一种水射流成孔与静态膨胀剂协同增透方法

本发明涉及低渗透性煤层卸压增透瓦斯治理，尤其涉及一种水射流成孔与静态膨胀剂协同增透方法。

背景技术：

1、随着我国煤炭开采逐步向深部延伸，由大埋深、地质构造复杂等因素导致的煤岩应力集中、瓦斯压力大、渗透率低等问题日趋严重，煤与瓦斯突出风险性不断增加。大范围提高煤层透气性是提高煤瓦斯抽采效率与治理瓦斯灾害问题的关键。以提高煤层透气性、瓦斯抽采效率，减少瓦斯异常涌出为导向，诸多水射流技术和膨胀材料增透技术，因其效果显著、清洁等特点，逐渐成为了低渗透煤层卸压增透、强化瓦斯抽采的主要技术方法。然而面对深部煤层瓦斯动力灾害的复杂性、特殊性和突变性，现有技术仍存在卸压增透范围有限、煤层瓦斯治理效率等问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种水射流成孔与静态膨胀剂协同增透方法，充分发挥水射流和膨胀材料针对深部低渗透性、高瓦斯压力、煤质松软、构造发育煤层在大范围卸压增透和高费效比改善瓦斯压力等方面的优势，高效解决低渗透煤层开采中瓦斯治理难题,扩大水射流和膨胀增透技术应用范围，拓展低渗透煤层瓦斯防治技术路径，推动我国煤炭产业健康发展，保障国家能源安全。

2、一种水射流成孔与静态膨胀剂协同增透方法，包括如下步骤，

3、步骤一：选取目标煤层的中间位置，利用高压水射流冲孔卸压增透装置形成水射流卸压增透成孔，记录孔径、孔深、出煤量、冲孔时间，结合冲孔煤层强度特征、渗透性指数、埋藏特点与监测瓦斯参数，判定水射流卸压增透成孔的有效卸压增透范围l1，为膨胀增透钻孔施工布置参数提供依据；

4、步骤二：根据实际情况，利用钻机在距离水射流卸压增透成孔的中心l1处施工多个膨胀增透钻孔，膨胀增透钻孔与射流成孔深度保持一致，利用膨胀剂灌注装置将已经配制完成的煤层增透膨胀剂注入到膨胀增透钻孔中，注入完成后封孔，记录膨胀剂注入量；结合煤层强度特征、渗透性指数、埋藏特点与监测瓦斯参数，判定膨胀增透钻孔的有效卸压增透范围l2；

5、步骤三：对水射流卸压增透成孔和膨胀增透钻孔进行监测,对于抽采瓦斯排出量进行定期记录，确定膨胀应力与射流冲孔后围岩应力载荷之间的协同增透关系和膨胀剂灌注钻孔空间位置对煤体膨胀致裂的控制效果；

6、步骤四：根据水射流卸压增透成孔的有效卸压增透范围l1和膨胀增透钻孔的有效卸压增透范围l2数据进行计算，确定水射流卸压增透成孔和膨胀增透钻孔的实际卸压增透范围与卸压增透效果，确定水射流卸压增透成孔之间的距离为√2（l1+l2）；

7、步骤五：在未施工区域，按照确定的水射流卸压增透成孔之间的距离√2（l1+l2），继续重复步骤一到步骤四中的操作，施工下一组的水射流卸压增透成孔和膨胀增透钻孔，对煤层进行水射流成孔与静态膨胀剂协同增透。

8、进一步的，步骤一和步骤二中的监测瓦斯参数包括监测煤层瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯抽排量。

9、进一步的，步骤一中的膨胀增透钻孔施工布置参数包括膨胀增透钻孔的孔深、数量，以及膨胀增透钻孔与水射流卸压增透成孔的间距。

10、进一步的，步骤三中的膨胀剂灌注钻孔空间位置包括钻孔的孔径、孔深和角度。

11、进一步的，步骤二中的施工的多个膨胀增透钻孔设置为围绕水射流卸压增透成孔均匀布置。这样均匀设置膨胀增透钻孔能够使的水射流增透范围与膨胀剂增透范围实现更好的叠加，充分利用两者的煤层增透效果。

12、进一步的，步骤二中的施工的多个膨胀增透钻孔设置为偶数，每两个膨胀增透钻孔为一组，该两个膨胀增透钻孔沿水射流卸压增透成孔的轴线对称布置。

13、本发明中使用的高压水射流冲孔装置包括：水箱，高压水泵，高压水射流发生装置，支架，所述水箱、高压水泵、高压水射流发生装置依次相连；膨胀剂混合装置与灌浆泵、膨胀剂灌注装置依次相连。

14、本发明能够充分发挥水射流和膨胀材料针对低渗透性、高瓦斯压力煤层在大范围卸压增透和高费效比改善瓦斯压力等方面的优势，高效解决水射流卸压与膨胀材料增透技术单一使用过程中存在的增透范围偏小、抽采效率较低的核心问题，扩大水射流和膨胀增透技术应用范围，拓展低渗透煤层瓦斯防治技术路径。

技术特征：

1.一种水射流成孔与静态膨胀剂协同增透方法，其特征在于，包括如下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种水射流成孔与静态膨胀剂协同增透方法，其特征在于，步骤一和步骤二中的监测瓦斯参数包括监测煤层瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯抽排量。

3.根据权利要求1所述的一种水射流成孔与静态膨胀剂协同增透方法，其特征在于，步骤一中的膨胀增透钻孔施工布置参数包括膨胀增透钻孔的孔深、数量，以及膨胀增透钻孔与水射流卸压增透成孔的间距。

4.根据权利要求1所述的一种水射流成孔与静态膨胀剂协同增透方法，其特征在于，步骤三中的膨胀剂灌注钻孔空间位置包括钻孔的孔径、孔深和角度。

5.根据权利要求1所述的一种水射流成孔与静态膨胀剂协同增透方法，其特征在于，步骤二中的施工的多个膨胀增透钻孔设置为围绕水射流卸压增透成孔均匀布置。

6.这样均匀设置膨胀增透钻孔能够使的水射流增透范围与膨胀剂增透范围实现更好的叠加，充分利用两者的煤层增透效果。

7.根据权利要求1或5所述的一种水射流成孔与静态膨胀剂协同增透方法，其特征在于，步骤二中的施工的多个膨胀增透钻孔设置为偶数，每两个膨胀增透钻孔为一组，该两个膨胀增透钻孔沿水射流卸压增透成孔的轴线对称布置。

技术总结
本发明提出一种水射流成孔与静态膨胀剂协同增透方法，充分发挥水射流和膨胀材料针对深部低渗透性、高瓦斯压力、煤质松软、构造发育煤层在大范围卸压增透和高费效比改善瓦斯压力等方面的优势，高效解决低渗透煤层开采中瓦斯治理难题,扩大水射流和膨胀增透技术应用范围，拓展低渗透煤层瓦斯防治技术路径，推动我国煤炭产业健康发展，保障国家能源安全。

技术研发人员：许慎,李金龙,郭立稳,石子浩,张嘉勇,张九零,范酒源,刘尚伟,王盛川
受保护的技术使用者：华北理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5