[实用新型]向煤层循环注入热水和液氮的增透系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及煤及煤层气开采技术领域，尤其涉及煤层增透技术。

背景技术

煤矿是我国的主要能源来源，随着煤炭的不断开采利用，煤炭开采逐渐向深部发展。受地应力、温度等的影响，较深处煤层的渗透率降低，瓦斯不易排出，开采过程中极易因为瓦斯发生事故，因此，提高深处煤层渗透性预抽煤层瓦斯具有重要的安全意义。当然，煤层气具有可燃性，抽采煤层气也具有积极的经济意义。

国内学者一直致力于寻求多种煤层卸压增透的技术方法，目前煤层泄压增透措施主要有水力冲孔、水力割缝、开采层保护、松动爆破和控制爆破等，但是这些措施本身存在一定的缺陷。例如水力冲孔技术一般只能应用煤层硬度f值小于0.5的软煤层，适用性差、工艺复杂；水力割缝技术能提高瓦斯自然排放量，但是工作量大，保护距离短；松动爆破和控制爆破技术增透煤体产生的污染较大，并容易发生局部压力过高或产生明火、在巷道瓦斯超限的情况下发生瓦斯爆炸事故，且松动爆破技术大多用于弱突出强度的硬煤层。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有增透措施的不足，提供一种向煤层循环注入热水和液氮的增透系统，能够同时通过多个钻孔向煤层循环加注热水和液氮，大幅提高煤层渗透性，便于抽采煤层瓦斯。

为实现上述目的，本实用新型的向煤层循环注入热水和液氮的增透系统包括热水加注子系统、液氮加注子系统、两位三通阀以及煤层加注子系统；

热水加注子系统包括与热水源相连接的热水管路，以热水的流动方向为前向，热水管路上由后向前依次设有第一减压阀、热水箱和第一增压泵；热水管路的前端与两位三通阀的第一接口相连通；

液氮加注子系统包括与液氮源相连接的液氮管路，以液氮的流动方向为前向，液氮管路上由后向前依次设有第二减压阀、液氮箱和第二增压泵；液氮管路的前端与两位三通阀的第二接口相连通；液氮箱及液氮管路外分别设有保温层；

煤层加注子系统包括与两位三通阀的第三接口相连通的加注总管、多通管和若干钻孔加注结构，加注总管上设有压力表；

多通管包括同中心线设置的内管和外管，内管和外管之间围成截面呈环形的加注腔；外管连接有一个进液接口和若干出液接口，进液接口连接加注总管；各出液接口沿外管的周向均匀分布，各出液接口分别连接有加注连接管；

钻孔加注结构包括枝状钻孔，枝状钻孔连接有加注支管，加注支管与多通管的一个加注连接管通过管道接口相连通，枝状钻孔的孔口处设有封孔器；加注支管穿过封孔器且其末端开口于枝状钻孔的孔底处；封孔器上还穿设有排放管，排放管的内端位于封孔器的钻孔内侧且与封孔器相邻，排放管的外端位于封孔器的钻孔外侧；枝状钻孔外的排放管上设有排放阀。

所述第一增压泵与两位三通阀之间的热水管路上设有第一单向阀，所述第一增压泵与两位三通阀之间的液氮管路上设有第二单向阀。

所述第一减压阀、热水箱、第一增压泵、第二减压阀、液氮箱、第二增压泵、所述两位三通阀、多通管和钻孔加注结构均位于底板巷内。

本实用新型具有如下的优点：

本实用新型能够利用液氮加注子系统和热水加注子系统，通过钻孔循环将热水和液氮注入煤层，对煤体产生温度冲击。高温和低温均对煤岩体孔隙结构有一定的损伤结构。煤层注水后再注液氮，会导致煤层中的水迅速结冰膨胀，水体膨胀大大扩大了煤体损伤，产生更好的增透效果。液氮气化时也会使煤体处压力剧增，进一步扩大煤体损伤。由于煤体损伤扩大，因此再次向煤层注入热水后，水能够在更大范围内渗入煤体，并在下一轮冷冻膨胀时再次迅速扩大煤体损伤。如此循环注热水和液氮，能够产生比单纯注热水和液氮效果好得多的增透效果，煤体的增透范围也较单纯注热水或液氮得到大幅度提高。

本实用新型的增透系统和增透方法能够大幅提高深处煤层的渗透性，便于瓦斯预抽采，对于减少瓦斯事故和煤层气增产具有重大意义。

液氮化学性质稳定，原材料（利用大气即可制备）极多，容易制备，价格低廉；矿区的洗浴中心以及职工餐厅原有锅炉均作为热水源提供热水，便于提高现有设备的利用率，具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是多通管的截面示意图；

图3是热水管路和液氮管路通入井下的结构示意图；

图4是图3中A处的放大图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型的向煤层循环注入热水和液氮的增透系统包括热水加注子系统、液氮加注子系统、两位三通阀25以及煤层加注子系统；