本发明属于煤层增渗，具体涉及煤层破碎顶底板高频振动辅水力压裂增渗装置及应用方法。
背景技术：
1、我国大部分煤层为高瓦斯压力、高地应力和低渗透性煤层，煤层开采过程中瓦斯动力现象严重，地质条件复杂，煤层透气性差，导致大部分煤层抽采利用率较低，需进行压裂增渗。
2、常规的水力压裂技术，比如cn202211184025.2披露的增渗泄压装置、以及cn201711125065.9披露的水力压裂增渗装置，需先用钻杆钻出致裂孔，然后将高压水注入致裂孔中进行水力压裂，无法控制煤体裂纹的起裂位置，且裂缝延伸范围较小，容易造成水锁现象，堵塞瓦斯运转的通道。并且，现有技术在破碎顶底板煤层中，会造成高压水从破碎顶底板中流失和高压水无法封堵的情况，因此，需要开发一种能够实现煤层破碎顶底板两端封堵的复合水力压裂增渗装置。
技术实现思路
1、本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，本发明的第一个目的是提供一种煤层破碎顶底板高频振动辅水力压裂增渗装置，本发明的第二个目的是提供一种基于前述增渗装置的应用方法。
2、为达到上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：煤层破碎顶底板高频振动辅水力压裂增渗装置，包括中空设置的前端设有钻头的钻杆，钻头为由水力驱动的水力钻头，钻杆的进水口连接有供水装置，钻杆的内部为水流通道，供水装置提供的高压水能够进入钻杆内；钻杆与钻机连接，在钻机和水力钻头的作用下，钻杆能够在目标煤层或岩层施工钻孔；钻杆的侧壁上安装有位于水力钻头后侧的若干水力喷嘴，钻杆中安装有由水力驱动的水力振动装置；钻杆还连接有位于水力钻头后侧的用于封堵钻孔孔底和破碎顶板的前封堵器、以及用于封堵钻孔孔口和破碎底板的后封堵器。
3、上述技术方案，通过设置水力钻头、水力喷嘴和水力振动装置，在钻孔的同时进行水力压裂造穴和高频振动增透，效率高，且通过控制钻杆送入的位置便可控制煤体裂纹的起裂位置；通过设置后封堵器和前封堵器封堵破碎底板和破碎顶板，可避免钻孔内的高压水从破碎顶板和破损底板中流失。本发明集钻杆定向钻进、水力压裂改造煤体宏观裂隙、高频振动波改造煤体微缝网结构三大功能于一体，在钻孔的同时精准的进行水力压裂造穴和高频振动增透，可高效改善媒体全尺度孔、裂隙结构，有利于打通煤体中瓦斯的扩散、渗流通道，更大限度提升煤体中瓦斯的解吸-扩散-渗流。
4、在本发明的一种优选实施方式中，前封堵器和后封堵器均为由弹性材料制成的环绕在钻杆外的水囊，通过向水囊中注入水使之膨胀以封堵。
5、上述技术方案，前封堵器和后封堵器为水囊，通过注水的方式进行封堵，可靠性高，快捷高效。
6、在本发明的一种优选实施方式中，前封堵器固定在钻杆外，钻杆侧壁上具有与前封堵器内部相通的通水孔，钻杆内的高压水能够经通水孔进入前封堵器内使之膨胀；后封堵器可在钻杆上滑动，后封堵器具有注水口。
7、上述技术方案，前封堵器固定在钻杆外，随钻杆的一起移动位置，以封堵钻孔底部和破碎顶板，后封堵器位置固定，不随钻杆移动位置，以封堵钻孔孔口和破碎底板。
8、在本发明的一种优选实施方式中，钻孔的孔口还固接有位于后封堵器后侧的对其进行支撑的支撑座。
9、上述技术方案，支撑座用于支撑和固定后封堵器的位置，保证后封堵器不随钻杆移动。
10、在本发明的一种优选实施方式中，钻杆中安装有位于水力喷嘴和水力振动装置之间的涡轮，钻杆中的水力钻头与水利喷嘴之间还依次设有静阀盘和动阀盘。
11、上述技术方案，高压水进入钻杆中，通过涡轮增压，再通过水力钻头后侧的静阀盘和动阀盘形成水压脉冲，作用于水力振动装置产生高频振动。
12、为达到上述第二个目的，本发明采用如下技术方案：煤层破碎顶底板高频振动辅水力压裂增渗装置的应用方法，包括如下步骤：步骤一：选择目标煤层，将钻杆与钻机连接；步骤二：在高压水的水力作用下水力钻头旋转，同时利用钻机送入钻杆，通过钻杆钻进以形成钻孔、并将钻杆送至煤层内的指定位置；步骤三：利用前封堵器和后封堵器对钻孔的两端进行封孔，通过供水装置向钻杆内注水，钻杆中的高压水通过涡轮进行增压，通过水力喷嘴将高压水喷出，进行水力压裂增透作业，高压水在经过动阀盘和静阀盘时，产生的水力脉冲作用于水力振动装置产生高频振动，进行高频振动增透作业；步骤四：持续向钻杆中注水，在水力钻头的作用下，钻杆向前钻进至下一指定位置后暂停，水力喷嘴在新的位置进行水力压裂增透作业，水力振动装置在新的位置进行高频振动增透作业，直至完成整个钻孔的水力压裂和高频振动增透；步骤五：增透结束后，排放钻孔积水，撤出增透装置，将钻孔接入瓦斯抽采管路。
13、上述技术方案，在水力钻头的作用下，通过钻机将钻杆送至指定位置，在指定位置先进行水力压裂改造煤体宏观裂隙，以控制媒体裂纹的起裂位置，再进行高频振动波改造煤体微缝网结构；一个指定位置增透完毕后，再将钻杆送入下一指定位置进行水力压裂造穴和高频振动增透，在钻孔的同时进行水力压裂造穴和高频振动增透，更高效。
14、在本发明的另一优选的实施方式中，微震监测的传感器检测破裂事件发生位置，判断不同位置的裂缝长度和宽度的乘积作为破裂强度并从大到小排序，获取破裂强度的平均值，筛选破裂强度序列里前10％的破裂强度和位置、以及破裂强度序列里后10％的破裂强度和位置为待调整位置；在钻杆内设置有由连续体机器人携带的至少一个能够分别移动的水力振动装置，连续体机器人使水力振动装置移动至待调整位置，调整待调整位置的振动频率和/或振动幅度。
15、上述技术方案，通过微震监测的传感器检测压裂时破裂事件发生位置，高频振动增透作业时，移动水力振动装置的位置，调整破损强度过高和过低位置的振动频率和/或振动幅度，以达到尽量均匀增透的目的。
16、在本发明的另一优选的实施方式中，水力振动装置在待调整位置对应的振动频率可通过如下公式调整：
17、破裂强度序列里前10％的待调整位置；
18、破裂强度序列里后10％的待调整位置；
19、其中，v是流体的速度，l是水力振动装置的振动部件的有效长度，wp为破裂强度序列里前10％的待调整位置的破裂强度，we为不同位置的破裂强度的平均值，wl为破裂强度序列里后10％的待调整位置的破裂强度。
20、上述技术方案，对于破裂强度强的位置，降低水力振动装置的振动频率，对于破裂强度弱的位置，提高水力振动装置的振动频率，以使煤层的增透更均匀。
21、在本发明的另一优选的实施方式中，水力振动装置的在待调整位置对应振动幅度可通过如下公式调整：
22、破裂强度序列里前10％的待调整位置；
23、破裂强度序列里后10％的待调整位置；
24、其中，p是水压，c是一个常数，k是弹性系数。
25、上述技术方案，对于破裂强度强的位置，降低水力振动装置的振动幅度，对于破裂强度弱的位置，提高水力振动装置的振动幅度，以使煤层的增透更均匀。
26、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
1.煤层破碎顶底板高频振动辅水力压裂增渗装置，其特征在于，包括中空设置的前端设有钻头的钻杆，所述钻头为由水力驱动的水力钻头，所述钻杆的进水口连接有供水装置，钻杆的内部为水流通道，供水装置提供的高压水能够进入钻杆内；
2.根据权利要求1所述的煤层破碎顶底板高频振动辅水力压裂增渗装置，其特征在于，所述前封堵器和后封堵器均为由弹性材料制成的环绕在钻杆外的水囊，通过向水囊中注入水使之膨胀以封堵。
3.根据权利要求2所述的煤层破碎顶底板高频振动辅水力压裂增渗装置，其特征在于，所述前封堵器固定在钻杆外，钻杆侧壁上具有与前封堵器内部相通的通水孔，钻杆内的高压水能够经通水孔进入前封堵器内使之膨胀；
4.根据权利要求3所述的煤层破碎顶底板高频振动辅水力压裂增渗装置，其特征在于，所述钻孔的孔口还固接有位于后封堵器后侧的对其进行支撑的支撑座。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的煤层破碎顶底板高频振动辅水力压裂增渗装置，其特征在于，所述钻杆中安装有位于水力喷嘴和水力振动装置之间的涡轮，所述钻杆中的水力钻头与水利喷嘴之间还依次设有静阀盘和动阀盘。
6.基于权利要求5所述的煤层破碎顶底板高频振动辅水力压裂增渗装置的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，微震监测的传感器检测破裂事件发生位置，判断不同位置的裂缝长度和宽度的乘积作为破裂强度并从大到小排序，获取破裂强度的平均值，筛选破裂强度序列里前10％的破裂强度和位置、以及破裂强度序列里后10％的破裂强度和位置为待调整位置；
8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，所述水力振动装置在待调整位置对应的振动频率可通过如下公式调整：
9.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于，所述水力振动装置的在待调整位置对应振动幅度可通过如下公式调整：
