[發(fā)明專利]一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410070082.7
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103806934B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王剛;程衛(wèi)民;孫路路;周剛;張孝強(qiáng);黃啟銘
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司37205
• 代理人: 王連君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦采掘工作面災(zāi)害防治領(lǐng)域，尤其涉及一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在煤礦采掘過程中，瓦斯是最大的威脅之一，瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出災(zāi)害制約我國煤礦行業(yè)安全生產(chǎn)，瓦斯抽放是解決這種威脅最有效的措施，鉆孔抽放瓦斯作為我國對瓦斯的治理利用最主要的方法，能從根本上消除或降低工作面瓦斯的來源，同時抽放出來的瓦斯可以集約利用。我國煤層地質(zhì)開采條件復(fù)雜，相對于國外的煤層，具有強(qiáng)度低、透氣性差等特點。隨著煤礦開采強(qiáng)度和深度的不斷增加，高地應(yīng)力條件下，使得煤層瓦斯抽放的難度更大。

傳統(tǒng)的增透技術(shù)存在很多的缺點，如水力增透技術(shù)采用高壓水泵注水雖然拓寬了適用范圍，但水泵提供的壓力有限，產(chǎn)生的微裂隙少，很難達(dá)到理想的效果；此外注水泵的壓力越高，設(shè)備的運行、維護(hù)和管理成本越高。炸藥爆破增透技術(shù)適應(yīng)條件受限，操作工藝復(fù)雜，且安全系數(shù)低，不能排除啞炮的可能，爆破產(chǎn)生的熱量，容易引燃引爆煤體中貯存的瓦斯，在高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井中是禁用的。密集交叉鉆孔法工程量大，對煤體次生裂隙的發(fā)育影響小，增透效果差。

因此，現(xiàn)有技術(shù)有待于更進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)及方法，能有效地對煤礦深部開采中的高應(yīng)力低孔隙率煤層進(jìn)行預(yù)裂增透，提高抽放瓦斯的效率與安全性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明方案包括：

一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)，其包括預(yù)裂裝置，所述預(yù)裂裝置包括排氣外殼，其中，所述排氣外殼上均勻布置有多個排氣孔，形成排氣區(qū)域，所述排氣外殼后部設(shè)置有爆破管，所述爆破管內(nèi)設(shè)置有液態(tài)二氧化碳儲液管道，所述液態(tài)二氧化碳儲液管道進(jìn)入所述排氣區(qū)域的前端頭處封堵有一切變盤，所述液態(tài)二氧化碳儲液管道內(nèi)設(shè)置有加熱元件；所述液態(tài)二氧化碳儲液管道后端設(shè)置有注液端頭，所述注液端頭上設(shè)置有注液口，所述注液口與所述液態(tài)二氧化碳儲液管道相連通，所述注液端頭上設(shè)置有用于通向外部的電極，所述電極與所述加熱元件線路連接；所述電極給所述加熱元件通電，所述加熱元件瞬間產(chǎn)生高溫，所述液態(tài)二氧化碳儲液管道內(nèi)液態(tài)二氧化碳迅速吸熱產(chǎn)生沖擊波沖破所述切變盤，使二氧化碳自所述排氣區(qū)域劇烈噴出。

所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括分裝裝置，所述分裝裝置包括分裝支架，所述分裝支架上設(shè)置有高壓灌裝泵、液態(tài)二氧化碳鋼瓶，所述預(yù)裂裝置設(shè)置在所述分裝支架上，所述預(yù)裂裝置的注液口通過充灌軟管分別與所述高壓灌裝泵、所述液態(tài)二氧化碳鋼瓶相連通。

所述的系統(tǒng)，其中，所述預(yù)裂裝置通過推送桿送入對應(yīng)的預(yù)先開鑿的增透鉆孔內(nèi)，所述預(yù)裂裝置放入對應(yīng)增透鉆孔內(nèi)后，通過封孔單元封堵對應(yīng)增透鉆孔。

一種使用所述系統(tǒng)進(jìn)行抽放瓦斯的方法，其包括以下步驟：

確定預(yù)裂增透煤體的力學(xué)參數(shù)，然后確定液態(tài)二氧化碳裝填量的參數(shù)與加熱元件的參數(shù)，然后按照液態(tài)二氧化碳裝填量的參數(shù)與加熱元件的參數(shù)向預(yù)裂裝置內(nèi)填充液態(tài)二氧化碳與加熱元件，通過推送桿將預(yù)裂裝置送入對應(yīng)的預(yù)先開鑿的增透鉆孔內(nèi)，所述預(yù)裂裝置放入對應(yīng)增透鉆孔內(nèi)后，通過封孔單元封堵對應(yīng)增透鉆孔；電極給加熱元件通電，所述加熱元件瞬間產(chǎn)生高溫，液態(tài)二氧化碳儲液管道內(nèi)液態(tài)二氧化碳迅速吸熱產(chǎn)生沖擊波沖破切變盤，使二氧化碳自所述排氣區(qū)域劇烈噴出，將煤體沿天然裂縫切開。

本發(fā)明提供的一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)及方法，是一種相對緩慢的、膨脹的、擴(kuò)散及有剪切效果的過程，可以使釋放的二氧化碳?xì)怏w沿煤體天然裂縫剪切開來，可有效增大煤體裂隙密度和范圍，改變煤體原生裂隙的狀態(tài)，增加煤體次生裂隙的發(fā)育，為煤層瓦斯抽放創(chuàng)造良好的條件，整個預(yù)裂增透過程中無火花外露，且二氧化碳自身具備阻燃特性，技術(shù)操作具有較高的安全性；此外，本發(fā)明有效釋放煤體的彈性勢能，降低工作面沖擊地壓危險性，且依靠高壓二氧化碳?xì)怏w的膨脹所產(chǎn)生的壓力，將周邊煤體中賦存的瓦斯置換驅(qū)替，通過抽放鉆孔在瓦斯富集區(qū)域進(jìn)行瓦斯抽放，減小工作面發(fā)生煤與瓦斯突出災(zāi)害的危險。尤其是液態(tài)二氧化碳分裝工作僅需1～3分鐘，起爆至結(jié)束僅需1秒以內(nèi)，需要安全警戒距離短，無安全隱患，預(yù)裂裝置1回收方便，可連續(xù)使用3000次以上，降低了增透成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中預(yù)裂裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中分裝裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中預(yù)裂裝置的工作狀態(tài)示意圖。

具體實施方式