[发明专利]一体化强化煤层瓦斯抽采系统以及抽采方法

说明书

本发明公开了一体化强化煤层瓦斯抽采系统以及抽采方法，将脉冲微波发生系统和脉冲水力化系统结合起来，微波的辐射能够降低煤岩抗拉强度，加深脉冲水力切割的缝槽深度，加快割缝速度，缝槽的存在使水力压裂产生的裂纹扩展方向有一定的控制，同时微波辐射对煤体扩孔造隙和水力压裂在缝槽的导向作用下产生的裂隙能够相互扩展贯通，增加了煤层透气性，提高煤层瓦斯抽采量，随着脉冲方向的改变，水力化措施和微波交替作用煤体，裂隙扩展范围更广，避免一直不停的重复水力割缝造成钻头的损伤，每次少量的高压水作用，使微波加热更快，更大程度的避免高压水造成的煤层水锁效应。

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯防治利用领域，应用到高瓦斯、低渗透、硬煤层，具体的为一体化强化煤层瓦斯抽采系统以及抽采方法。

背景技术

瓦斯抽采是治理瓦斯灾害的最有效方法，而煤层透气性则制约着煤层瓦斯抽采率。我国大部分煤层的主要特点是低透气性，随着开采深度的增加，煤层的透气性越来越差，严重影响了瓦斯的抽采效果。为了提高瓦斯抽采率，比较常用的方法是增加煤层透气性来增加瓦斯抽采量，主要使用的水力化措施有水力割缝、水力压裂等。但是单独使用水力割缝时，割缝的深度有限制，导致抽放半径小，只有大量钻孔才能有效抽放瓦斯，而单独使用水力压裂，无法控制裂纹的起裂位置，并且裂纹扩展范围较少，无法使瓦斯充分解吸。这些问题的存在，使水力压裂和水力割缝在现场的应用有一定限制，亟需提出新的方法，解决这些局限性，从而提高煤层透气性。

发明内容

本发明提供了一体化强化煤层瓦斯抽采系统以及抽采方法用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一体化强化煤层瓦斯抽采系统，其特征在于，包括脉冲水力化系统和脉冲微波发生系统，所述脉冲水力化系统主要包括脉冲控制系统、贮水箱、高压水泵，所述脉冲微波发生系统主要包括脉冲控制系统、微波源、波导，所述脉冲控制系统通过导线分别连接高压水泵和微波源，从而调控所述脉冲水力化系统和所述脉冲微波发生系统。

进一步地，所述脉冲控制系统的正向脉冲输出是水力化措施作用时间，反向脉冲输出是微波作用时间，微波系统的波导转换器有谐振式波导缝隙天线阵。

进一步地，所述脉冲水力系统通过注液管与扩容钻杆连接，然后伸入水力化钻孔，所述注液管设置在所述扩容杆内。

进一步地，所述脉冲微波发生系统通过微波转换器与感应探头连接，伸入脉冲微波钻孔。

进一步地，，所述脉冲控制系统还通过导线连接温度感应器，以及控制电磁阀的开启。

一体化强化煤层瓦斯抽采方法，包括如下几个步骤：

步骤一、在煤层交替施工水力化钻孔和微波钻孔，钻孔间距为2.5-3m；

步骤二、脉冲水力化系统首先通过注液管依次连接扩容钻杆、多功能钻头伸入水力化钻孔，然后对微波钻孔进行封孔；

步骤三、开启贮水箱向高压水泵注水，同时打开脉冲发生系统监控高压水泵的压力，当水压达到注水压力时，通过脉冲水力化系统打开电磁阀，实现脉冲水压在水力化钻孔内进行水力割缝，割缝过程中通过脉冲控制系统根据脉冲方向调整技术措施，当达到整周期的下半周期时，控制开启微波源，调控波导，通过感应探头向煤层辐射，而且旋转微波转换器，使谐振式波导缝隙天线阵正对钻孔两侧的煤壁，使缝隙天线阵产生的最大辐射强度作用煤层，按照脉冲方向，依次调控水力割缝和微波重复作用煤层，同时连接微震仪，实时监测裂隙扩展方向；

步骤四、完成水力割缝后，对水力化钻孔进行封孔，通过脉冲控制系统打开电磁阀，同时打开遥控多功能钻头前的孔路，进行脉冲水力压裂，正向脉冲进行水力压裂，反向脉冲进行微波辐射煤层；