[发明专利]多级燃烧冲击波致裂煤体与注热交变强化瓦斯抽采方法

说明书

多级燃烧冲击波致裂煤体与注热交变强化瓦斯抽采方法，通过高压气瓶和减压阀通过注气注热抽采管向钻孔内注入大量的N₂或CO₂，之后通过高压气瓶及减压阀向高温高压燃烧室内注入一定量的甲烷和干空气，使其混合燃烧形成高温高压冲击波，当高温高压燃烧室内压力达到30MPa时电磁阀自动开启，高温高压冲击波瞬间释放，推动活塞压缩N₂或CO₂，从而使钻孔周围煤体产生大量裂隙。通过注热注气抽采管向钻孔内注入高温水蒸气促进煤体解吸。重复燃烧冲击波致裂与注热，致裂与注热交替进行促进钻孔周围煤体形成更多的裂隙网络和瓦斯的解吸流动，进而强化了钻孔内瓦斯的高效抽采。

技术领域

本发明涉及煤体致裂与瓦斯抽采，具体涉及多级燃烧冲击波致裂煤体与注热交变强化瓦斯抽采方法。

背景技术

随着对能源需求量的增加以及开采强度的增大，煤炭开采深度逐渐增加，而深部煤层具有高地应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量以及低渗透性的特性，各因素的交叉耦合作用导致深部矿井灾害频发。煤层瓦斯是引起深部矿井动力灾害的主要因素之一，全球的煤层气储量约为250万亿立方米，而煤层气不仅是一种高效的清洁能源还是一种温室气体，其产生的温室效应约为二氧化碳的25～30倍，且煤层气具有爆炸和突出危险。为了提高能源利用率以及减少矿井灾害发生，提高钻孔瓦斯抽采效率是非常必要的。钻孔瓦斯抽采是实现煤矿井下瓦斯资源化的主要手段，也是防治瓦斯灾害的重要手段。为了提高煤层钻孔抽采效率，减少瓦斯爆炸和突出危险，设计开发一种安全性高、成本低、易操作的致裂煤体强化瓦斯抽采方法是非常必要的。

我国煤层大多数为低透气性煤层，特别是开采进入深部以后煤层透气性更差，导致普通的钻孔抽采影响范围有限，卸压程度不高，钻孔流量小，衰减系数大。为了提高煤层瓦斯的抽采效率，需要对煤层进行卸压增透增加钻孔抽采影响范围。当前的煤体卸压增透技术主要有深孔爆破技术，然而深孔爆破技术具有一定的危险性，井下情况较为复杂多变尤其是深孔内部更为复杂，如果操作不当可能会引发意外事故。

发明内容

针对现有技术中存在的钻孔抽采影响范围有限，卸压程度不高，钻孔流量小，衰减系数大，危险性高，操作复杂等不足，本发明提供了一种安全性高、成本低、易操作的煤矿井下多级燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法。

本发明的技术方案具体如下：

多级燃烧冲击波致裂煤体与注热交变强化瓦斯抽采方法，包括步骤：

S1：在煤层中施工冲击注热钻孔；

S2：在冲击注热钻孔中放置带有活塞的多孔圆筒，将注气注热抽采管的一端穿过活塞放入多孔圆筒内，注气注热抽采管的另一端伸出到冲击注热钻孔外，且注气注热抽采管的另一端通过三通与注气管和注热管相连；将冲击波导入管的一端放入多孔圆筒内，冲击波导入管的另一端与冲击注热钻孔外的燃烧室相连，冲击波导入管不穿过活塞；

S3：将冲击注热钻孔封孔后，关闭注热管，打开注气管，通过注气注热抽采管向冲击注热钻孔内注入N₂或CO₂，之后关闭注气管；

S4：向燃烧室内注入可燃气体和辅助气体；

S5：通过控制系统引爆燃烧室内的可燃气体，可燃气体燃烧产生的冲击波通过冲击波导入管传入多孔圆筒内冲击活塞，活塞沿注气注热抽采管滑动挤压冲击注热钻孔内的N₂或CO₂，使冲击注热钻孔周围的煤体产生大量裂隙；

S6：关闭注气管，打开注热管通过注热注气抽采管向冲击注热钻孔内注入高温水蒸气，注入高温水蒸气持续2-3h后关闭注热管；

S7：冲击与注热钻孔内温度冷却后，将注热注气抽采管联入抽采系统进行瓦斯抽采。

进一步的，步骤S7之后还包括步骤：