[发明专利]利用相变材料辅助液氮致裂的瓦斯抽采方法及抽采系统

说明书

本发明公开了一种利用相变材料辅助液氮致裂的瓦斯抽采方法及抽采系统，方法包括如下步骤：1)钻孔，2)建立抽采系统，3)煤层致裂，4)加热煤层，5)抽采瓦斯。抽采系统包括煤层，煤层上设置有抽采孔，抽采孔内设置有封孔器，且另设置有钢管、液氮管和瓦斯抽采管穿过封孔器，伸入到抽采孔内，钢管的外端接通到储存仓，液氮管的外端接通到液氮罐。本发明构思新颖且设计巧妙合理，在本发明的技术方案中，煤层在经过液氮冷却致裂后，再通过相变材料加热，在冷热交替的温度处理下，能够进一步对煤层进行致裂，并加速瓦斯的解离，使得瓦斯从煤层中排出更加通畅高效，进而使得整个抽采工作更加安全可靠，操作方便，畅通并效率高。

技术领域

本发明属于瓦斯开采技术领域，特别涉及一种利用相变材料辅助液氮致裂的瓦斯抽采方法及抽采系统。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，与采煤伴生的瓦斯灾害是一直是制约煤矿安全生产的一大难题。随着开采深度和开采强度的不断增加，井下瓦斯涌出量越来越大，瓦斯超限频发，瓦斯突出和瓦斯爆炸危险性日益严重。高效抽采煤层瓦斯是防治瓦斯灾害的根本性办法。国家部门也将瓦斯抽采放在了首要位置，并制定了“先抽后采、监测监控、以风定产”的煤矿瓦斯治理方针。

近年来，基于水力压裂的煤层液氮致裂技术逐渐发展并应用于井下煤层改造增透，然而由于液氮温度极低(77K)，低温环境会严重抑制瓦斯解吸，与此同时，煤层中由液氮冻结而形成的冰融化较慢，所产生的水分还能导致水锁效应，封堵孔隙裂隙等瓦斯运移通道，阻碍瓦斯抽采。

研究表明，相变材料可通过相变过程释放热量，对煤体进行加热，从而提高瓦斯解吸率。对于每种相变储热材料，都有固定的相变温度，当外界温度高于相变温度时，相变材料通过相变过程吸收并储存热量，当外部环境低于其相变温度时，相变材料通过相变过程释放热量以调节温度，相变反应完成前，相变材料的温度基本维持不变。利用相变材料与煤体间的温度差完成相变放热，提高煤层煤体温度，促进瓦斯解吸。

物质的存在通常认为有三态，物质从一种状态变到另外一种状态叫相变。相变的形式有以下四种：(1)固-液相变；(2)液-汽相变；(3)固-汽相变；(4)固-固相变。相变过程中伴有能量的吸收或释放，我们就可以利用相变过程中有能量的吸收和释放现象，利用相变材料来存储能量。

相变储能材料有多种，如由上海工程技术大学申请，专利号为ZL201510742887.6，名称为一种复合相变储能材料及其制备方法就提供了其中一种，又如由沈阳化工研究院有限公司申请，专利号为ZL201510259828.3，名称为一种改性二氧化硅定型相变储能材料及其制备方法又提供了一种。

发明内容

有鉴于现有技术中所采用的液氮温度极低，会严重抑制瓦斯解吸，并且会造成煤层中冰融化慢，形成水锁效应，阻碍瓦斯抽采的问题。本发明的目的之一是提供一种利用相变材料辅助液氮致裂的瓦斯抽采方法，所要解决的技术问题是消除煤层瓦斯开采中由于液氮对煤层造成的水锁效应，进而保证瓦斯抽采顺畅进行。

技术方案如下:一种利用相变材料辅助液氮致裂的瓦斯抽采方法，包括如下步骤：

1)钻孔在煤层中施工一个抽采孔；

2)建立抽采系统先将用于输入相变材料的钢管伸入到所述抽采孔内，然后将用于输入液氮的液氮管伸入到抽采孔内，再然后将瓦斯抽采管伸入到所述抽采孔的内部；在所述钢管、液氮管和瓦斯抽采管连接完毕后，最后利用封孔器对所述抽采孔进行密封；

3)煤层致裂打开液氮泵，向所述抽采孔内注入液氮，利用低温的液氮对煤层进行冻结并致裂；

4)加热煤层打开输送泵和计量器，利用所述输送泵将所述储存仓内的相变材料通过钢管输入到所述抽采孔内，相变材料在低温下发生相变，向外持续释放大量的热量，对所述煤层进行加热；

5)抽采瓦斯通过瓦斯抽采管向外抽采瓦斯。