[发明专利]高瓦斯致密煤层抽注一体化系统及方法

说明书

本发明公开了一种高瓦斯致密煤层抽注一体化系统及方法，在煤层巷道中沿其延伸方向在煤层上交替布置注水钻孔和致裂导向钻孔；对致裂导向钻孔周围煤层进行微波照射加热并同时抽采瓦斯；待瓦斯抽采到一定程度后，停止加热，并向致裂导向钻孔内快速注入液氮，煤层由于快冷收缩产生裂隙；最后，通过注水钻孔向煤层注水；其中，注水钻孔位于致裂导向钻孔的致裂范围内。本发明既能够增加瓦斯的抽采与煤层的注水，也能够降低注水的工程量，以有效降低煤与瓦斯突出、冲击地压等当前严重威胁我国煤矿安全高效开采的动力灾害。

技术领域

本发明属于高瓦斯致密煤层开采技术领域，尤其涉及一种高瓦斯致密煤层抽注一体化系统及方法。

背景技术

由于煤化程度高、挥发分低等优点，高瓦斯致密煤层具有较高的开采价值。然而由于煤层瓦斯富集、坚硬程度高、应力集中等原因，在高瓦斯致密煤层开采过程中极易引发冲击地压、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故，严重制约了采掘工作的安全高效进行。

当前对于高瓦斯致密煤层的开采过程中煤与瓦斯突出与瓦斯爆炸的防治方法主要为瓦斯抽采，由于煤层的比较致密，裂隙、孔隙的贯通性较差，在负压的作用下瓦斯的抽采率及范围非常小。对于冲击地压、煤与瓦斯突出的防治当前普遍采用煤层注水的方式进行治理，同样的，受制于煤层的致密性，水的扩散半径较小，导致注水对煤层卸压的作用范围很小。

为此，许多采矿工作者做出很多努力，如打密集孔、套管抽采等等，耗费大量的资金也没有取得理想的效果。此外，在防治方法的实施过程中通常相互独立进行，浪费大量时间和工程。究其原因在于没有对抽采或者注水孔煤层进行有效的损伤使得裂缝与孔隙发育，进而增加瓦斯的抽采及注水效果。

专利CN2015100152282公开了一种钻孔内冷胀热驱式煤体增透方法，在煤层中交错布置抽采钻孔和强化抽采钻孔的孔位，利用水体在强化抽采钻孔内冷凝膨胀致裂煤体，从而扩展钻孔周边原有裂隙网，达到强化瓦斯抽采的目的。但是上述专利主要是通过加热形成的温度场降低瓦斯吸附势，促进瓦斯解吸，达到强化瓦斯抽采的目的。

专利CN2016105311364公开了一种采空区上覆坚硬岩体致裂的装置与方法，该装置先后向采空区上方岩层钻孔内注入高压高温水和高压低温冷冻液，可安全、快速致裂采空区上覆坚硬岩体。但是上述专利仍然存在瓦斯抽采与煤层注水效率低等问题。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种瓦斯抽采与煤层注水效率高的高瓦斯致密煤层抽注一体化系统及方法。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

高瓦斯致密煤层抽注一体化方法，在煤层巷道中沿其延伸方向在煤层上交替布置注水钻孔和致裂导向钻孔；对致裂导向钻孔周围煤层进行微波照射加热并同时抽采瓦斯；待瓦斯抽采到一定程度后，停止加热，并向致裂导向钻孔内快速注入液氮，煤层由于快冷收缩产生裂隙；最后，通过注水钻孔向煤层注水；其中，注水钻孔位于致裂导向钻孔的致裂范围内。

进一步的，在进行微波照射加热前，还包括向致裂导向钻孔中注入氯化钠溶液的步骤。

一种高瓦斯致密煤层抽注一体化系统，包括：

注水组件，与煤层巷道中煤层上的注水钻孔连接，用于向煤层注水；

微波加热组件，与煤层巷道中煤层上的致裂导向钻孔连接，用于对致裂导向钻孔周围煤层进行微波照射加热；

瓦斯抽采组件，与所述致裂导向钻孔连接，用于对致裂导向钻孔周围煤层进行瓦斯抽采；

注氮组件，与所述致裂导向钻孔连接，用于向加热后的煤层中通入液氮；其中，

所述注水钻孔和致裂导向钻孔沿所述煤层巷道延伸方向交替布置，且注水钻孔位于致裂导向钻孔的致裂范围内。