一种定向水力裂切煤层卸压增透装置及卸压增透方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114165198A(43)申请公布日2022.03.11(21)申请号202111499717.1(22)申请日2021.12.09(71)申请人中国矿业大学（北京）地址100083北京市海淀区学院路丁11号(72)发明人李峰王琛琛刘汉武孙润川相广友(74)专利代理机构郑州立格知识产权代理有限公司41126代理人张妍(51)Int.Cl.E21B43/00(2006.01)E21B43/26(2006.01)E21C37/12(2006.01)E21F7/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种定向水力裂切煤层卸压增透装置及卸压增透方法(57)摘要本发明公开了一种定向水力裂切煤层卸压增透装置及卸压增透方法，主要由胀裂器、推进杆、高压软管、高压蝶阀、高压水泵、水箱等组成，该装置将水箱中的水通过高压水泵形成高压流体，通过杆体带有刻度标尺的推进杆将胀裂器输送至预制的煤层裂隙位置处；高压流体通过推进杆使位于煤层定向裂隙处的胀裂器膨胀，从而对煤壁产生巨大径向应力，使煤层中预制的定向裂隙尖端产生应力集中并发生张拉破坏，裂隙不断扩展，在钻孔间形成连续贯通的裂隙网络，在停止对胀裂器注水时，关闭推进杆尾端的高压蝶阀，由于其密封作用，胀裂器依旧能维持较高压力，避免煤层中新生成的裂隙网络闭合，达到对煤层实时动态裂切效果，实现煤层增透、强化瓦斯抽采目的。CN114165198ACN114165198A权利要求书1/1页1.一种定向水力裂切煤层卸压增透装置，其特征在于：包括水箱，与水箱出口相连的高压水泵，与高压水泵出口相连的软管，与软管出口相连的推进杆，以及位于推进杆端部的胀裂器，所述胀裂器位于煤层钻孔中定向裂缝处，所述推进杆穿过煤层底部的底板延伸至煤层内。2.如权利要求1所述的定向水力裂切煤层卸压增透装置，其特征在于：所述胀裂器包括裂切软体，所述裂切软体充满液体时呈纺锤体状，且纺锤体的直径大于钻孔的直径，裂切软体顶部设有上部壳体，裂切软体底部设有下部壳体，裂切软体中心贯穿有注液管，注液管顶部与上部壳体固定连接，注液管上位于裂切软体内的部分圆周上设有筛孔。3.如权利要求2所述的定向水力裂切煤层卸压增透装置，其特征在于：所述上部壳体、下部壳体、注液管均由硬质合金制作。4.如权利要求3所述的定向水力裂切煤层卸压增透装置，其特征在于：所述推进杆由多段杆体首尾相接组成，每段杆体上均设有刻度，每个杆体一端设有母接头，另一端设有公接头，公接头端部呈锥状且公接头上车有两个环形凹槽，环形凹槽内设有O型密封圈。5.如权利要求4所述的定向水力裂切煤层卸压增透装置，其特征在于：位于推进杆末端的杆体一端设有公接头，另一端外表面车有锥形螺纹，该杆体通过其端部的锥形螺纹与注液管固定连接。6.如权利要求5所述的定向水力裂切煤层卸压增透装置，其特征在于：所述软管为高压软管，高压软管与推进杆之间还设有一个高压蝶阀。7.如权利要求1‑6任一所述的定向水力裂切煤层卸压增透装置的卸压增透方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）使用钻机钻孔至设计孔深处停钻，采用高压磨料气体射流煤层割缝装置对卸压煤层进行定向割缝，预制煤层定向裂隙，之后采用高压空气洗孔；（2）根据钻孔施工参数记录表将胀裂器推送至煤层预制的定向裂缝处；（3）打开高压蝶阀，开启高压水泵，向胀裂器内注入高压水，观察高压水泵压力表示数，达到设定裂切压力后先关闭水泵，然后关闭高压蝶阀；（4）拆除高压软管，对软管管路进行排水卸压，搬运高压泵至下一个裂切钻孔，对下一个裂切钻孔重复1‑3中的步骤；（5）煤层卸压增透工作结束后，打开各个裂切钻孔尾端的高压蝶阀，对胀裂器进行排水卸压，拆除钻孔中的裂切装置，而后将裂切钻孔连接矿井瓦斯抽采系统进行抽采。2CN114165198A说明书1/5页一种定向水力裂切煤层卸压增透装置及卸压增透方法技术领域[0001]本发明属于煤矿井下可开采煤层增透卸压及瓦斯抽采技术领域，尤其涉及一种定向水力裂切煤层卸压增透装置及卸压增透方法。背景技术[0002]随着我国现代化进程的不断加速，电力行业对煤炭的需求与日俱增，煤炭的开采量不断增大。在此过程中煤炭开采深度不断增加，开采难度不断增大。其中煤炭开采时面临的最严重的动力灾害是煤与瓦斯突出，开采深度的增大使瓦斯以高瓦斯含量、高瓦斯压力、高应力、低渗透率的特征赋存于待开采煤层中，其导致的安全隐患严重影响着煤炭开采工作的正常进行。故需要强化原有的煤层卸压增透及瓦斯抽采技术。[0003]目前煤矿井下采用的煤层增透卸压方法主要有水力化措施、深孔爆破、气体压裂增透，近年来又有学者提出采用高压磨料气体射流卸压增透的新方法。其中水力化措施主要通过水力冲孔、水力压裂、高压水射流割缝、