPa 时, 关闭注水泵, 停止高压注水。
     所述在预开采的煤岩体逐一施工的多个钻孔为线性布置 ; 所述在预开采的煤岩体 逐一施工的多个钻孔的深度为 2 ~ 10m ; 所述在预开采的煤岩体逐一施工的多个钻孔的孔 间距为 0.5 ~ 1m ; 所述多个钻孔为 5 ~ 10 个。
     有益效果 : 本发明在采煤工作面、 运输巷或回风巷内向预开采的煤岩体施工水力 致裂钻孔至设定位置 ; 将多个水力致裂孔采用等量分流器共同连接至高压注水泵 ; 在孔隙 水压力的作用下, 每个孔的周围会产生一个似椭圆的水压裂缝带 ; 通过控制钻孔的间距, 使 相邻钻孔的水压裂缝带贯通, 实现线性控制致裂。 可有效控制水力致裂裂缝的扩展方向, 实 现煤岩层定向切缝, 有利于坚硬顶板的定向处理、 坚硬顶煤的竖直方向破裂、 应力的定向转 移、 防治冲击矿压、 防治煤与瓦斯突出, 提高瓦斯抽采的效果。其方法简单, 施工方便, 安全 可靠, 效果好, 具有广泛的实用性。 附图说明
     图 1 是本发明的实施例一示意图 ; 图 2 是本发明的实施例二示意图 ;图中 : 1- 煤岩体, 2- 注水泵, 3- 钻孔, 4- 封孔器, 5- 注水阀, 6- 压力表, 7- 高压管路, 8- 等量分流器。 具体实施方式
     下面结合附图对本发明的实施作进一步描述 : 本发明的多孔线性控制水力致裂方法, 首先用钻机在预开采的煤岩体 1 逐一施工 5 ~ 10 个钻孔 3 至设定深度, 设定深度根据现场地质情况确定, 在预开采的煤岩体 1 逐一施工 的 5 ~ 10 个钻孔 3 为线性布置, 在预开采的煤岩体 1 逐一施工 5 ~ 10 个的钻孔 3 的深度 为 2 ~ 10m ; 在预开采的煤岩体 1 逐一施工的 5 ~ 10 个钻孔 3 的孔间距为 0.5 ~ 1m ; 采用 封孔器 4 逐一对 5 ~ 10 个钻孔 3 进行封孔, 将钻孔 3 分别连接注水管路 7, 注水管路 7 连接 各钻孔 3 孔口处均设有注水阀 5 和压力表 6, 将 5 ~ 10 个钻孔 3 通过注水管路 7 连接与注 水泵 2 相连的等量分流器 8, 开启注水泵 2, 通过等量分流器 8 向钻孔 3 进行高压注水 ; 当有 压力表 6 监测到的压力小于 1MPa 时, 关闭该路的注水阀 5 ; 当所有压力表 6 监测到的压力 均小于 1MPa 时, 关闭注水泵 2, 停止高压注水。
     实施例一 : 如图 1 所示, 某矿煤层平均厚度 1.5 m, 倾角平均为 6°, 煤层硬度 f=2 ; 直接顶为浅灰色中粒砂岩, 平均厚度 2.28 m ; 老顶为灰黑色砂质泥岩, 平均厚度 5.33 m。 采 用顶板定向切缝沿空留巷。在风巷超前工作面 30 m 靠接替工作面侧巷帮垂直顶板逐一施 工 8 个平面线性布置的水力致裂钻孔 3, 钻孔直径为 32 mm, 孔深 5 m, 钻孔间距为 0.5 m, 依 次沿工作面推进方向施工。施工完 8 个钻孔后, 采用封孔器 4 逐一对 8 个钻孔 3 进行封孔, 并分别连接注水管路 7, 注水管路 7 连接各钻孔 3 孔口处均设有注水阀 5 和压力表 6, 将8 个钻孔 3 通过注水管路 7 连接与注水泵 2 相连的等量分流器 8 ; 开启注水泵 2, 通过等量分 流器 8 向钻孔 3 进行高压注水。当压力表 6 监测到的压力小于 1 MPa 时, 关闭该路的注水 阀5; 当所有压力表 6 监测到的压力均小于 1 MPa 时, 关闭注水泵 2, 停止高压注水。
     实施例二 : 如图 2 所示, 某矿煤层平均厚度 2.64 m, 倾角平均为 2°, 煤层硬度 f = 2.7 ~ 3.7 ; 直接顶为灰褐色高岭质泥岩, 平均厚度 3.94 m, 硬度 f=4.5 ; 老顶灰白色粗砂岩, 平均厚度 4.24 m, 硬度 f=6.3。采用定向水力致裂技术控制坚硬顶板, 在工作面煤壁斜向工 作面前方以 45°仰角线性布置 5 个水力致裂钻孔 3, 钻孔直径为 42 mm, 孔深 9.2 m, 钻孔间 距为 1 m, 依次沿工作面方向施工。施工完 5 个钻孔后, 采用封孔器 4 逐一对 5 个钻孔 3 进 行封孔, 并分别连接注水管路 7, 注水管路 7 连接各钻孔 3 孔口处均设有注水阀 5 和压力表 6, 将 5 个钻孔 3 通过注水管路 7 连接与注水泵 2 相连的等量分流器 8 ; 开启注水泵 2, 通过 等量分流器 8 向钻孔 3 进行高压注水。当压力表 6 监测到的压力小于 1 MPa 时, 关闭该路 的注水阀 5 ; 当所有压力表 6 监测到的压力均小于 1 MPa 时, 关闭注水泵 2, 停止高压注水。

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资源描述

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1、10申请公布号CN102654049A43申请公布日20120905CN102654049ACN102654049A21申请号201210166415722申请日20120528E21B43/26200601E21F7/0020060171申请人中国矿业大学地址221116江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学科技处72发明人黄炳香程庆迎陈树亮张统74专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人程化铭54发明名称多孔线性控制水力致裂方法57摘要一种多孔线性控制水力致裂方法,在采煤工作面、运输巷或回风巷内向预开采的煤岩体施工水力致裂钻孔至设定位置;将多个水力致裂孔采用等量分流器共同连接至高压注水泵。

2、;在孔隙水压力的作用下,每个孔的周围会产生一个似椭圆的水压裂缝带;通过控制钻孔的间距,使相邻钻孔的水压裂缝带贯通,实现线性控制致裂。实现了煤岩层定向切缝,有利于坚硬顶板的定向处理、坚硬顶煤的竖直方向破裂、应力的定向转移、防治冲击矿压、防治煤与瓦斯突出,提高瓦斯抽采的效果。该方法简单,施工方便,安全可靠,效果好,具有广泛的实用性。51INTCL权利要求书1页说明书2页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书2页附图1页1/1页21一种多孔线性控制水力致裂方法,其特征在于包括如下步骤A用钻机在预开采的煤岩体(1)内逐一施工多个钻孔(3)至设定深度;B用封孔器(4。

3、)逐一对多个钻孔(3)进行封孔,并分别连接注水管路(7),注水管路(7)连接各钻孔(3)孔口处均设有注水阀(5)和压力表(6),将多个钻孔(3)通过注水管路(7)连接与注水泵(2)相连的等量分流器(8);C开启注水泵(2),通过等量分流器(8)向多个钻孔(3)内进行高压注水;D当有压力表(6)监测到的注水压力小于1MPA时,关闭该路的注水阀(5);当所有压力表(6)监测到的压力均小于1MPA时,关闭注水泵(2),停止高压注水。2根据权利要求1所述的多孔线性控制水力致裂方法,其特征在于所述在预开采的煤岩体(1)逐一施工的多个钻孔(3)为平面或仰角线性布置。3根据权利要求1所述的多孔线性控制水力致。

4、裂方法,其特征在于所述在预开采的煤岩体(1)逐一施工的多个钻孔(3)的深度为210M。4根据权利要求1所述的多孔线性控制水力致裂方法,其特征在于所述在预开采的煤岩体(1)逐一施工的多个钻孔(3)的孔间距为051M。5根据权利要求1、2、3或4所述的多孔线性控制水力致裂方法,其特征在于所述多个钻孔(3)为510个。权利要求书CN102654049A1/2页3多孔线性控制水力致裂方法技术领域0001本发明涉及一种水力致裂方法,尤其是一种多孔线性控制水力致裂方法。背景技术0002水力致裂技术最早应用在石油工程来提高贫油井的产量,目前被广泛应用于现代煤炭开采、地热资源开发、核废料储存等领域,显示出广泛。

5、的工业应用价值。借助于水力致裂的基本概念,研究开发煤岩体水力致裂弱化技术作为解决煤矿开采岩层控制的关键技术之一。然而单纯采用单孔水力致裂的方法不易控制孔内裂隙的扩展方向,且需要很高的水压力,而水压力过大,在安全上难以保障。由于煤岩体水压致裂裂缝的扩展方向受钻孔周围的应力场影响,因此在实际工程中需要致裂裂缝按一定的方向扩展,达到线性控制水力致裂的目的。发明内容0003技术问题本发明的目的是克服已有技术中的不足之处,提供一种方法简单、安全可靠的多孔线性控制水力致裂方法。0004技术方案本发明的多孔线性控制水力致裂方法,包括如下步骤A用钻机在预开采的煤岩体内逐一施工多个钻孔至设定深度;B用封孔器逐一。

6、对多个钻孔进行封孔,并分别连接注水管路,注水管路连接各钻孔孔口处均设有注水阀和压力表,将多个钻孔通过注水管路连接与注水泵相连的等量分流器;C开启注水泵,通过等量分流器向多个钻孔内进行高压注水;D当有压力表监测到的注水压力小于1MPA时,关闭该路的注水阀;当所有压力表监测到的压力均小于1MPA时,关闭注水泵,停止高压注水。0005所述在预开采的煤岩体逐一施工的多个钻孔为线性布置;所述在预开采的煤岩体逐一施工的多个钻孔的深度为210M;所述在预开采的煤岩体逐一施工的多个钻孔的孔间距为051M;所述多个钻孔为510个。0006有益效果本发明在采煤工作面、运输巷或回风巷内向预开采的煤岩体施工水力致裂钻。

7、孔至设定位置;将多个水力致裂孔采用等量分流器共同连接至高压注水泵;在孔隙水压力的作用下,每个孔的周围会产生一个似椭圆的水压裂缝带;通过控制钻孔的间距,使相邻钻孔的水压裂缝带贯通,实现线性控制致裂。可有效控制水力致裂裂缝的扩展方向,实现煤岩层定向切缝,有利于坚硬顶板的定向处理、坚硬顶煤的竖直方向破裂、应力的定向转移、防治冲击矿压、防治煤与瓦斯突出,提高瓦斯抽采的效果。其方法简单,施工方便,安全可靠,效果好,具有广泛的实用性。附图说明0007图1是本发明的实施例一示意图;图2是本发明的实施例二示意图;说明书CN102654049A2/2页4图中1煤岩体,2注水泵,3钻孔,4封孔器,5注水阀,6压力。

8、表,7高压管路,8等量分流器。具体实施方式0008下面结合附图对本发明的实施作进一步描述本发明的多孔线性控制水力致裂方法,首先用钻机在预开采的煤岩体1逐一施工510个钻孔3至设定深度,设定深度根据现场地质情况确定,在预开采的煤岩体1逐一施工的510个钻孔3为线性布置,在预开采的煤岩体1逐一施工510个的钻孔3的深度为210M;在预开采的煤岩体1逐一施工的510个钻孔3的孔间距为051M;采用封孔器4逐一对510个钻孔3进行封孔,将钻孔3分别连接注水管路7,注水管路7连接各钻孔3孔口处均设有注水阀5和压力表6,将510个钻孔3通过注水管路7连接与注水泵2相连的等量分流器8,开启注水泵2,通过等量。

9、分流器8向钻孔3进行高压注水;当有压力表6监测到的压力小于1MPA时,关闭该路的注水阀5;当所有压力表6监测到的压力均小于1MPA时,关闭注水泵2,停止高压注水。0009实施例一如图1所示,某矿煤层平均厚度15M,倾角平均为6,煤层硬度F2;直接顶为浅灰色中粒砂岩,平均厚度228M;老顶为灰黑色砂质泥岩,平均厚度533M。采用顶板定向切缝沿空留巷。在风巷超前工作面30M靠接替工作面侧巷帮垂直顶板逐一施工8个平面线性布置的水力致裂钻孔3,钻孔直径为32MM,孔深5M,钻孔间距为05M,依次沿工作面推进方向施工。施工完8个钻孔后,采用封孔器4逐一对8个钻孔3进行封孔,并分别连接注水管路7,注水管路。

10、7连接各钻孔3孔口处均设有注水阀5和压力表6,将8个钻孔3通过注水管路7连接与注水泵2相连的等量分流器8;开启注水泵2,通过等量分流器8向钻孔3进行高压注水。当压力表6监测到的压力小于1MPA时,关闭该路的注水阀5;当所有压力表6监测到的压力均小于1MPA时,关闭注水泵2,停止高压注水。0010实施例二如图2所示,某矿煤层平均厚度264M,倾角平均为2,煤层硬度F2737;直接顶为灰褐色高岭质泥岩,平均厚度394M,硬度F45;老顶灰白色粗砂岩,平均厚度424M,硬度F63。采用定向水力致裂技术控制坚硬顶板,在工作面煤壁斜向工作面前方以45仰角线性布置5个水力致裂钻孔3,钻孔直径为42MM,孔深92M,钻孔间距为1M,依次沿工作面方向施工。施工完5个钻孔后,采用封孔器4逐一对5个钻孔3进行封孔,并分别连接注水管路7,注水管路7连接各钻孔3孔口处均设有注水阀5和压力表6,将5个钻孔3通过注水管路7连接与注水泵2相连的等量分流器8;开启注水泵2,通过等量分流器8向钻孔3进行高压注水。当压力表6监测到的压力小于1MPA时,关闭该路的注水阀5;当所有压力表6监测到的压力均小于1MPA时,关闭注水泵2,停止高压注水。说明书CN102654049A1/1页5图1图2说明书附图CN102654049A。

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