一种煤矿坑道压裂装置及瓦斯排采设备的制作方法

1.本实用新型涉及煤层气开采和瓦斯排采设备技术领域，具体涉及一种煤矿坑道压裂装置及瓦斯排采设备。


背景技术：

2.目前煤矿采煤坑道内钻孔排采瓦斯(又称煤层气)技术粗放，基本直接钻孔实施排水解析生产煤层气，即使借鉴油气田压裂改造工艺增产，也是笼统压裂改造，整个排采孔吸收液体快，压裂启缝困难，渗流严重，无法形成波及深度大、裂缝形态好的排采缝，导致改造裂缝少，增产效果受限。
3.另外，即使借鉴油气田压裂改造工艺，但是目前油气田压裂设备多在地面施工，采用重汽底盘机动，大面积平面布局摆放设备和连接管网，上述重汽底盘无法在坑道内行驶，施工沿坑道线性展开存在诸多不便，瓦斯排采效率较低。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在提高瓦斯排采效率和产量。
5.为解决上述问题，本实用新型提供了一种煤矿坑道压裂装置，包括：
6.压裂管柱，所述压裂管柱适于伸入煤矿坑道的排采面的排采孔中，所述压裂管柱包括多个分段管柱和封隔机构，所述分段管柱包括压裂滑套和分别连接于所述压裂滑套两端的压裂管，相邻所述分段管柱之间通过封隔机构连接，所述封隔机构用于将所述分段管柱与排采孔之间的空间形成密封空间；以及
7.供液车，所述供液车为线性结构，所述供液车适于行走在所述煤矿坑道内的轨道上，所述供液车与所述压裂管柱连接。
8.本实用新型提供的一种煤矿坑道压裂装置，相较于现有技术，具有但不局限于以下有益效果：
9.可向煤矿坑道侧壁的排采面的排采孔中安装压裂管柱，通过压裂管柱中的多个封隔机构，例如可以是封隔器实现与排采孔内壁的密封，进而相邻两个封隔机构之间且位于分段管柱外壁与排采孔内壁之间形成密封空间，且每个密封空间配有一个压裂滑套，沿排采孔的长度方向，在压裂作业时，每个压裂滑套被打开后，压裂液不会进入其他密封空间，只对相应密封空间的侧壁进行压裂，最终形成排采缝，进而沿排采孔分段压裂出数段高渗导流的排采缝，这些导流的排采缝形成类似树枝状缝网分布在排采孔周围，最后，可通过压裂出树枝状缝网的排采缝伸展至煤层深部，降压解析出瓦斯(煤层气)，并汇集至排采孔主通道，提高了煤层气波及范围和导流能力，最终实现瓦斯增产以及提高瓦斯排采效率。另外，本实用新型中的供液车相较于传统的只能在地面活动工作的油气田压裂设而言，该供液车设计线性结构，能与狭窄的煤矿坑道内轨道(运煤轨道)配合，通过供液车在煤矿坑道内的轨道上的行走，可以在对一个排采面排采完成后移动至下一个排采面进行压裂排采，施工便捷高效。
10.进一步地，所述供液车包括依次设置的坑道增压车、坑道混砂车和坑道配液车，所述坑道配液车用于配制压裂液，所述坑道混砂车用于储存压裂液，所述坑道增压车用于将所述坑道混砂车中储存的压裂液增压后供入所述压裂管柱中。
11.进一步地，坑道配液车包括第一坑道轨道底盘、压裂液配制罐、煤安电机型搅拌器和压裂药剂添加器，所述第一坑道轨道底盘适于行走在煤矿坑道内的轨道上，所述压裂液配制罐设置于所述第一坑道轨道底盘上，所述煤安电机型搅拌器和所述压裂药剂添加器分别设置于所述压裂液配制罐上。
12.进一步地，所述坑道混砂车包括第二坑道轨道底盘、压裂液储存罐和支撑剂添加机构，所述第二坑道轨道底盘适于行走在所述煤矿坑道内的轨道上，所述压裂液储存罐设置于所述第二坑道轨道底盘上，所述支撑剂添加机构设置于所述压裂液储存罐上。
13.进一步地，所述支撑剂添加机构包括加砂漏斗和集流斗，所述加砂漏斗设置于所述压裂液储存罐上，所述加砂漏斗的底端与所述压裂液储存罐的内部连通，所述集流斗设置于所述压裂液储存罐的内部并位于所述加砂漏斗的下方，所述集流斗的底端适于与所述坑道增压车的输入端连接。
14.进一步地，所述坑道增压车包括第三坑道轨道底盘、压裂泵和煤安型驱动电机，所述压裂泵和所述煤安型驱动电机分别设置于所述第三坑道轨道底盘上，所述煤安型驱动电机与所述压裂泵驱动连接。
15.进一步地，所述坑道增压车设置有多个，令其中一个所述坑道增压车为标定增压车，令其余为其他增压车，所述其他增压车的输入端和所述标定增压车的输入端适于分别与所述坑道混砂车连通，所述其他增压车的输出端与所述标定增压车的输出端适于汇流后供入所述压裂管柱中。
16.进一步地，还包括管道系统，所述管道系统包括低压管道和高压管道，所述低压管道的一端适于与所述标定增压车的输入端连接，所述低压管道的另一端适于与所述坑道混砂车连通，所述其他增压车的输入端适于与所述低压管道连通，所述高压管道的一端与所述其他增压车的输出端连接，所述高压管道的另一端与所述标定增压车的输出端汇流。
17.进一步地，所述管道系统还包括多个分流管，多个所述分流管的一端适于分别与多个所述压裂管柱连接，多个所述分流管的另一端适于均与所述标定增压车的输出端连接。
18.另外，本实用新型还提供一种煤矿坑道瓦斯排采设备，包括所述的煤矿坑道压裂装置。
19.由于所述煤矿坑道瓦斯排采设备的技术改进与技术效果与所述煤矿坑道压裂装置一样，因此不再对所述煤矿坑道瓦斯排采设备的技术效果做出说明。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例的煤矿坑道压裂装置的示意性结构图；
21.图2为本实用新型实施例的煤矿坑道压裂装置的部分示意性结构图一；
22.图3为本实用新型实施例的煤矿坑道压裂装置的部分示意性结构图二；
23.图4为本实用新型实施例的煤矿坑道压裂装置的部分示意性结构图三；
24.图5为本实用新型实施例的排采缝的分布示意图。
25.附图标记说明：
26.1-压裂管柱，11-分段管柱，111-压裂滑套，112-压裂管，12-封隔机构；2-排采面，21-排采孔，22-排采缝，23-密封空间；3-供液车，31-坑道配液车，311-第一坑道轨道底盘，312-压裂液配制罐，313-煤安电机型搅拌器，314-压裂药剂添加器；32-坑道混砂车，321-第二坑道轨道底盘，322-压裂液储存罐，323-支撑剂添加机构，3231-加砂漏斗，3232-集流斗；33-坑道增压车，33a-标定增压车，33b-其他增压车，331-第三坑道轨道底盘，332-压裂泵，333-煤安型驱动电机，334-减速传动结构；4-低压管道；5-高压管道； 6-分流管。
具体实施方式
27.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
29.而且，附图中z轴表示竖向，也就是上下位置，并且z轴的正向(也就是z轴的箭头指向)表示上，z轴的负向(也就是与z轴的正向相反的方向) 表示下。
30.同时需要说明的是，前述z轴的表示含义仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.参见图1、图2和图5，本实用新型实施例的一种煤矿坑道压裂装置，包括压裂管柱1，所述压裂管柱1适于伸入煤矿坑道的排采面2的排采孔21中，所述压裂管柱1包括多个分段管柱11和封隔机构12，所述分段管柱11包括压裂滑套111和分别连接于所述压裂滑套111两端的压裂管112，相邻所述分段管柱11之间通过封隔机构12连接，所述封隔机构12用于将所述分段管柱 11与排采孔21之间的空间形成密封空间23；以及
32.供液车3，所述供液车为线性结构，所述供液车3适于行走在所述煤矿坑道内的轨道上，所述供液车与所述压裂管柱1连接。
33.本实施例中，向煤矿坑道侧壁的排采面2的排采孔21中安装压裂管柱1，通过压裂管柱1中的多个封隔机构12，例如可以是封隔器实现与排采孔21内壁的密封，进而相邻两个封隔机构12之间且位于分段管柱11外壁与排采孔 21内壁之间形成密封空间23，且每个密封空间23配有一个压裂滑套111，沿排采孔21的长度方向，在压裂作业时，每个压裂滑套111被打开后，压裂液不会进入其他密封空间23，只对相应密封空间23的侧壁进行压裂，最终形成排采缝22，进而沿排采孔21分段压裂出数段高渗导流的排采缝22，这些导流的排采缝22形成类似树枝状缝网分布在排采孔21周围，最后，可通过压裂出树枝状缝网的排采缝22伸展至煤层深部，降压解析出瓦斯(煤层气)，并汇集至排采孔21主通道，提高了煤层气波及范围和导流能力，最终实现瓦斯增产以及提高瓦斯排采效率。另外，本实施例中的供液车3相较于传统的只能在地面活动工作的油气田压裂设而言，该供液车3设计线性结构，能与狭窄的煤矿坑道内轨道(运煤轨道)配合，通过供液车3在煤矿坑道内的轨道上的行走，可以在对一个排采面2排采完成后移动至下一个排采面2进行压裂排采，施工便捷高效。
34.其中，可以理解的是，压裂滑套111可以采用投球打开的方式，压裂滑套111打开后，压裂管112上的压裂孔不再被遮挡，高压的压裂液可以从压裂孔中流出作用于煤体实现压裂。
35.可选地，参见图1，所述供液车3包括坑道增压车33、坑道混砂车32和坑道配液车31，所述坑道配液车31用于配制压裂液，所述坑道混砂车32用于储存压裂液，所述坑道增压车33用于将所述坑道混砂车32中储存的压裂液增压后供入所述压裂管柱1中。
36.这里，线性结构的供液车3由呈线性布局的坑道配液车31、坑道混砂车 32以及坑道增压车33组成，即将线性结构的供液车3进行模块化设置，可以将坑道配液车31、坑道混砂车32和坑道增压车33逐个通过竖井吊运下井、斜井牵引抵达采掘煤层，然后借助煤矿坑道内的轨道(运煤轨道)系统机动牵引。可根据压裂规模实施编组成列，在狭长的煤坑道内线性布置压裂装备，更适合煤矿井下巷道施工。
37.可选地，在煤矿坑道内轨道上线性排布的各车体之间可以通过车钩相互连接在一起，便于轨道系统机动牵引。
38.可选地，参见图3，坑道配液车31包括第一坑道轨道底盘311、压裂液配制罐312、煤安电机型搅拌器313和压裂药剂添加器314，所述第一坑道轨道底盘311适于行走在煤矿坑道内的轨道上，所述压裂液配制罐312设置于所述第一坑道轨道底盘311上，所述煤安电机型搅拌器313和所述压裂药剂添加器314分别设置于所述压裂液配制罐312上。
39.这里，坑道配液车31是在第一坑道轨道底盘311上安装压裂液配制罐 312，在压裂液配制罐312有压裂药剂添加器314和煤安电机型搅拌器313，配置压裂液时，向压裂液配制罐312注入配置水，并从压裂药剂添加器314 加入定量压裂液添加剂，再用煤安电机型搅拌器313进行搅拌均匀，充分溶解获得合格压裂液。其中，坑道轨道底盘是原本适于用在运煤轨道上的运煤结构，本实施例中，不需要再单独生产该坑道轨道底盘，而且，将供液车模块化设计，不仅能够运输至煤矿坑道中，而且可以减轻运煤轨道的承重负担。
40.可选地，参见图3，所述坑道混砂车32包括第二坑道轨道底盘321、压裂液储存罐322和支撑剂添加机构323，所述第二坑道轨道底盘321适于行走在所述煤矿坑道内的轨道上，所述压裂液储存罐322设置于所述第二坑道轨道底盘321上，所述支撑剂添加机构323设置于所述压裂液储存罐322上。
41.这里，坑道混砂车32也是采用原本适用在运煤轨道上的坑道轨道底盘，记为第二坑道轨道底盘321，第二坑道轨道底盘321上安装压裂液储存罐322，压裂液储存罐322上有支撑剂添加机构323，压裂液在坑道配液车31配置好后，泵入压裂液储存罐322储存缓冲，压裂时，坑道增压车33从压裂液储存罐322抽取压裂液，同时通过支撑剂添加机构323投入压裂液设计所需支撑剂，确保浓度复合压裂施工需要。
42.其中，支撑剂会随压裂液一起进入压裂后的排采缝22中，用于支撑排采缝22，防止排采缝22在后续排采瓦斯时闭合会张口变小。
43.可选地，参见图3，所述支撑剂添加机构323包括加砂漏斗3231和集流斗3232，所述加砂漏斗3231设置于所述压裂液储存罐322上，所述加砂漏斗3231的底端与所述压裂液储存罐322的内部连通，所述集流斗3232设置于所述压裂液储存罐322的内部并位于所述加砂漏斗3231的下方，所述集流斗 3232的底端适于与所述坑道增压车33的输入端连接。
44.这里，可以从加砂漏斗3231处添加支撑剂，集流斗3232位于加砂漏斗 3231的下方
不远处，如此，坑道增压车33的输入端与集流斗3232的底端连接后，集流斗3232处可形成负压，将加砂漏斗3231中添加的支撑剂以及压裂液储存罐322中的压裂液一起集流吸入集流斗3232中，最终由坑道增压车 33增压后供入压裂管柱1中。
45.其中，坑道混砂车32不限于从加砂漏斗3231处手工投放支撑剂，也可包括替代方案安装绞龙系统机械投放支撑剂，也可采用液体计量泵、螺杆马达转子干添设备添加液态剂、粉剂。
46.可选地，参见图1和图4，所述坑道增压车33包括第三坑道轨道底盘331、压裂泵332和煤安型驱动电机333，所述压裂泵332和所述煤安型驱动电机333分别设置于所述第三坑道轨道底盘331上，所述煤安型驱动电机333与所述压裂泵332驱动连接。
47.这里，坑道增压车33也是采用原本适用在运煤轨道上的坑道轨道底盘，记为第三坑道轨道底盘331，并在第三坑道轨道底盘331上安装压裂泵332和煤安型驱动电机333，在煤安型驱动电机与压裂泵332之间可以设置有减速传动结构334，其中，压裂泵332可以是压裂柱塞泵。
48.其中，采用煤安型电机以及前述的煤安电机型搅拌器313，可以提高在煤矿坑道内压裂施工安全性，实现防火防爆，杜绝诱发瓦斯爆炸。避免了传统的内燃机在巷道内空气消耗，导致巷道有限氧气消耗而窒息的问题。
49.可选地，参见图1，所述坑道增压车33设置有多个，令其中一个所述坑道增压车33为标定增压车33a，令其余为其他增压车33b，所述其他增压车 33b的输入端和所述标定增压车33a的输入端适于分别与所述坑道混砂车32 连通，所述其他增压车33b的输出端与所述标定增压车33a的输出端适于汇流后供入所述压裂管柱1中。
50.这里，压裂施工需要大排量、高压力，一个坑道增压车33在排量上可能难以满足煤体启开裂缝、持续压开裂缝施工目的；同时由于煤矿坑道的轨道车(前述的坑道轨道底盘)运输重量限制，无法安装大型压裂泵，需要多套坑道增压车33同时工作保证确保排量。
51.其次，压裂施工压力高，坑道增压车33是主设备，其容易发生故障，又难以高压下维护，故采用两个或更多个坑道增压车33形成车组进行压裂施工，一方面可以满足不同的压力需求，另一方面，即使某一个坑道增压车33出现故障，也可以切换其他的坑道增压车33使用。
52.可选地，参见图1和图3，煤矿坑道压裂装置还包括管道系统，所述管道系统包括低压管道4和高压管道5，所述低压管道4的一端适于与所述标定增压车33a的输入端连接，所述低压管道4的另一端适于与所述坑道混砂车32 连通，所述其他增压车33b的输入端适于与所述低压管道4连通，所述高压管道5的一端与所述其他增压车33b的输出端连接，所述高压管道5的另一端与所述标定增压车33a的输出端汇流。
53.这里，在标定增压车33a和其他增压车33b中的压裂泵332启动后，压裂液储存罐322中的压裂液以及投入的支撑剂一部分进入标定增压车33a的压裂泵332中，另一部分进入其他增压车33b的压裂泵332中，并从高压管道5与标定增压车33a的输出端汇流实现增压。
54.可选地，参见图1和图2，所述管道系统还包括多个分流管6，多个所述分流管6的一端适于分别与多个所述压裂管柱1连接，多个所述分流管6的另一端适于均与所述标定增压车33a的输出端连接。
55.这里，标定增压车33a增压后的压裂液和其他增压车33b增压后的压裂液汇流后分别供入多个分流管6中，每个分流管6在煤矿坑道的排采面2上呈竖直分布，压裂效率高效。
56.其中，分流管6、高压管道5、低压管道4以及压裂液配制罐与压裂液储存罐之间的管道上均可以设置有控制阀门，用于节段或连通管道。
57.另外，本实用新型另一实施例还提供一种煤矿坑道瓦斯排采设备，包括所述的煤矿坑道压裂装置。
58.由于所述煤矿坑道瓦斯排采设备的技术改进与技术效果与前述煤矿坑道压裂装置一样，因此不再对所述煤矿坑道瓦斯排采设备的技术效果做出说明。
59.术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”和“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
60.虽然本实用新型公开披露如上，但本实用新型公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本实用新型公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。