[发明专利]一种热扰动与钻孔瓦斯爆炸协作煤层二次增透装置及方法

说明书

一种热扰动与钻孔瓦斯爆炸协作煤层二次增透装置及方法，包括微波辐射系统、钻孔瓦斯引爆系统、注气防灭火系统、瓦斯抽采装置。套管前端深入到钻孔内，套管后端接有微波发生器，伸出钻孔的套管上端接有瓦斯抽采装置、七氟丙烷注气管，伸出钻孔的套管下端接有钻孔瓦斯引爆监控装置。微波辐射探头及脉冲点火头随套管深入到钻孔内部，传感器通过M12连接器实时传输套管内瓦斯浓度及温度情况至监控设备。开启微波辐射装置，对煤层进行微波辐射，加热煤层并催生出裂隙孔，促进瓦斯解吸，当瓦斯浓度处于5％‑9％、10％‑16％时，脉冲点火装置点火，引爆钻孔内瓦斯，对煤层进行震裂，促进煤层瓦斯二次解吸，随后通过瓦斯抽采装置将瓦斯排出，达到预抽煤层瓦斯的效果。

技术领域

本发明涉及一种热扰动与钻孔瓦斯爆炸协作煤层二次增透装置及方法，属于煤矿井下区域煤层增透瓦斯抽采领域，尤其适用于高吸附、难解吸的瓦斯煤层作业。

背景技术

我国煤层存在一部分具有高吸附、难解吸特性的瓦斯煤层，随着采深的增加和高效集约化生产的推广，难解吸瓦斯煤层所带来的抽采效率低、钻孔施工量大等问题，已不能满足当前防治瓦斯灾害的需要，如何促进煤层瓦斯解吸、提高瓦斯抽采效果，已是近年来国外研究的技术热点，主要措施有：水力割缝、水力掏槽、深孔预裂爆破、开采保护层等，水力割缝存在硬煤切割困难、软煤割缝卸压范围有限等弊端，水力掏槽易恶化工作环境；深孔预裂爆破易产生哑炮而留有安全隐患。仅凭单一的促进瓦斯解吸技术面临着很多局限性，因此急需一种高效、复合技术来满足目前需要应对的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有高吸附、难解吸的瓦斯煤层促进瓦斯解吸技术中存在的问题，提供一种热扰动与钻孔瓦斯爆炸协作煤层二次增透装置及方法，来弥补现有单一煤层促进瓦斯解吸技术的局限性，增加煤层透气性，加快煤层瓦斯二次解吸，从而实现煤层瓦斯抽采的高效化。

技术方案：本发明的一种热扰动与钻孔瓦斯爆炸协作煤层二次增透装置，由微波辐射系统、钻孔瓦斯引爆系统、注气防灭火系统和瓦斯抽采装置组成；所述微波辐射系统由微波辐射发生器、波导管阀门、波导管、微波辐射探头组成，所述微波辐射探头外部设置有保护筛管二，所述钻孔瓦斯引爆系统由钻孔瓦斯引爆监控装置、脉冲点火头、瓦斯浓度传感器、温度传感器组成，所述注气防灭火系统由七氟丙烷注气管和注气管阀门组成，套管前端深入到钻孔内，后端接有微波发生器，所述套管上端接有瓦斯抽采装置和七氟丙烷注气管，下端接有钻孔瓦斯引爆监控装置，微波辐射探头及脉冲点火头随套管深入到钻孔内部，瓦斯浓度传感器和温度传感器通过M12连接器实时传输套管内瓦斯浓度及温度情况至瓦斯引爆监控装置。

本发明的热扰动与钻孔瓦斯爆炸协作煤层二次增透方法，包括如下步骤：

a、在待抽采瓦斯煤层钻取抽采钻孔，所述钻孔内径比套管外径大1～2mm；

b、将放置有微波辐射探头和脉冲点火头的套管前端送入到钻孔内部，用封孔材料封孔固定；套管前端布置保护筛管一，用来支撑煤层，套管后端连接微波辐射发生器，伸出钻孔的套管上端连接瓦斯抽采装置和七氟丙烷注气管，伸出钻孔的套管下端连接钻孔瓦斯引爆监控装置；

c、开启微波辐射发生器，对煤层进行微波辐射，加热煤层并在煤层中催生出裂隙孔，促进瓦斯解吸，通过瓦斯抽采装置进行瓦斯抽采；

d、当钻孔瓦斯引爆监控装置监测到瓦斯浓度处于5％-9％、10％-16％时，控制脉冲点火头点火，引爆钻孔内瓦斯，对煤层进行震裂，促进煤层瓦斯二次解吸；

e、当监测到温度较高超过阈值280℃时，通过七氟丙烷注气管注入七氟丙烷进行降温灭火。

f、重复步骤c、d、e，实现热扰动与钻孔瓦斯爆炸协作煤层二次增透抽采过程。

所述的微波辐射探头外部的高强度保护筛管，可以防止各种原因对微波辐射探头造成破坏，同时该保护筛管不会对微波辐射造成影响。