一种高低压分区致裂增渗式煤层注水方法技术

本发明专利技术公开了一种高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其包括在采煤工作面动压区钻孔、封孔与注水步骤；在采煤工作面静压区钻孔、封孔与注水步骤；采煤工作面动压区为距离工作面煤壁70-150米之内的煤层区域，采煤工作面静压区为距离工作面煤壁150米之外的煤层区域。采用分区式煤层钻孔注水的方式，在采煤工作面动压区采用的钻杆选用麻花钻杆，利于“排渣”，并且采用水力膨胀式封孔器和高分子材料封堵结构联合封孔后进行低压注水；而在采煤工作面静压区采用分段式钻孔实施方法进行多次打孔，同时钻杆选用三棱钻杆，减小钻杆与孔壁的接触面积，防止出现“卡钻”现象，并实施高压注水增加煤层的渗透率，以使煤层注水效果达到最佳，提高了打孔与注水效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及矿井的注水方法，尤其涉及一种高低压分区致裂增渗式煤层注水方法。
技术介绍
近年来，随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大，浅部资源日益减少，国内外矿山都相继进入深部资源开采阶段。深部开采时“三高一扰”问题突出，导致深部开采中以冲击地压、矿压显现剧烈、高粉尘浓度等一系列工程灾害与浅部工程灾害相比较，程度上加剧，频度上提高，灾害机理更为复杂。与此同时，地温、煤炭自燃、煤与瓦斯突出等灾害危害程度也不断升级，灾害事故越来越严重。实践证明，煤层注水是解决煤矿开采过程中冲击地压、高浓度煤尘、煤与瓦斯突出等自然灾害的有效方法之一，同时对矿井降温、抑制煤层自然发火也具有积极意义。然而，目前煤层注水技术并不成熟，主要体现在以下几个方面：打孔过程主要存在“卡钻”、“吸钻”和“排渣不畅”两个问题，导致煤层注水打孔困难；由于水泥砂浆封孔时易干裂，会出现从煤帮漏水的现象；传统注水主要存在注水压力较低，无法将煤体充分润湿。另外，由于目前煤层注水技术主要采用“先打孔，后注水”的方法，因此，注水过程中存在先前打好的注水孔由于受采动或其他因素影响出现“塌孔”现象，导致注水效果不佳。因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，避免打孔过程出现卡钻、吸钻和排渣不畅的情况出现，提高打孔与注水效率。为解决上述技术问题，本专利技术方案包括：一种高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其包括以下步骤：A、在采煤工作面动压区钻孔、封孔与注水的步骤；B、在采煤工作面静压区钻孔、封孔与注水的步骤；采煤工作面动压区为距离工作面煤壁70-150米之内的煤层区域，采煤工作面静压区为距离工作面煤壁150米之外的煤层区域。所述的高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其中，上述步骤A具体的包括：A1、采用麻花钻杆在采煤工作面动压区均匀布置多个静压钻孔，静压钻孔长度为采煤工作面长度的二分之一至三分之二；A2、每个静压钻孔配置有一个第一注水管，在每个第一注水管的前部设置有静压水力膨胀式封孔器，静压水力膨胀式封孔器与第一注水管相连通，第一注水管的前端露出静压水力膨胀式封孔器，在每个静压钻孔之孔口与静压水力膨胀式封孔器之间的第一注水管上均匀布置多个高分子材料封堵结构；A3、将步骤A2中的第一注水管导入对应静压钻孔内，高分子材料封堵结构膨胀堵塞对应静压钻孔，通过静压注水系统向所有第一注水管进行静压注水，静压水力膨胀式封孔器随第一注水管进行静压注水快速膨胀，静压水力膨胀式封孔器与静压钻孔的孔壁紧密结合完成封孔，直至相邻静压钻孔之间的煤体被充分湿润，则停止静压注水；静压注水的水压为2MPa-4MPa。所述的高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其中，上述高分子材料封堵结构包括铝箔纸袋，铝箔纸袋中部设置有能拆卸的卡扣，将铝箔纸袋间隔为基料袋与催化剂袋，在将第一注水管导入对应静压钻孔内时，拆卸掉卡扣使基料袋的基料与催化剂袋内的催化剂充分混合，高分子材料封堵结构膨胀堵塞对应静压钻孔。所述的高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其中，上述步骤B具体的包括：B1、采用中空的三棱钻杆在采煤工作面静压区均匀布置多个动压钻孔组，每个动压钻孔组由六个动压钻孔形成，动压钻孔长度为采煤工作面长度的二分之一至三分之二；B2、上述中空的三棱钻杆之中部设置有奇数个透水孔形成透水区域，透水孔与三棱钻杆的中空部相连通，透水区域两侧的三棱钻杆上均设置有动压水力膨胀式封孔器，动压水力膨胀式封孔器均与奇数个透水孔的中间孔相连通；B3、每个动压钻孔组内施工过程为：B31、通过钻机将对应的三棱钻杆在采煤工作面静压区的煤层内打入十米形成第一个动压钻孔；B32、然后将钻机取下使对应三棱钻杆预留在第一个动压钻孔内，将动压注水系统与三棱钻杆的中空部相连通，使对应的动压水力膨胀式封孔器快速膨胀与第一个动压钻孔的孔壁紧密结合完成封孔，三棱钻杆上其余的透水孔向动压水力膨胀式封孔器之间的第一个动压钻孔内高压注水，增大煤层的渗透率，完成第一个动压钻孔的动压注水；B33、然后按照步骤B31与步骤B32的方式依次施工第二个动压钻孔、第三个动压钻孔、第四个动压钻孔、第五个动压钻孔与第六个动压钻孔；B34、待第六个动压钻孔也完成动压注水时，将第一个动压钻孔内的三棱钻杆与动压注水系统分离，将钻机通过另一个三棱钻杆与第一个动压钻孔内的三棱钻杆相连接，将第一个动压钻孔继续打入十米，然后按照步骤B32的方式完成动压注水；B35、然后按照步骤B34的方式依次完成第二个动压钻孔、第三个动压钻孔、第四个动压钻孔、第五个动压钻孔与第六个动压钻孔的动压注水；重复步骤B34与步骤B35直至每个动压钻孔长度到达预定长度；动压注水的水压为10MPa-25MPa。所述的高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其中，还包括：随采煤工作面的推进，当步骤B中的采煤工作面静压区转变为采煤工作面动压区时，则按照步骤A中的封孔与注水步骤进行操作。所述的高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其中，所述步骤A中的静压注水系统具体包括矿井水管，矿井水管通过连接管路与对应第一注水管相连通，连接管路上设置有静压注水压力流量多用表与静压注水截止阀。所述的高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其中，所述步骤B32中的动压注水系统具体包括与矿井水管相连通的储水箱，储水箱与一泵站相连通，泵站与一加压泵相连通，加压泵通过动压水总管分别与对应三棱钻杆的中空部相连通，动压水总管上设置有动压注水压力流量多用表与动压注水截止阀。本专利技术提供的一种高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，采用分区式煤层钻孔、注水的方式，在采煤工作面动压区采用的钻杆选用麻花钻杆，利于“排渣”，并且采用水力膨胀式封孔器和高分子材料封堵结构联合封孔，而在采煤工作面静压区采用分段式钻孔实施方法进行多次打孔，同时钻杆选用三棱钻杆，减小钻杆与孔壁的接触面积，防止出现“卡钻”现象，采煤工作面静压区采用高压分段隔封器进行封孔，该过程伴随着钻孔施工、煤体致裂、注水渗流等过程一起进行，增加煤层的渗透率，以使煤层注水效果达到最佳，提高了打孔与注水效率。附图说明图1为本专利技术中采煤工作面动压区钻孔、封孔与注水的结构示意图；图2为本专利技术中高分子材料封堵结构的结构示意图；图3为本专利技术中在采煤工作面静压区钻孔、封孔与注水的结构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，为使本专利技术的目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其包括以下步骤：A、在采煤工作面动压区钻孔、封孔与注水的步骤；B、在采煤工作面静压区钻孔、封孔与注水的步骤；采煤工作面动压区为距离工作面煤壁70‑150米之内的煤层区域，采煤工作面静压区为距离工作面煤壁150米之外的煤层区域。

【技术特征摘要】
1.一种高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其包括以下步骤：
A、在采煤工作面动压区钻孔、封孔与注水的步骤；
B、在采煤工作面静压区钻孔、封孔与注水的步骤；
采煤工作面动压区为距离工作面煤壁70-150米之内的煤层区域，采煤工作面静压区为距
离工作面煤壁150米之外的煤层区域。
2.根据权利要求1所述的高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其特征在于，上述步骤
A具体的包括：
A1、采用麻花钻杆在采煤工作面动压区均匀布置多个静压钻孔，静压钻孔长度为采煤工
作面长度的二分之一至三分之二；
A2、每个静压钻孔配置有一个第一注水管，在每个第一注水管的前部设置有静压水力膨
胀式封孔器，静压水力膨胀式封孔器与第一注水管相连通，第一注水管的前端露出静压水力
膨胀式封孔器，在每个静压钻孔之孔口与静压水力膨胀式封孔器之间的第一注水管上均匀布
置多个高分子材料封堵结构；
A3、将步骤A2中的第一注水管导入对应静压钻孔内，高分子材料封堵结构膨胀堵塞对
应静压钻孔，通过静压注水系统向所有第一注水管进行静压注水，静压水力膨胀式封孔器随
第一注水管进行静压注水快速膨胀，静压水力膨胀式封孔器与静压钻孔的孔壁紧密结合完成
封孔，直至相邻静压钻孔之间的煤体被充分湿润，则停止静压注水；静压注水的水压为
2MPa-4MPa。
3.根据权利要求2所述的高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其特征在于，上述高分
子材料封堵结构包括铝箔纸袋，铝箔纸袋中部设置有能拆卸的卡扣，将铝箔纸袋间隔为基料
袋与催化剂袋，在将第一注水管导入对应静压钻孔内时，拆卸掉卡扣使基料袋的基料与催化
剂袋内的催化剂充分混合，高分子材料封堵结构膨胀堵塞对应静压钻孔。
4.根据权利要求1所述的高低压分区致裂增渗式煤层注水方法，其特征在于，上述步骤
B具体的包括：
B1、采用中空的三棱钻杆在采煤工作面静压区均匀布置多个动压钻孔组，每个动压钻孔
组由六个动压钻孔形成，动压钻孔长度为采煤工作面长度的二分之一至三分之二；
B2、上述中空的三棱钻杆之中部设置有奇数个透水孔形成透水区域，透水孔与三棱钻杆
的中空部相连通，透水区域两侧的三棱钻杆上均设置有动压水力膨胀式封孔器，动压...

【专利技术属性】
技术研发人员：周刚，程卫民，马有营，聂文，王刚，薛娇，王昊，张琦，孙彪，邱晗，徐茂，范韬，邱磊，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37