[发明专利]一种煤矿井下多级燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法

说明书

一种煤矿井下多级燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法，通过高压气瓶和减压阀通过注气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。重复生成冲击波形成多级冲击，后一级的冲击在前一级的基础上继续冲击，使钻孔周围煤体裂纹进一步扩展贯通，经过多级冲击压缩N₂或CO₂后，钻孔周围煤体会形成更多的裂隙网络。同时高温高压冲击波余热能够促进煤体解吸，起到一定的驱替瓦斯作用，进而强化钻孔高效抽采瓦斯。

技术领域

本发明涉及煤体致裂与瓦斯抽采，具体涉及一种煤矿井下多级燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法。

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：

一种煤矿井下多级燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法，包括步骤：

S1：在煤层中施工冲击钻孔；

S2：在冲击钻孔中放置带有活塞的多孔圆筒，将注气抽采管的一端穿过活塞放入多孔圆筒内，注气抽采管的另一端伸出到冲击钻孔外；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钻孔外的燃烧室相连，冲击波导入管不穿过活塞；

S3：将冲击钻孔封孔后，通过注气抽采管向冲击钻孔内注入N₂或CO₂，之后关闭注气抽采管；

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，活塞沿注气抽采管滑动挤压冲击钻孔内的N₂或CO₂，使冲击钻孔周围的煤体产生大量裂隙；

S6：打开注气抽采管向冲击钻孔内继续注入N₂或CO₂挤压活塞使活塞复位，之后关闭注气抽采管；

S7：重复步骤S5和S6，多次冲击压缩N₂或CO₂致裂煤体，使冲击钻孔周围煤体形成裂隙网络。