[發明專利]一種多脈沖式CO2

在審

• 申請號: 202110459696.4
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113431543A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 曹運興;張軍勝;張新生;郭帥房;田林;孟兵兵;曹雍星;曹克鶴
• 申請（專利權）人: 河南理工大學;河南神華能源工程有限公司;焦作市興良爆破環保科技有限責任公司;河南方舟新能源股份有限公司
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B33/10;E21B7/04;E21B43/00
• 代理公司: 鄭州隆盛專利代理事務所(普通合伙) 41143
• 代理人: 何強

一種多脈沖式CO2致裂煤層瓦斯治理方法，選擇在硬分層施工鉆孔施工，優選ZDY4000以上鉆機進行鉆孔施工，低速慢進，排出鉆孔內的鉆屑，鉆孔平直光滑；CO2致裂器采用軟連接雙向緩沖裝置連接，采用兩段式封孔技術，封孔器一連接CO2致裂器，封孔器外徑為鉆孔孔徑的40％～50％，使用鉆機將封孔器推送到距離孔口15～18m；連接封孔器二，封孔器外徑為鉆孔孔徑的60％～80％，使用鉆機將封孔器推送到距離孔口3～5m；兩個封孔器使用連接桿連接；采用上述方案，CO2致裂器產生多次高壓脈沖射流，對高瓦斯和突出煤層持續性多次沖擊，使煤層產生損傷破裂，形成復雜裂縫網絡系統，均衡并降低地應力和瓦斯壓力，促進瓦斯快速解吸、擴散和運移，均化瓦斯涌出量，提高瓦斯抽采速度和效率。

技術領域

本發明屬于高瓦斯和突出礦井瓦斯治理領域，尤其涉及一種多脈沖式CO₂致裂煤層瓦斯治理方法。

背景技術

中國煤礦瓦斯事故的現狀是與中國煤礦安全生產的歷史分不開的。我國煤礦安全形勢趨向好轉的同時，瓦斯事故仍然是煤礦安全生產的重大威脅,其占煤礦事故總量的30％以上。根據事故案例統計，2001～2018年全國煤礦共發生瓦斯類事故1752起，死亡11260人。其中瓦斯爆炸事故發生1086起,死亡8230 人,占瓦斯事故總數的62.4％,瓦斯事故總死亡人數的73.4％；煤與瓦斯突出事故共發生551起,死亡2749人,占瓦斯事故總起數的1.2％,占瓦斯事故總死亡人數的 24.8％；斯中毒窒息引起的事故發生115起,死亡226人,占瓦斯事故總數的6.4％, 占瓦斯事故總死亡人數的1.8％。

我國煤礦開采深度由淺部向深部以每年8～12m的速度增加，其中東部礦井開采深度的增加尤為迅速，達到每年10～25m的速度。開采深度越深，煤層賦含的瓦斯壓力越大，所受瓦斯等災害的威脅就越大，更多的瓦斯礦井向高瓦斯礦井或突出礦井轉化。在礦井進入深部開采以后，瓦斯涌出量逐漸增加，甚至出現涌出異常的情況。在深部礦井中，煤層壓力大，在巷道掘進、采煤作業過程中，更容易出現煤與瓦斯突出，這就為瓦斯事故的防控增加了難度。

經過大量的研究和試驗，提出了普遍適用的幾種方法：開采解放層、底板巖石巷道上行穿層孔瓦斯抽采、頂板抽采巷道、頂板巖巷下向穿層孔瓦斯抽采；密集鉆孔、水力壓裂、水力割縫、水力沖孔、水力擠出、密集鉆孔、氣體驅替、控制預裂爆破等增透卸壓方法。以物理的方式在煤體中形成孔洞，進一步形成一定范圍的卸壓區域，或者爆破方式造成煤體損傷形成大范圍裂隙傳播演化。這些技術均具有一定局限性，不能大規模推廣應用。

CO2致裂技術是非炸藥爆破技術，施工全過程中不產生火花，不會引發瓦斯和煤塵事故，操作方便適用范圍較廣。現有用于瓦斯治理的CO2致裂技術存在的技術問題，包括單根充裝量1Kg左右、單孔致裂器串聯數量低于15根，并且均采用同一充裝量、爆破壓力，不產生脈沖式作用效果，瓦斯治理達不到預期效果。

發明內容

本發明為解決現有技術中的不足之處，提供一種多脈沖式CO2致裂煤層瓦斯治理方法。為高瓦斯、突出煤層CO2致裂煤層瓦斯治理提供現場技術實施指導方法。

為了達到上述發明的目的，本發明是通過以下技術方案實現的：一種多脈沖式CO2致裂煤層瓦斯治理方法，其特征在于以下實施步驟，

(1)在高瓦斯及突出煤層區域根據煤層分布結構，選擇在硬分層施工鉆孔；

(2)選用ZDY4000以上鉆機進行鉆孔施工，低速慢進，排出鉆孔內的鉆屑，鉆孔平直光滑，鉆孔孔徑d為：63～131mm，鉆孔深度L為：80～300m；

(3)用歐姆表檢測CO2致裂器，其電阻在1.3～1.8Ω之間；

(4)選用不同充裝量、爆破壓力CO2致裂器置入鉆孔，2～4支CO2致裂器為一組，CO2致裂器總長度占鉆孔深度L的50％～85％，檢測合格的CO2致裂器采用軟連接雙向緩沖裝置，使用鉆機逐一將CO2致裂器推入鉆孔；