[發明專利]低透難解吸煤層爆破與注氣聯合增強瓦斯抽采裝置及方法

在審

• 申請號: 202111180499.5
• 申請日: 2021-10-11
• 公開（公告）號: CN113790080A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 范超軍;文海歐;梁冰;李勝;楊振華;楊雷
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/00;E21B43/26;E21B33/13;E21B43/16
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種低透難解吸煤層爆破與注氣聯合增強瓦斯抽采裝置，其特征在于：包括孔內組件和孔外組件；所述孔內組件包括PDC鉆頭、鉆桿、螺旋葉片及爆破增透堵頭；所述PDC鉆頭安裝在鉆桿底端，所述爆破增透堵頭安裝在鉆桿頂端且位于鉆孔孔口處；在所述爆破增透堵頭外側套裝有充氣式封孔囊袋；所述螺旋葉片設置在鉆桿的桿體表面；在所述鉆桿的桿體表面設有若干燃爆控制器，每個燃爆控制器均外接有燃爆混合氣輸入管和燃爆點火導線；所述孔外組件包括燃爆混合氣供給機構和智能點火控制柜，在智能點火控制柜內還設有燃爆混合氣控制閥組；所述燃爆點火導線密封穿過爆破增透堵頭與智能點火控制柜相連；所述燃爆混合氣輸入管密封穿過爆破增透堵頭與智能點火控制柜內的燃爆混合氣控制閥組的出氣端相連，燃爆混合氣控制閥組的進氣端與燃爆混合氣供給機構相連。

2.根據權利要求1所述的一種低透難解吸煤層爆破與注氣聯合增強瓦斯抽采裝置，其特征在于：所述燃爆控制器位于相鄰的兩片螺旋葉片中間處，且相鄰的兩處燃爆控制器之間具有90度相位角，全部燃爆控制器在鉆桿桿體上呈螺旋狀態空間分布。

3.根據權利要求1所述的一種低透難解吸煤層爆破與注氣聯合增強瓦斯抽采裝置，其特征在于：所述燃爆控制器包括點火電極、燃爆混合氣噴氣孔、噴氣孔密封板、密封板支撐導向桿、密封板支撐導向孔、密封板復位彈簧、彈簧定位板及三通管；在所述鉆桿桿體上開設有點火電極安裝孔，所述點火電極位于點火電極安裝孔內；所述燃爆混合氣噴氣孔數量為兩個且對稱分布在點火電極兩側；所述密封板支撐導向孔位于燃爆混合氣噴氣孔外側，所述噴氣孔密封板位于燃爆混合氣噴氣孔的出口側，所述密封板支撐導向桿位于密封板支撐導向孔內，密封板支撐導向桿一端與噴氣孔密封板相固連；所述密封板復位彈簧位于密封板支撐導向孔內，所述密封板支撐導向桿另一端與密封板復位彈簧一端相固連，密封板復位彈簧另一端通過彈簧定位板與鉆桿桿體相固連；兩個所述燃爆混合氣噴氣孔的進口側通過三通管與燃爆混合氣輸入管相連通；所述點火電極與燃爆點火導線相連接。

4.根據權利要求1所述的一種低透難解吸煤層爆破與注氣聯合增強瓦斯抽采裝置，其特征在于：所述燃爆混合氣供給機構包括瓦斯儲氣罐、瓦斯空氣混合罐、燃爆混合氣存儲罐及增壓泵；所述瓦斯儲氣罐的出氣口與瓦斯空氣混合罐的瓦斯進口相連通，二者之間的管路上設有第一截止閥；所述瓦斯空氣混合罐的空氣進口與干燥空氣供氣源相連通，二者之間的管路上設有第二截止閥；所述瓦斯空氣混合罐的混合氣出口與燃爆混合氣存儲罐的進氣口相連通，二者之間的管路上設有第三截止閥；所述燃爆混合氣存儲罐的出氣口與增壓泵的進氣口相連通，二者之間的管路上設有第四截止閥；所述增壓泵的出氣口與智能點火控制柜內的燃爆混合氣控制閥組的進氣端相連通，二者之間的管路上依次設有第五截止閥和單向閥，且單向閥的出氣口與智能點火控制柜內的燃爆混合氣控制閥組的進氣端相連通。

5.一種低透難解吸煤層爆破與注氣聯合增強瓦斯抽采方法，采用了權利要求1所述的低透難解吸煤層爆破與注氣聯合增強瓦斯抽采裝置，其特征在于包括如下步驟：

步驟一：選定煤層的瓦斯抽采區域，在選定區域內標定打孔位置，采用平行打孔法，并由PDC鉆頭、鉆桿、螺旋葉片及爆破增透堵頭構成的孔內組件完成鉆孔的打孔作業，且在打孔結束后，將孔內組件留置在鉆孔內，之后通過向充氣式封孔囊袋內充氣完成鉆孔的封孔；

步驟二：打開第一截止閥，通過瓦斯儲氣罐向瓦斯空氣混合罐內注入瓦斯，同時打開第二截止閥，通過干燥空氣供氣源向瓦斯空氣混合罐內注入干燥空氣，直到瓦斯空氣混合罐的瓦斯濃度達到設定值，并形成燃爆混合氣，之后關閉第一截止閥和第二截止閥；

步驟三：打開第三截止閥，將混配好的燃爆混合氣注入燃爆混合氣存儲罐中，直到燃爆混合氣充滿燃爆混合氣存儲罐，之后關閉第三截止閥；

步驟四：打開第四截止閥、第五截止閥及智能點火控制柜內的燃爆混合氣控制閥組，同時啟動增壓泵，將燃爆混合氣存儲罐中的燃爆混合氣通過燃爆混合氣輸入管注入燃爆控制器的燃爆混合氣噴氣孔內，在壓差作用下，噴氣孔密封板被頂開，使密封板復位彈簧處于伸長狀態，高壓的燃爆混合氣持續不斷充入鉆孔中，當燃爆混合氣噴氣孔與鉆孔之間的壓差減小到不足以克服密封板復位彈簧的彈簧力時，在密封板復位彈簧的彈簧力作用下會使噴氣孔密封板重新關閉，此時關停增壓泵，同時關閉第四截止閥、第五截止閥及智能點火控制柜內的燃爆混合氣控制閥組；

步驟五：通過智能點火控制柜控制點火電極產生電火花，利用電火花引爆鉆孔中的燃爆混合氣，在爆炸沖擊作用下使鉆孔周圍的煤層產生裂隙，且相鄰鉆孔之間通過裂隙導通；

步驟六：將孔內組件移除鉆孔，然后在若干鉆孔內交替插入瓦斯抽采管和二氧化碳注氣管，且所有的鉆孔孔口處均安裝瓦斯抽采堵頭，瓦斯抽采管和二氧化碳注氣管均密封穿過瓦斯抽采堵頭，在瓦斯抽采堵頭外側也套裝有充氣式封孔囊袋，通過向充氣式封孔囊袋內充氣完成鉆孔的封孔；

步驟七：將瓦斯抽采管接入礦場內的負壓瓦斯抽采設備，同時將二氧化碳注氣管接入礦場內的二氧化碳供氣設備，之后啟動負壓瓦斯抽采設備和二氧化碳供氣設備，二氧化碳氣體首先通過二氧化碳注氣管注入對應鉆孔內，然后由鉆孔進入周圍裂隙內用于驅替煤層內的瓦斯，被驅替的瓦斯會通過裂隙進入用于瓦斯抽采的鉆孔內，最后經由瓦斯抽采管排出，實現瓦斯抽采。