【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于煤礦安全，涉及一種碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法。
技術介紹
1、高突出危險性煤層開采前必須進行消突，條帶消突是保障煤巷掘進安全的必要工作。掏煤法是常用的煤層消突手段之一，已經得到應用的掏煤技術如直井空氣動力掏煤、多分支井水力掏煤等，但以上技術均用于石門揭煤消突，作用范圍有限，不能滿足條帶消突需求。在碎軟煤層水平井水力掏煤中，上述思路不再可行，其原因是：(1)碎軟煤層可鉆性、成孔性差，鉆孔形成后必須下套管進行支撐，否則短期內就會塌孔，破壞瓦斯抽采通道；(2)水平井水射流掏煤要求單井多點掏煤，但碎軟煤層的易垮塌特性決定了水平井無法在多點形成裸眼，否則煤層垮塌堵塞瓦斯抽采通道。因此，有必要提出一種煤礦條帶掏煤消突方法，滿足高突出危險性煤層巷道掘進的安全需求。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的不足，本專利技術的目的在于，提供一種碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，解決現有技術難以實現碎軟煤層水平井水力掏煤等問題。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案予以實現：
3、一種碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，該方法利用碎軟煤層水平井條帶掏煤裝置實現，該裝置包括從前向后依次同軸相接的前封隔器、節流閥、后封隔器和后向噴嘴；后向噴嘴后端連接油管，后向噴嘴能向后噴水；
4、該方法在碎軟煤層中或緊鄰煤層頂、底板施工水平井，水平段下套管，在套管上間隔射孔，使用前封隔器和后封隔器在套管內隔離出密閉空間，且此段密閉空間內至少包括一組射孔孔眼，在后封隔
5、本專利技術還包括如下技術特征：
6、具體的，該方法包括以下步驟：
7、步驟一，選擇增透目標區域：增透目標區域稱為條帶，條帶區域范圍是：與巷道等長、寬度為巷道及巷道兩幫外側沿煤層方向各15m～20m的長方形范圍，其高度與煤層高度相等；
8、步驟二，設計目標掏煤量：依據步驟一選定的增透目標區域設計掏煤體積；
9、步驟三，設計與施工水平井：施工水平井，并下套管固井；所述水平井水平段布置在煤層中、緊鄰煤層頂板中或緊鄰煤層底板中；若水平井水平段布置在緊鄰煤層頂板/底板時，水平井水平段與煤層垂距不大于2m；水平井水平段與增透目標區域長度等長；水平井水平段沿煤層傾向向上傾斜；
10、步驟四，射孔設計與施工：在水平井水平段上均勻設計n個射孔段，射孔段開展密集射孔，射孔段長度不大于配套的封隔器膠筒長度，相鄰射孔段間距大于封隔器膠筒長度，并介于工具串總長與封隔器總長的1/2之間；當采用緊鄰煤層頂板水平井時，使用水力噴砂定向射孔，定向向下射孔，溝通煤層；當采用緊鄰煤層底板水平井時，使用水力噴砂定向射孔，定向向上射孔，溝通煤層；
11、步驟五，下入碎軟煤層水平井條帶掏煤裝置工具串，工具串下入水平井孔底，第1射孔段位于前封隔器和后封隔器膠筒之間；
12、步驟六，高壓泵連接油管，開啟地面高壓泵，緩慢升壓，開始掏煤，持續水力掏煤30min以上，關閉地面高壓泵，第1段掏煤結束；
13、步驟七，緩慢向后拖動工具串，重復步驟六過程，使前封隔器封堵第1射孔段，第2射孔段位于兩封隔器膠筒之間，由第2射孔段入水、第3射孔段出水；此時，由于第1射孔段被封隔器封堵，水流在壓力作用下不會向工具串前端流動；同時，在后向噴嘴作用下，環空中一方面形成高速射流，返排煤粉，不會堵塞環空、形成憋泵，另一方面，高速徑向射流會在徑向形成負壓，即在第3射孔段孔眼處形成吸力，有助于煤粉排出；持續水力掏煤30min以上，完成第2段掏煤，關閉高壓泵，停止注水；
14、步驟八，繼續拖動工具串，第n射孔段位于兩封隔器之間，前封隔器封堵第n-1射孔段，由第n射孔段入水、第n+1射孔段出水，完成所有射孔段掏煤作業；
15、步驟九，所有射孔段均完成掏煤作業后，將工具串提至垂直井段，停待12-24小時后，重復步驟五-步驟八，進行二次掏煤，二次掏煤完成后，再停待12-24小時，進行第三次掏煤，重復上述步驟，直至掏煤量達到設計值或掏煤效率明顯降低后，提出工具串，完成掏煤作業；
16、步驟十，掏煤作業完成后，煤層逐漸變形，填補掏煤區域，形成塑性區，釋放彈性能、降低局部應力，起到增透效果，以利于瓦斯抽采、消突工作。
17、具體的，所述后向噴嘴包括：噴嘴本體，噴嘴本體中心設有過流通道，噴嘴本體后端面設有多個水眼孔，多個水眼孔圍繞過流通道布設，水眼孔與過流通道之間設有可壓縮封堵組件，正常情況下水眼孔與過流通道之間通過可壓縮封堵組件隔開，當過流通道內的水流壓縮可壓縮封堵組件后能將水眼孔與過流通道打通使水流經水眼孔向后噴水，后向噴嘴動作壓力為psp。
18、具體的，在噴嘴本體內設有多個徑向安裝孔，該徑向安裝孔連通過流通道以及水眼孔，可壓縮封堵組件設于徑向安裝孔內，可壓縮封堵組件包括滑塊和徑向壓縮彈簧，徑向壓縮彈簧一端連接滑塊，另一端固定于徑向安裝孔孔底；徑向壓縮彈簧正常狀態下，滑塊封堵在水眼孔處，當過流通道內的水流徑向壓縮滑塊和徑向壓縮彈簧后，滑塊打開水眼孔。
19、具體的，在噴嘴本體中部設有環形安裝腔，該環形安裝腔圍繞在過流通道外，環形安裝腔后部連通過流通道及水眼孔；可壓縮封堵組件設于環形安裝腔內，可壓縮封堵組件包括滑環和軸向壓縮彈簧，軸向壓縮彈簧后端連接滑環，軸向壓縮彈簧前端固接于環形安裝腔前端；軸向壓縮彈簧正常狀態下，滑環封堵在水眼孔處，當過流通道內的水流軸向壓縮滑環和軸向壓縮彈簧后，滑環打開水眼孔。
20、具體的，在過流通道周圍周向等間距排布4～8個水眼孔，每個水眼孔平行于過流通道。
21、具體的，當井底壓力pb＜psp時，可壓縮封堵組件處于原始位置，此時水眼孔不射流；當井底壓力pb≥psp時，在液壓作用下，推動可壓縮封堵組件，露出水眼孔，開始射流。
22、具體的，所述前封隔器和后封隔器的坐封壓力為pex；當井底壓力pb≥pex時，前封隔器和后封隔器的膠筒膨脹，擠壓套管壁，完成坐封，在兩封隔器之間形成密閉空間；
23、所述前封隔器和后封隔器的膠筒長度大于1m；前封隔器和后封隔器的膠筒間隔長度范圍在射孔段間距l與2l之間。
24、具體的，所述節流閥動作壓力pv，當井底壓力pb＜pv時，節流閥出水口關閉，液體只能通過節流閥而不能從側向流出；當井底壓力pb＞pv時，節流閥出水口打開，液體既能通過節流閥，又能從側向流出。
25、具體的，所述碎軟煤層水平井條帶掏煤裝置中，后向噴嘴動作壓力psp、前封隔器和后封隔器的坐封壓力pex、節流閥動作壓力pv之間存本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，該方法利用碎軟煤層水平井條帶掏煤裝置實現，該裝置包括從前向后依次同軸相接的前封隔器、節流閥、后封隔器和后向噴嘴；后向噴嘴后端連接油管，后向噴嘴能向后噴水；
2.如權利要求1所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
3.如權利要求1所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，所述后向噴嘴包括：噴嘴本體，噴嘴本體中心設有過流通道，噴嘴本體后端面設有多個水眼孔，多個水眼孔圍繞過流通道布設，水眼孔與過流通道之間設有可壓縮封堵組件，正常情況下水眼孔與過流通道之間通過可壓縮封堵組件隔開，當過流通道內的水流壓縮可壓縮封堵組件后能將水眼孔與過流通道打通使水流經水眼孔向后噴水，后向噴嘴動作壓力為Psp。
4.如權利要求3所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，在噴嘴本體內設有多個徑向安裝孔，該徑向安裝孔連通過流通道以及水眼孔，可壓縮封堵組件設于徑向安裝孔內，可壓縮封堵組件包括滑塊和徑向壓縮彈簧，徑向壓縮彈簧一端連接滑塊，另一端固定于徑向安裝孔孔底；徑向壓縮彈簧正常狀態下，滑
5.如權利要求3所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，在噴嘴本體中部設有環形安裝腔，該環形安裝腔圍繞在過流通道外，環形安裝腔后部連通過流通道及水眼孔；可壓縮封堵組件設于環形安裝腔內，可壓縮封堵組件包括滑環和軸向壓縮彈簧，軸向壓縮彈簧后端連接滑環，軸向壓縮彈簧前端固接于環形安裝腔前端；軸向壓縮彈簧正常狀態下，滑環封堵在水眼孔處，當過流通道內的水流軸向壓縮滑環和軸向壓縮彈簧后，滑環打開水眼孔。
6.如權利要求3所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，在過流通道周圍周向等間距排布4～8個水眼孔，每個水眼孔平行于過流通道。
7.如權利要求3所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，當井底壓力Pb＜Psp時，可壓縮封堵組件處于原始位置，此時水眼孔不射流；當井底壓力Pb≥Psp時，在液壓作用下，推動可壓縮封堵組件，露出水眼孔，開始射流。
8.如權利要求1所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，所述前封隔器和后封隔器的坐封壓力為Pex；當井底壓力Pb≥Pex時，前封隔器和后封隔器的膠筒膨脹，擠壓套管壁，完成坐封，在兩封隔器之間形成密閉空間；
9.如權利要求1所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，所述節流閥動作壓力Pv，當井底壓力Pb＜Pv時，節流閥出水口關閉，液體只能通過節流閥而不能從側向流出；當井底壓力Pb＞Pv時，節流閥出水口打開，液體既能通過節流閥，又能從側向流出。
10.如權利要求1所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，所述碎軟煤層水平井條帶掏煤裝置中，后向噴嘴動作壓力Psp、前封隔器和后封隔器的坐封壓力Pex、節流閥動作壓力Pv之間存在如下關系：Pex＜Psp＜Pv。
...【技術特征摘要】
1.一種碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，該方法利用碎軟煤層水平井條帶掏煤裝置實現，該裝置包括從前向后依次同軸相接的前封隔器、節流閥、后封隔器和后向噴嘴；后向噴嘴后端連接油管，后向噴嘴能向后噴水；
2.如權利要求1所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
3.如權利要求1所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，所述后向噴嘴包括：噴嘴本體，噴嘴本體中心設有過流通道，噴嘴本體后端面設有多個水眼孔，多個水眼孔圍繞過流通道布設，水眼孔與過流通道之間設有可壓縮封堵組件，正常情況下水眼孔與過流通道之間通過可壓縮封堵組件隔開，當過流通道內的水流壓縮可壓縮封堵組件后能將水眼孔與過流通道打通使水流經水眼孔向后噴水，后向噴嘴動作壓力為psp。
4.如權利要求3所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，在噴嘴本體內設有多個徑向安裝孔，該徑向安裝孔連通過流通道以及水眼孔，可壓縮封堵組件設于徑向安裝孔內，可壓縮封堵組件包括滑塊和徑向壓縮彈簧，徑向壓縮彈簧一端連接滑塊，另一端固定于徑向安裝孔孔底；徑向壓縮彈簧正常狀態下，滑塊封堵在水眼孔處，當過流通道內的水流徑向壓縮滑塊和徑向壓縮彈簧后，滑塊打開水眼孔。
5.如權利要求3所述的碎軟煤層條帶掏煤區域增透方法，其特征在于，在噴嘴本體中部設有環形安裝腔，該環形安裝腔圍繞在過流通道外，環形安裝腔后部連通過流通道及水眼孔；可壓縮封堵組件設于環形安裝腔內，可壓縮封堵組...
【專利技術屬性】
技術研發人員：杜耀波，程斌，孫四清，
申請(專利權)人：中煤科工西安研究院集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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