[發(fā)明專利]一體化強化煤層瓦斯抽采系統(tǒng)以及抽采方法

有效

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• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112780243B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設計）人: 林柏泉;鐘玉婷;劉統(tǒng);王一涵;曹軒;王正;白海鑫;鐘璐斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/24;E21B7/00;E21B7/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

本發(fā)明公開了一體化強化煤層瓦斯抽采系統(tǒng)以及抽采方法，將脈沖微波發(fā)生系統(tǒng)和脈沖水力化系統(tǒng)結(jié)合起來，微波的輻射能夠降低煤巖抗拉強度，加深脈沖水力切割的縫槽深度，加快割縫速度，縫槽的存在使水力壓裂產(chǎn)生的裂紋擴展方向有一定的控制，同時微波輻射對煤體擴孔造隙和水力壓裂在縫槽的導向作用下產(chǎn)生的裂隙能夠相互擴展貫通，增加了煤層透氣性，提高煤層瓦斯抽采量，隨著脈沖方向的改變，水力化措施和微波交替作用煤體，裂隙擴展范圍更廣，避免一直不停的重復水力割縫造成鉆頭的損傷，每次少量的高壓水作用，使微波加熱更快，更大程度的避免高壓水造成的煤層水鎖效應。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于煤礦瓦斯防治利用領域，應用到高瓦斯、低滲透、硬煤層，具體的為一體化強化煤層瓦斯抽采系統(tǒng)以及抽采方法。

背景技術(shù)

瓦斯抽采是治理瓦斯災害的最有效方法，而煤層透氣性則制約著煤層瓦斯抽采率。我國大部分煤層的主要特點是低透氣性，隨著開采深度的增加，煤層的透氣性越來越差，嚴重影響了瓦斯的抽采效果。為了提高瓦斯抽采率，比較常用的方法是增加煤層透氣性來增加瓦斯抽采量，主要使用的水力化措施有水力割縫、水力壓裂等。但是單獨使用水力割縫時，割縫的深度有限制，導致抽放半徑小，只有大量鉆孔才能有效抽放瓦斯，而單獨使用水力壓裂，無法控制裂紋的起裂位置，并且裂紋擴展范圍較少，無法使瓦斯充分解吸。這些問題的存在，使水力壓裂和水力割縫在現(xiàn)場的應用有一定限制，亟需提出新的方法，解決這些局限性，從而提高煤層透氣性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一體化強化煤層瓦斯抽采系統(tǒng)以及抽采方法用以解決上述背景技術(shù)中提出的技術(shù)問題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：

一體化強化煤層瓦斯抽采系統(tǒng)，其特征在于，包括脈沖水力化系統(tǒng)和脈沖微波發(fā)生系統(tǒng)，所述脈沖水力化系統(tǒng)主要包括脈沖控制系統(tǒng)、貯水箱、高壓水泵，所述脈沖微波發(fā)生系統(tǒng)主要包括脈沖控制系統(tǒng)、微波源、波導，所述脈沖控制系統(tǒng)通過導線分別連接高壓水泵和微波源，從而調(diào)控所述脈沖水力化系統(tǒng)和所述脈沖微波發(fā)生系統(tǒng)。

進一步地，所述脈沖控制系統(tǒng)的正向脈沖輸出是水力化措施作用時間，反向脈沖輸出是微波作用時間，微波系統(tǒng)的波導轉(zhuǎn)換器有諧振式波導縫隙天線陣。

進一步地，所述脈沖水力系統(tǒng)通過注液管與擴容鉆桿連接，然后伸入水力化鉆孔，所述注液管設置在所述擴容桿內(nèi)。

進一步地，所述脈沖微波發(fā)生系統(tǒng)通過微波轉(zhuǎn)換器與感應探頭連接，伸入脈沖微波鉆孔。

進一步地，，所述脈沖控制系統(tǒng)還通過導線連接溫度感應器，以及控制電磁閥的開啟。

一體化強化煤層瓦斯抽采方法，包括如下幾個步驟：

步驟一、在煤層交替施工水力化鉆孔和微波鉆孔，鉆孔間距為2.5-3m；

步驟二、脈沖水力化系統(tǒng)首先通過注液管依次連接擴容鉆桿、多功能鉆頭伸入水力化鉆孔，然后對微波鉆孔進行封孔；

步驟三、開啟貯水箱向高壓水泵注水，同時打開脈沖發(fā)生系統(tǒng)監(jiān)控高壓水泵的壓力，當水壓達到注水壓力時，通過脈沖水力化系統(tǒng)打開電磁閥，實現(xiàn)脈沖水壓在水力化鉆孔內(nèi)進行水力割縫，割縫過程中通過脈沖控制系統(tǒng)根據(jù)脈沖方向調(diào)整技術(shù)措施，當達到整周期的下半周期時，控制開啟微波源，調(diào)控波導，通過感應探頭向煤層輻射，而且旋轉(zhuǎn)微波轉(zhuǎn)換器，使諧振式波導縫隙天線陣正對鉆孔兩側(cè)的煤壁，使縫隙天線陣產(chǎn)生的最大輻射強度作用煤層，按照脈沖方向，依次調(diào)控水力割縫和微波重復作用煤層，同時連接微震儀，實時監(jiān)測裂隙擴展方向；

步驟四、完成水力割縫后，對水力化鉆孔進行封孔，通過脈沖控制系統(tǒng)打開電磁閥，同時打開遙控多功能鉆頭前的孔路，進行脈沖水力壓裂，正向脈沖進行水力壓裂，反向脈沖進行微波輻射煤層；