[發(fā)明專利]一種鉆孔內(nèi)冷脹熱驅(qū)式煤體增透方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510015228.2
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104632271A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林柏泉;洪溢都;朱傳杰;姚昊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/26;E21B36/00;E21B33/13
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉆孔內(nèi)冷脹熱驅(qū)式煤體增透方法，尤其適用于煤礦井下高瓦斯低透氣性煤層的瓦斯高效抽采。

背景技術(shù)

我國煤礦井下瓦斯治理的根本手段是以鉆孔瓦斯抽采方式為主的瓦斯抽采措施。隨著我國煤礦進(jìn)入深部開采，煤層透氣性低逐漸成為制約瓦斯高效抽采的主控因素。因此，強(qiáng)化增透成為改善瓦斯抽采效果，實現(xiàn)深部煤與瓦斯共采的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前主要采用的強(qiáng)化增透技術(shù)主要有兩種，一種是流體機(jī)械和流體介質(zhì)相配合對煤體進(jìn)行的處理的方法，例如水力割縫、水力壓裂等；另一種是炸藥爆炸等方式促使煤體致裂。兩種方法均能增大煤層透氣性，提高瓦斯抽采效果，但是仍然具有自身局限性。利用水力割縫、水力壓裂等方法時，會有水鎖效應(yīng)等抑制瓦斯解析；利用炸藥爆炸等方法時，則存在裝藥費事費力，而且炸藥本身就是危險源，對于井下安全生產(chǎn)也存在一定的威脅。因此，尋找一種安全可靠、省時省力、簡單易行和成本低廉的強(qiáng)化增透措施是十分必要的，這對提高礦井瓦斯抽采效率及預(yù)防煤與瓦斯突出具有重要意義。

眾所周知，水體在由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時，其體積會發(fā)生膨脹。利用水體自身物理性質(zhì)的變化形成膨脹擠壓，從而致裂煤體，相對水力割縫、水力壓裂、炸藥爆炸等方法而言要相對安全的多。此外，諸多研究表明，煤體的瓦斯吸附勢隨著溫度的提高會呈現(xiàn)顯著降低。伴隨瓦斯吸附勢的降低，有益于煤體瓦斯解析。因此，倘若能夠人為的對煤體附加一個溫度場，勢必會有效促進(jìn)煤體瓦斯解析。總而言之，如何將鉆孔內(nèi)水冷凝膨脹致裂和附加溫度場促進(jìn)瓦斯解析結(jié)合起來，形成技術(shù)的集成是值得思考的問題。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種安全可靠、省時省力、簡單易行和成本低廉的鉆孔內(nèi)冷脹熱驅(qū)式煤體增透方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的鉆孔內(nèi)冷脹熱驅(qū)式煤體增透方法，包括穿層鉆孔或順層鉆孔，在煤層中交錯布置抽采鉆孔和強(qiáng)化抽采鉆孔的孔位；施工抽采鉆孔、封孔、并聯(lián)入瓦斯抽采管網(wǎng)進(jìn)行瓦斯抽采；步驟如下：

a.施工強(qiáng)化抽采鉆孔，退出鉆桿后將注漿管、回漿管、熱管換熱器、冷凝管、注水管、放水管和抽采管送入鉆孔，將注漿管的外露端與注漿泵相連接、抽采管外露端與瓦斯抽采管網(wǎng)相連、冷凝管外露端與冷凝裝置相連接、注水管外露端與注水泵相連接，并在熱管,的外露段上安裝加熱裝置；

b.開啟注漿泵，通過注漿管向強(qiáng)化抽采鉆孔內(nèi)注漿，待回漿管回漿后，停止注漿，對強(qiáng)化抽采鉆孔進(jìn)行封孔；

c.啟動注水泵，通過注水閥門向強(qiáng)化抽采鉆孔內(nèi)注入帶壓水，待水壓達(dá)設(shè)定值時，關(guān)閉注水閥門和注水泵；

d.啟動冷凝裝置，通過冷凝管對強(qiáng)化抽采鉆孔進(jìn)行制冷，使鉆孔中的水由液態(tài)變成固態(tài)；

e.啟動加熱裝置，通過熱管換熱器對鉆孔進(jìn)行加熱，并通過放水管將鉆孔中的液化水排出；

f.持續(xù)對鉆孔加熱，通過提高鉆孔內(nèi)及鉆孔周圍煤體的溫度，促進(jìn)區(qū)域內(nèi)煤體的瓦斯解析，從而實現(xiàn)強(qiáng)化抽采。

所述的打穿層鉆孔時，抽采鉆孔與強(qiáng)化抽采鉆孔孔底端中心連線距離為6～8m；打順層鉆孔時，抽采鉆孔和強(qiáng)化抽采鉆孔孔口端中心連線距離為3～5m。

所述的加熱裝置采用水循環(huán)加熱裝置或電熱管加熱裝置。

有益效果：本發(fā)明利用固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)的升華或氣化制冷，首先利用水體在鉆孔內(nèi)冷凝膨脹致裂煤體，從而擴(kuò)展鉆孔周邊原有裂隙網(wǎng)，進(jìn)而利用熱管持續(xù)加熱，對鉆孔周圍煤體持續(xù)加熱，從而形成的溫度場能夠顯著降低瓦斯吸附勢，促進(jìn)瓦斯解吸，達(dá)到強(qiáng)化瓦斯抽采的目的。可以顯著擴(kuò)大單孔有效卸壓影響范圍，使煤層瓦斯抽采效率提高40％以上。該方法安全可靠，成本低廉，簡單易行，省時省力，具有廣泛的實用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的鉆孔內(nèi)冷脹熱驅(qū)式煤體增透方法示意圖；

圖2是冷凝管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-抽采管，2-布置在管道末端管壁上的微孔。圖中：1-加熱裝置，2-注漿泵，3-注漿管閥門，4-注漿管，5-回漿管閥門，6-回漿管，7-熱管，8-冷凝裝置，9-注水泵，10-氣體閥門，11-抽采管，12-抽采管閥門，13-放水管，14-放水管閥門，15-注水管，16-注水管閥門，17-冷凝管，18-冷凝管入口端，19-冷凝管出口端，20-冷凝管U型部位。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖本發(fā)明的一個實施例作進(jìn)一步的描述：

a.在煤層中交錯布置抽采鉆孔和強(qiáng)化抽采鉆孔的孔位，保障抽采鉆孔在強(qiáng)化抽采鉆孔的影響范圍內(nèi)；

b.施工抽采鉆孔，封孔，聯(lián)入瓦斯抽采管道進(jìn)行瓦斯抽采；