一種高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及礦井的注水方法，尤其涉及一種高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著對能源需求量的增加和開采強度的不斷加大，淺部資源日益減少，國內外礦山都相繼進入深部資源開采階段。深部開采時“三高一擾”問題突出，導致深部開采中以沖擊地壓、礦壓顯現劇烈、高粉塵濃度等一系列工程災害與淺部工程災害相比較，程度上加劇，頻度上提高，災害機理更為復雜。與此同時，地溫、煤炭自燃、煤與瓦斯突出等災害危害程度也不斷升級，災害事故越來越嚴重。
[0003]實踐證明，煤層注水是解決煤礦開采過程中沖擊地壓、高濃度煤塵、煤與瓦斯突出等自然災害的有效方法之一，同時對礦井降溫、抑制煤層自然發火也具有積極意義。然而，目前煤層注水技術并不成熟，主要體現在以下幾個方面:打孔過程主要存在“卡鉆”、“吸鉆”和“排渣不暢”兩個問題，導致煤層注水打孔困難；由于水泥砂漿封孔時易干裂，會出現從煤幫漏水的現象;傳統注水主要存在注水壓力較低，無法將煤體充分潤濕。另外，由于目前煤層注水技術主要采用“先打孔，后注水”的方法，因此，注水過程中存在先前打好的注水孔由于受采動或其他因素影響出現“塌孔”現象，導致注水效果不佳。因此，現有技術有待于更進一步的改進和發展。
【發明內容】
[0004]鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法，避免打孔過程出現卡鉆、吸鉆和排渣不暢的情況出現，提高打孔與注水效率。
[0005 ]為解決上述技術問題，本發明方案包括:
[0006]—種高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法，其包括以下步驟:
[0007]A、在采煤工作面動壓區鉆孔、封孔與注水的步驟；
[0008]B、在采煤工作面靜壓區鉆孔、封孔與注水的步驟；
[0009]采煤工作面動壓區為距離工作面煤壁70-150米之內的煤層區域，采煤工作面靜壓區為距離工作面煤壁150米之外的煤層區域。
[0010]所述的高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法，其中，上述步驟A具體的包括:
[0011]Al、采用麻花鉆桿在采煤工作面動壓區均勻布置多個靜壓鉆孔，靜壓鉆孔長度為采煤工作面長度的二分之一至三分之二 ；
[0012]A2、每個靜壓鉆孔配置有一個第一注水管，在每個第一注水管的前部設置有靜壓水力膨脹式封孔器，靜壓水力膨脹式封孔器與第一注水管相連通，第一注水管的前端露出靜壓水力膨脹式封孔器，在每個靜壓鉆孔之孔口與靜壓水力膨脹式封孔器之間的第一注水管上均勻布置多個高分子材料封堵結構；
[0013]A3、將步驟A2中的第一注水管導入對應靜壓鉆孔內，高分子材料封堵結構膨脹堵塞對應靜壓鉆孔，通過靜壓注水系統向所有第一注水管進行靜壓注水，靜壓水力膨脹式封孔器隨第一注水管進行靜壓注水快速膨脹，靜壓水力膨脹式封孔器與靜壓鉆孔的孔壁緊密結合完成封孔，直至相鄰靜壓鉆孔之間的煤體被充分濕潤，則停止靜壓注水;靜壓注水的水壓為 2MPa-4MPa。
[0014]所述的高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法，其中，上述高分子材料封堵結構包括鋁箔紙袋，鋁箔紙袋中部設置有能拆卸的卡扣，將鋁箔紙袋間隔為基料袋與催化劑袋，在將第一注水管導入對應靜壓鉆孔內時，拆卸掉卡扣使基料袋的基料與催化劑袋內的催化劑充分混合，高分子材料封堵結構膨脹堵塞對應靜壓鉆孔。
[0015]所述的高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法，其中，上述步驟B具體的包括:
[0016]B1、采用中空的三棱鉆桿在采煤工作面靜壓區均勻布置多個動壓鉆孔組，每個動壓鉆孔組由六個動壓鉆孔形成，動壓鉆孔長度為采煤工作面長度的二分之一至三分之二；
[0017]B2、上述中空的三棱鉆桿之中部設置有奇數個透水孔形成透水區域，透水孔與三棱鉆桿的中空部相連通，透水區域兩側的三棱鉆桿上均設置有動壓水力膨脹式封孔器，動壓水力膨脹式封孔器均與奇數個透水孔的中間孔相連通；
[0018]B3、每個動壓鉆孔組內施工過程為:
[0019]B31、通過鉆機將對應的三棱鉆桿在采煤工作面靜壓區的煤層內打入十米形成第一個動壓鉆孔；
[0020]B32、然后將鉆機取下使對應三棱鉆桿預留在第一個動壓鉆孔內，將動壓注水系統與三棱鉆桿的中空部相連通，使對應的動壓水力膨脹式封孔器快速膨脹與第一個動壓鉆孔的孔壁緊密結合完成封孔，三棱鉆桿上其余的透水孔向動壓水力膨脹式封孔器之間的第一個動壓鉆孔內高壓注水，增大煤層的滲透率，完成第一個動壓鉆孔的動壓注水；
[0021]B33、然后按照步驟B31與步驟B32的方式依次施工第二個動壓鉆孔、第三個動壓鉆孔、第四個動壓鉆孔、第五個動壓鉆孔與第六個動壓鉆孔；
[0022]B34、待第六個動壓鉆孔也完成動壓注水時，將第一個動壓鉆孔內的三棱鉆桿與動壓注水系統分離，將鉆機通過另一個三棱鉆桿與第一個動壓鉆孔內的三棱鉆桿相連接，將第一個動壓鉆孔繼續打入十米，然后按照步驟B32的方式完成動壓注水；
[0023]B35、然后按照步驟B34的方式依次完成第二個動壓鉆孔、第三個動壓鉆孔、第四個動壓鉆孔、第五個動壓鉆孔與第六個動壓鉆孔的動壓注水；
[0024]重復步驟B34與步驟B35直至每個動壓鉆孔長度到達預定長度；
[0025]動壓注水的水壓為10MPa_25MPa。
[0026]所述的高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法，其中，還包括:隨采煤工作面的推進，當步驟B中的采煤工作面靜壓區轉變為采煤工作面動壓區時，則按照步驟A中的封孔與注水步驟進行操作。
[0027]所述的高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法，其中，所述步驟A中的靜壓注水系統具體包括礦井水管，礦井水管通過連接管路與對應第一注水管相連通，連接管路上設置有靜壓注水壓力流量多用表與靜壓注水截止閥。
[0028]所述的高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法，其中，所述步驟B32中的動壓注水系統具體包括與礦井水管相連通的儲水箱，儲水箱與一栗站相連通，栗站與一加壓栗相連通，加壓栗通過動壓水總管分別與對應三棱鉆桿的中空部相連通，動壓水總管上設置有動壓注水壓力流量多用表與動壓注水截止閥。
[0029]本發明提供的一種高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法，采用分區式煤層鉆孔、注水的方式，在采煤工作面動壓區采用的鉆桿選用麻花鉆桿，利于“排渣”，并且采用水力膨脹式封孔器和高分子材料封堵結構聯合封孔，而在采煤工作面靜壓區采用分段式鉆孔實施方法進行多次打孔，同時鉆桿選用三棱鉆桿，減小鉆桿與孔壁的接觸面積，防止出現“卡鉆”現象，采煤工作面靜壓區采用高壓分段隔封器進行封孔，該過程伴隨著鉆孔施工、煤體致裂、注水滲流等過程一起進行，增加煤層的滲透率，以使煤層注水效果達到最佳，提高了打孔與注水效率。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明中采煤工作面動壓區鉆孔、封孔與注水的結構示意圖；
[0031]圖2為本發明中高分子材料封堵結構的結構示意圖；
[0032]圖3為本發明中在采煤工作面靜壓區鉆孔、封孔與注水的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]本發明提供了一種高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0034]本發明提供了一種高低壓分區致裂增滲式煤層注水方法，其包括以下步驟:
[0035]如圖1所示的，A、在采煤工作面動壓區鉆孔、封孔與注水的步驟；
[0036]如圖3所示的，B、在采煤工作面靜壓區鉆孔、封孔與注水的步驟；
[0037]采煤工作面動壓區為距離工作面煤壁70-150米之內的煤層區域，采煤工作面靜壓區為距離工作面煤壁150米之外的煤層區域。
[0038]更進一步的，如圖1所示的，上述步驟A具體的包括:
[0039]由于在采煤工作面動壓區受采動影響較大，煤體較破碎，排渣較困難，因而采用麻花鉆桿實施鉆孔，利于“排渣”。
[0040]Al、采用麻花鉆桿在采煤工作面動壓區均勻布置多個靜壓鉆孔I，靜壓鉆孔I長度為采煤工作面長度的二分之一至三分之二，靜壓鉆孔I之間的間隔為1m?20m，孔徑為50mm?80mm，角度與煤層傾角基本一致；
[0041]A2、每個靜壓鉆孔I配置有一個第一注水管2，在每個第一注水管2的前部設置有靜壓水力膨脹式封孔器3，靜壓水力膨脹式封孔器3與第一注水管2相連通，第一注水管2的前端露出靜壓水力膨脹式封孔器3，從而可以使第一注水管2內的水流入對應靜壓鉆孔I內，在每個靜壓鉆孔I之孔口與靜壓水力膨脹式封孔器3之間的第一注水管上均勻布置多個高分子材料封堵結構4;
[0042]A3、將步驟A2中的第一注水管2導入對應靜壓鉆孔I內，高分子材料封堵結構4膨脹堵塞對應靜壓鉆孔I，通過靜壓注水系統向所有第一注水管2進行靜壓注水，靜壓水力膨脹式封孔器3隨第一注水管2進行靜壓注水快速膨脹，靜壓水力膨脹式封孔器3與靜壓鉆孔I的孔壁緊密結合完成封孔，直至相鄰靜壓鉆孔I之間的煤體被充分濕潤，出現滲水、煤壁出汗等情況時可停止注水，采煤工作面動壓區的靜壓注水時間不應少于3天;靜壓注水的水壓為2MPa-4MPa。由于采煤工作面動壓區受煤層采動影響較大，煤體較松動，而煤幫表面區域煤體破碎也較為嚴重，因此，此處封孔應選擇在煤體破碎程度較小的位置，且封孔長度應大于煤幫塑性破碎區范圍。并且采用水力膨脹式封孔器和高分子材料封堵結構聯合封孔，防止了