[发明专利]一种电爆震致裂协同微波热驱瓦斯抽采系统及方法

说明书

发明提供一种电爆震致裂协同微波热驱瓦斯抽采系统及方法。该系统包括超高压水射流发生系统、电爆震致裂系统、微波注热系统和瓦斯抽采系统。工作时，钻机夹持绝缘套管的尾端。绝缘套管的首端伸入到瓦斯抽采孔中。钻机的旋转密封装置的输入端与超高压水泵通过纳米流体管道连接，输出端与绝缘套管的尾端连接。该系统的使用方法包括施工瓦斯抽采孔、注入纳米流体悬浮液、放电和加热等步骤。该系统将电致裂与微波注热相结合，实现了煤层致裂与热驱瓦斯的协同效果，显著提高了瓦斯解吸效率，达到了防治瓦斯灾害的目的，实现了煤炭资源的高效、安全开采。

技术领域

本发明涉及煤层瓦斯抽采技术领域，特别涉及一种电爆震致裂协同微波热驱瓦斯抽采系统及方法。

背景技术

我国深部煤层普遍具有煤层透气性低、吸附瓦斯浓度大的特点，这种特点严重制约着我国煤炭资源的安全、高效开采。

利用各种措施致裂煤层增大煤层透气性，成为了治理瓦斯问题的根本方法之一。国内外学者通过模拟实验、现场实践等方法，探索出电爆震、电脉冲等措施致裂煤体。然而，煤层导电性低的特点使得电爆震、电脉冲等致裂手段的工程效果不理想，难以达到高效开采瓦斯的目的。

此外，瓦斯的产出是一个解吸、扩散与渗流的复杂过程，而温度是这一过程的主控因素之一。因此煤体温度越高，瓦斯解吸、扩散速率就会越快，使游离瓦斯的浓度增加，从而提高煤层瓦斯的抽采效率。近年来有不少学者提出了利用微波辐射对煤层进行注热的措施，微波注热可促进煤层瓦斯解吸，并在煤层内催生出微孔隙，但由于注热效率低、注热致裂效果不明显等问题，使微波注热抽采瓦斯的工程应用效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种电爆震致裂协同微波热驱瓦斯抽采系统及方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种电爆震致裂协同微波热驱瓦斯抽采系统，包括超高压水射流发生系统、电爆震致裂系统、微波注热系统和瓦斯抽采系统。

所述瓦斯抽采系统包括孔口密封器、气渣分离器和瓦斯抽采管道。所述孔口密封器为管状体。所述孔口密封器的前端开口，并固定在瓦斯抽采孔孔口的孔壁上，后端与气渣分离器连接。所述气渣分离器和瓦斯抽采管道相连。所述气渣分离器和瓦斯抽采管道之间的管路上安装有瓦斯浓度检测器和瓦斯抽采管道阀门。

所述超高压水射流发生系统包括超高压水泵和纳米流体储藏罐。所述超高压水泵和纳米流体储藏罐之间的高压管路上设置有纳米流体管道阀门。

所述电爆震致裂系统包括依次连接的放电开关、储能装置和直流电发生装置，以及电缆、放电装置、绝缘套管和封孔器。所述绝缘套管为尾端敞口首端封闭的中空管状结构。所述绝缘套管的侧壁上对称设置有两个供高压水射出的流道。所述流道的出口方向与绝缘套管的轴向垂直。所述流道与绝缘套管的内腔连通。所述放电装置通过连接架固定设置在绝缘套管的首端。所述电缆一端与放电装置，另一端与放电开关连接。工作时，钻机夹持绝缘套管的尾端。绝缘套管的首端伸入到瓦斯抽采孔中。钻机的旋转密封装置的输入端与超高压水泵通过纳米流体管道连接，输出端与绝缘套管的尾端连接。所述封孔器设置在瓦斯抽采孔的孔口处，对瓦斯抽采孔与绝缘套管之间的空隙进行密封。

所述微波注热系统包括依次连接的波导转换器、矩形波导、微波发生器、同轴波导和微波天线。所述同轴波导的外侧套设有绝热套管。所述微波天线固定设置在绝热套管的首端。所述波导转换器固定设置在绝热套管的尾端。所述微波天线的外壁上设设置有环式往复密封器。工作时，所述绝热套管的首端从孔口密封器的后端伸入瓦斯抽采孔中。所述环式往复密封器可对瓦斯抽采孔与微波天线之间的空隙进行往复式密封。

进一步，所述直流电发生装置的电压在0～50KV之间可调。所述储能装置的电容为8μF。

进一步，所述封孔器采用瓦斯抽采胶囊封孔器。

进一步，所述微波发生器的工作频率为2.2GHZ，功率为2KW。