用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置及方法
1.本发明属于煤矿钻孔瓦斯抽采强化技术领域，尤其涉及一种用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置。
背景技术：
2.针对我国目前的瓦斯抽采现状，对于煤层主要采用钻孔抽采，针对于钻孔抽采这种方法，就需要对开挖煤层透气性有较高要求，尤其是对于瓦斯这种危险气体来说在井下显得尤为重要。因此，煤层井下增透技术的发展对于深层煤矿开采显得尤为重要。
3.目前增透技术的发展中，水力压裂成为了最热门的增透手段，但是根据许多专家的大量研究，这种增透技术效果还不够稳定，主要表现为压裂的裂隙结构在煤层多种应力的作用下，会快速闭合，存在着卸压不充分等现象。有关学者试图通过酸性溶剂或者有机溶剂对煤体进行侵袭，从而改善煤层空隙结构、提高开采率，促进瓦斯解吸流动，这虽然在一定程度上对煤体裂隙产生了支撑作用，防止裂隙快速闭合，但是所采用的酸性或者有机溶剂本身就具有很强的毒性，且难以控制，同时成本较高，不具有经济性，难以大量推广。因此提出一种用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置及方法，利用该方法主要针对水力压裂下煤层发生孔隙裂隙会发生闭合影响瓦斯抽采的问题，在水力压裂的基础上，通过脉冲效应扩大煤层裂，并依据传感监测器及时注入细沙、胶凝剂等混合支撑液防止裂隙迅速闭合，通过细沙等支撑液在煤层裂隙中形成颗粒，从而改变煤层裂隙结构，保持裂隙宽度，以便瓦斯从裂隙中解吸流动，提高瓦斯抽采效率。
技术实现要素：
4.本发明为了克服现有煤层增透技术存在的不足之处，提出一种用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置及方法。通过先后不同的控制阀门来控制不同溶液的注入，先进行的注水压裂，在增压器的增压和脉冲发生器调频产生脉冲效应的条件下，引射泵经过封口器进入压裂液管，在压裂作用下传感器感受到脉冲信号，此时即可立即注入支撑液，使得支撑液中的细沙在裂隙中沉淀增大裂隙宽度，防止裂隙迅速闭合，同时能够减少大量水注入煤层中，通过细沙支撑改变裂隙结构，促进瓦斯解吸流动，为瓦斯增透提供了一种新的思路和方法，从而提高瓦斯抽采效率。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置，包括压裂系统和抽采系统，还包括控制压裂系统和抽采系统的脉冲控制系统，所述压裂系统末端的压裂液管位于煤层压裂孔内，抽采系统的抽采管位于煤层抽采孔内，所述压裂孔位于两个抽采孔中间。
6.进一步的，所述压裂系统包括注液泵，与注液泵高压胶管出口相连的涡轮增压器，与涡轮增压器第一高压胶管出口相连的引射泵，引射泵出口通过高压胶管和压裂液管相连，所述压裂液管进口的高压胶管上还设有压力表；仅1#/4#/5#阀门处于开启状态，注液泵将水注入到增压器中经过增压，同时在脉冲系统的协同作用下由引射泵送入压裂液管进行
压裂作用。支撑液储备器包括安装在底部的搅拌器、细沙和胶黏剂混合液组成，通过搅拌器使得细沙和胶黏剂充分混合，使得细沙在进入煤层裂隙之前不会自然沉淀，从而提高细沙支撑裂隙效率。
7.进一步的，所述注液泵分别与水箱和支撑液储备器相连通并通过阀门控制开合。
8.进一步的，所述抽采系统包括分别位于抽采孔内的抽采管，抽采管端部与抽采孔之间设有膨胀式封孔器，抽采管端部与抽采设备相连通，膨胀式封孔器里面装有聚氨酯材料，可随时控制材料的含量，在抽采管插入抽采孔后，通过装填聚氨酯可以起到迅速膨胀固定于抽采口中，在回收抽采管时，只需取出聚氨酯材料，封口时可添加水泥进行封口。
9.进一步的，所述脉冲控制系统包括控制压裂系统的设置于涡轮增压器第二高压管上的脉冲发生器，所述脉冲发生器由电磁阀控制，第二高压管和第一高压管通过一个三通汇至引射泵进口，还包括控制抽采管路的脉冲监测器，所述脉冲监测器的传感器通过传感线设置于抽采管内，所述脉冲发生器和脉冲监测器均由控制器控制。
10.进一步的，所述压裂液管包括压裂液管本体和位于本体顶部的喷射口，喷射口采用直线型喷口，喷口外壁车有螺纹，螺纹外套设有旋盖，喷口底部通过安装座固定于压裂液管本体，通过旋盖在螺纹上转动来调节喷口伸缩长度，以便达到不同程度的压力水流，同时直线型喷口切割力大，更容易压裂煤层。
11.进一步的，所述抽采管顶部中心设有一段直径小于抽采管的细管，细管管壁上设有抽采小孔，通过小孔对煤层瓦斯进行抽采，传感器和传感线位于内部不仅可以更大限度的接触开采煤层，同时可以跟随抽采管方便放入和回收。
12.进一步的，所述水箱出口高压胶管上设有1#阀门，所述支撑液储备器高压胶管上设有2#阀门，第一高压胶管上设有3#阀门，第二高压胶管上依次设有4#阀门和5#阀门，所述支撑液储备器内设有搅拌器和混合液，混合液由120#细沙、水、胶黏剂按8：3：2的质量比混合而成，所述胶黏剂是由cl930水包砂防沉保护胶粉在20-30℃水和醇溶液中搅拌混合而成的一种低粘度触变胶体，具有防止沉降、滑润流动的作用。同时触变胶体中所含的醇类（如羟基）等吸附性物质，能够将沙土、水等团聚在裂缝中，更易使得支撑液充分吸附到所有致裂的煤层裂隙中，更高效的进行支撑以便抽采。
13.一种用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置的增透方法，包括以下步骤：s1.关闭所有阀门，将120#细沙、水、胶黏剂按8：3：2的比例配比混合，打开支撑液储备器搅拌开关使溶液充分混合，为后续注入裂隙支撑液做准备；s2.打开1#阀门、4#阀门和5#阀门，开启注液泵和涡轮增压器，水箱中的水由1#高压胶管进入注液泵，利用注液泵和涡轮增压器将高压水通过4#阀门，由4#高压胶管进入脉冲发生器，通过电磁阀形成的脉冲式水流由三通在引射泵的作用下由5#高压胶管进入压裂液管，通过压力表观看脉冲水流的压力大小；s3.高压脉冲水流由引射泵经膨胀式封口器进入压裂液管，高压水流通过压裂液管中的直线型喷口，向煤层喷射水流，造成煤层裂隙；s4.在持续高压脉冲压裂作用下，煤层裂缝不断延伸，瓦斯由抽采管小孔吸收，通过抽采管进行瓦斯抽采,当抽采管中传感器感应到脉冲信号后，感应信号通过传感线传入到脉冲监测站，此时即可进行支撑液注入;
s5.关闭1#/阀门、4#/阀门、5#阀门，打开2#阀门、3#阀门，注液泵将细沙混合液经2#高压胶管注入到涡轮增压器，经过增压通过三通进入引射泵,高压脉冲水流由引射泵通过膨胀式封口器，此后重复步骤三即可，在细沙支撑液进入煤层裂隙中，由于煤层作用，细沙颗粒改变裂隙结构，支撑裂隙增大裂隙宽度，提高瓦斯增透，加大抽采管瓦斯抽采效率。
14.原理：本发明针对水力压裂在冲击完毕进行瓦斯抽采时，压裂产生的裂隙比较细小，在煤岩力的作用下，会造成裂隙迅速闭合，因此采用脉冲效应对瓦斯进行实时监测，当感应到压裂完毕时，立即注入细沙，胶黏剂（防止细沙在注入过程中沉淀降低支撑效率）等支撑液，待细沙进入煤岩裂隙中经过煤岩作用形成颗粒沉淀下来，用于支撑煤层裂隙，从而改变裂隙结构，以便后续瓦斯地抽采，极大地提高了瓦斯抽采率。
15.本发明具有以下有益效果：本发明的压裂装置和方法通过高压脉冲水流利用直线型收缩喷口对不同范围的煤层进行压裂，而且又能通过脉冲监测控制煤层，实现压裂的精确化，从而及时地利用细沙颗粒来支撑裂隙，防止裂隙迅速闭合，极大地提高了瓦斯抽采效率，为瓦斯增透提供了一个全新的流程，不仅减少水源的浪费且避免煤层涌水量过大，同时成本低、操作简单，更适合于多种钻孔煤矿井下地瓦斯抽采工作。
附图说明
16.图1是本发明的用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置装置示意图。
17.图2是本发明中抽采管的结构示意图。
18.图3是本发明中喷射口的结构示意图。
19.图中：1-煤层、2-抽采孔、3-抽采小孔、4-传感器、5-抽采管、6-膨胀式封孔器、7-喷口、8-压裂孔、9-压裂液管、10-煤层裂隙、11-1#阀门、11-2#阀门、11-3#阀门、11-4#阀门、11-5#阀门、12-脉冲发生器、13-三通、14-涡轮增压器、15-支撑液储备器、16-混合液、17-搅拌器、18-注液泵、19-水、20-水箱、21-脉冲监测器、22-压力表、23-1传感线1、23-2传感线2、24-引射泵、25-电磁阀、26-1#高压胶管、26-2#高压胶管、26-3#高压胶管、26-4#高压胶管、26-5#高压胶管、27-喷射口、28-螺纹、29-旋盖、30-安装座。
具体实施方式
20.以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
21.一种用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置，包括压裂系统和抽采系统，还包括控制压裂系统和抽采系统的脉冲控制系统，所述压裂系统末端的压裂液管9位于煤层压裂孔8内，抽采系统的抽采管5位于煤层1抽采孔2内，所述压裂孔8位于两个抽采孔2中间。所述压裂系统包括注液泵18，与注液泵18高压胶管出口相连的涡轮增压器14，与涡轮增压器14第一高压胶管出口相连的引射泵24，引射泵24出口通过高压胶管和压裂液管9相连，所述压裂液管9进口的高压胶管上还设有压力表22；仅1#/4#/5#阀门处于开启状态，注液泵将水注入到增压器中经过增压，同时在脉冲系统的协同作用下由引射泵送入压裂液管进行压裂作用。支撑液储备器包括安装在底部的搅拌器、细沙和胶黏剂混合液组成，通过搅拌器使得细沙和胶黏剂充分混合，使得细沙在进入煤层裂隙之前不会自然沉淀，从而提高细沙支撑裂隙效率，所述注液泵18分别与水箱20和支撑液储备器15相连通并通过阀门控制开合，实际工作中，根据使用需要分别控制不同液体流入注液泵；所述抽采系统包括分别位
于抽采孔2内的抽采管5，抽采管5端部与抽采孔之间设有膨胀式封孔器6，抽采管端部与抽采设备相连通，膨胀式封孔器6里面装有聚氨酯材料，可随时控制材料的含量，在抽采管插入抽采孔后，通过装填聚氨酯可以起到迅速膨胀固定于抽采口中，在回收抽采管时，只需取出聚氨酯材料，封口时可添加水泥进行封口；所述脉冲控制系统包括控制压裂系统的设置于涡轮增压器14第二高压管上的脉冲发生器12，所述脉冲发生器12由电磁阀25控制，第二高压管和第一高压管通过一个三通13汇至引射泵24进口，还包括控制抽采管路的脉冲监测器，所述脉冲监测器的传感器通过传感线设置于抽采管内，所述脉冲发生器和脉冲监测器均由控制器控制；所述压裂液管9包括压裂液管本体和位于本体顶部的喷射口27，喷射口采用直线型喷口，喷口外壁车有螺纹28，螺纹外套设有旋盖29，喷口底部通过安装座30固定于压裂液管本体，通过旋盖在螺纹上转动来调节喷口伸缩长度，以便达到不同程度的压力水流，同时直线型喷口切割力大，更容易压裂煤层；所述抽采管5顶部中心设有一段直径小于抽采管的细管，细管管壁上设有抽采小孔3，通过小孔对煤层瓦斯进行抽采，传感器4和传感线位于内部不仅可以更大限度的接触开采煤层，同时可以跟随抽采管方便放入和回收。所述水箱20出口1#高压胶管26-1上设有1#阀门11-1，所述支撑液储备器15 2#高压胶管26-1上设有2#阀门11-2，第一高压胶管即3#高压胶管26-3上设有3#阀门11-3，第二高压胶管即4#高压胶管26-4和5#高压胶管26-5上依次设有4#阀门11-4和5#阀门11-5，所述支撑液储备器15内设有搅拌器17和混合液16，混合液由120#细沙、水、胶黏剂按8：3：2的质量比混合而成，所述胶黏剂是由cl930水包砂防沉保护胶粉在20-30℃水和醇溶液中搅拌混合而成的一种低粘度触变胶体，具有防止沉降、滑润流动的作用。同时触变胶体中所含的醇类（如羟基）等吸附性物质，能够将沙土、水等团聚在裂缝中，更易使得支撑液充分吸附到所有致裂的煤层裂隙中，更高效的进行支撑以便抽采。
22.一种用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置的增透方法，包括以下步骤：第一步，首先关闭所有阀门，将120#细沙、水、胶黏剂按8：3：2的比例分数进行配比混合，打开支撑液储备器15搅拌器17开始搅拌，使得细沙和胶黏剂等混合液16充分混合，为后续注入裂隙支撑液做好准备。
23.第二步，打开1#阀门、4#阀门和5#阀门，开启注液泵18和涡轮增压器14，水箱中的水由1#高压胶管进入注液泵18，利用注液泵18和涡轮增压器14将高压水通过4#阀门，由4#高压胶管进入脉冲发生器12；通过调节电磁阀25产生不同的转动速率，形成的脉冲式水流由三通13在引射泵的作用下由26-5#高压胶管进入压裂液管，通过压力表22可观看脉冲水流的压力大小。
24.第三步，高压脉冲水流由引射泵24经膨胀式封口器6进入压裂液管9。高压水流通过压裂液管9中的直线型喷口7，向煤层喷射水流，造成煤层裂隙10。
25.第四步，在持续高压脉冲压裂作用下，煤层裂隙10不断产生延伸，瓦斯由抽采管小孔3吸收，通过抽采管5进行瓦斯抽采。当抽采管5中传感器4感应到脉冲信号后，感应信号通过传感线23-1（23-2）传入脉冲监测器21，此时即可进行支撑液注入。
26.第五步，关闭1#/阀门、4#/阀门和5#阀门，打开2#阀门、3#阀门，注液泵18将经过充分搅拌的细沙混合液16经2#高压胶管注入到涡轮增压器14，经过增压通过三通13进入引射泵24。高压脉冲水流由引射泵24通过膨胀式封口器6，此后重复步骤三。在细沙支撑液16进
入煤层裂隙10过程中，由于煤层作用，细沙颗粒改变裂隙结构，支撑裂隙增大裂隙宽度，提高瓦斯增透，从而加大抽采管5瓦斯抽采效率。
27.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置，其特征在于：包括压裂系统和抽采系统，还包括控制压裂系统和抽采系统的脉冲控制系统，所述压裂系统末端的压裂液管位于煤层压裂孔内，抽采系统的抽采管位于煤层抽采孔内，所述压裂孔位于两个抽采孔中间。2.如权利要求1所述的用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置，其特征在于：所述压裂系统包括注液泵，与注液泵高压胶管出口相连的涡轮增压器，与涡轮增压器第一高压胶管出口相连的引射泵，引射泵出口通过高压胶管和压裂液管相连，所述压裂液管进口的高压胶管上还设有压力表。3.如权利要求2所述的用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置，其特征在于：所述注液泵分别与水箱和支撑液储备器相连通并通过阀门控制开合。4.如权利要求1所述的用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置，其特征在于：所述抽采系统包括分别位于抽采孔内的抽采管，抽采管端部与抽采孔之间设有膨胀式封孔器，抽采管端部与抽采设备相连通。5.如权利要求1所述的用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置，其特征在于：所述脉冲控制系统包括控制压裂系统的设置于涡轮增压器第二高压管上的脉冲发生器，所述脉冲发生器由电磁阀控制，第二高压管和第一高压管通过一个三通汇至引射泵进口，还包括控制抽采管路的脉冲监测器，所述脉冲监测器的传感器通过传感线设置于抽采管内，所述脉冲发生器和脉冲监测器均由控制器控制。6.如权利要求2所述的用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置，其特征在于：所述压裂液管包括压裂液管本体和位于本体顶部的喷射口，喷射口采用直线型喷口，喷口外壁车有螺纹，螺纹外套设有旋盖，喷口底部通过安装座固定于压裂液管本体。7.如权利要求4所述的用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置，其特征在于：所述抽采管顶部中心设有一段直径小于抽采管的细管，细管管壁上设有抽采小孔。8.如权利要求1所述的用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置，其特征在于：所述水箱出口高压胶管上设有1#阀门，所述支撑液储备器高压胶管上设有2#阀门，第一高压胶管上设有3#阀门，第二高压胶管上依次设有4#阀门和5#阀门，所述支撑液储备器内设有搅拌器和混合液，混合液由120#细沙、水、胶黏剂按8：3：2的质量比混合而成，所述胶黏剂由cl930水包砂防沉保护胶粉于20-30℃的水和醇混合溶液中搅拌混合而成。9.如权利要求1-8任一所述的用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置的增透方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.关闭所有阀门，将120#细沙、水、胶黏剂按8：3：2的比例配比混合，打开支撑液储备器搅拌开关使溶液充分混合，为后续注入裂隙支撑液做准备；s2.打开1#阀门、4#阀门和5#阀门，开启注液泵和涡轮增压器，水箱中的水由1#高压胶管进入注液泵，利用注液泵和涡轮增压器将高压水通过4#阀门，由4#高压胶管进入脉冲发生器，通过电磁阀形成的脉冲式水流由三通在引射泵的作用下由5#高压胶管进入压裂液管，通过压力表观看脉冲水流的压力大小；s3.高压脉冲水流由引射泵经膨胀式封口器进入压裂液管，高压水流通过压裂液管中的直线型喷口，向煤层喷射水流，造成煤层裂隙；s4.在持续高压脉冲压裂作用下，煤层裂缝不断延伸，瓦斯由抽采管小孔吸收，通过抽
采管进行瓦斯抽采,当抽采管中传感器感应到脉冲信号后，感应信号通过传感线传入到脉冲监测站，此时即可进行支撑液注入;s5.关闭1#/阀门、4#/阀门、5#阀门，打开2#阀门、3#阀门，注液泵将细沙混合液经2#高压胶管注入到涡轮增压器，经过增压通过三通进入引射泵,高压脉冲水流由引射泵通过膨胀式封口器，此后重复步骤三即可。
技术总结
本发明公开了一种用于煤层增透的高压携沙脉冲监测的水力压裂装置及方法，属于煤矿钻孔增透瓦斯抽采技术领域，包括压裂系统和抽采系统，还包括控制压裂系统和抽采系统的脉冲控制系统，压裂系统末端的压裂液管位于煤层压裂孔内，抽采系统的抽采管位于煤层抽采孔内，压裂孔位于两个抽采孔中间，该装置利用注液泵将水在高压脉冲作用下向压裂孔内注水压裂，待传感器感应到脉冲效应停止注水，再注入细沙支撑液，从而支撑裂缝防止闭合，以便抽采管进行瓦斯抽采，极大地提高了瓦斯抽采率。极大地提高了瓦斯抽采率。极大地提高了瓦斯抽采率。
