[发明专利]一种高应力低孔隙率煤层预裂增透抽放瓦斯的方法

摘要

本发明公开了一种高应力低孔隙率煤层预裂增透抽放瓦斯的系统及方法，其包括预裂装置，所述预裂装置包括排气外壳，所述排气外壳上均匀布置有多个排气孔，所述排气外壳后部设置有爆破管，所述爆破管内设置有液态二氧化碳储液管道，所述液态二氧化碳储液管道进入所述排气区域的前端头处封堵有一切变盘，所述液态二氧化碳储液管道内设置有加热元件；所述液态二氧化碳储液管道后端设置有注液端头，所述注液端头上设置有注液口，所述注液口与所述液态二氧化碳储液管道相连通，所述注液端头上设置有用于通向外部的电极，所述电极与所述加热元件线路连接。可有效增大煤体裂隙密度和范围，改变煤体原生裂隙的状态，提高了抽放瓦斯的效率与安全性。

主权项

一种高应力低孔隙率煤层预裂增透抽放瓦斯的方法，其特征在于，其包括预裂装置，所述预裂装置包括排气外壳，所述排气外壳上均匀布置有多个排气孔，形成排气区域，所述排气外壳后部设置有爆破管，所述爆破管内设置有液态二氧化碳储液管道，所述液态二氧化碳储液管道进入所述排气区域的前端头处封堵有一切变盘，所述液态二氧化碳储液管道内设置有加热元件；所述液态二氧化碳储液管道后端设置有注液端头，所述注液端头上设置有注液口，所述注液口与所述液态二氧化碳储液管道相连通，所述注液端头上设置有用于通向外部的电极，所述电极与所述加热元件线路连接；所述电极给所述加热元件通电，所述加热元件瞬间产生高温，所述液态二氧化碳储液管道内液态二氧化碳迅速吸热产生冲击波冲破所述切变盘，使二氧化碳自所述排气区域剧烈喷出；所述预裂装置通过推送杆送入对应的预先开凿的增透钻孔内，所述预裂装置放入对应增透钻孔内后，通过封孔单元封堵对应增透钻孔；还包括分装装置，所述分装装置包括分装支架，所述分装支架上设置有高压灌装泵、液态二氧化碳钢瓶，所述预裂装置设置在所述分装支架上，所述预裂装置的注液口通过充灌软管分别与所述高压灌装泵、所述液态二氧化碳钢瓶相连通；其包括以下步骤：确定预裂增透煤体的力学参数，然后确定液态二氧化碳装填量的参数与加热元件的参数，然后按照液态二氧化碳装填量的参数与加热元件的参数向预裂装置内填充液态二氧化碳与加热元件，通过推送杆将预裂装置送入对应的预先开凿的增透钻孔内，所述预裂装置放入对应增透钻孔内后，通过封孔单元封堵对应增透钻孔；电极给加热元件通电，所述加热元件瞬间产生高温，液态二氧化碳储液管道内液态二氧化碳迅速吸热产生冲击波冲破切变盘，使二氧化碳自所述排气区域剧烈喷出，将煤体沿天然裂缝切开；步骤1，确定预裂增透煤体的力学性质；在采掘工作面现场采集煤样，进行煤样工业性试验，确定煤体的物理力学参数；所要获得的煤体力学参数包括：煤体的抗压强度、抗拉强度、泊松比；步骤2，确定增透工艺参数；①液态二氧化碳的装填量；根据极限分析计算，结合现场实际情况，由式(1)求解最小破煤压力值pmin：式中：σt——煤体抗压强度，MPa；W——最小抵抗线；r0——钻孔半径；pmin——破煤压力值，MPa；k——为压力值修正系统数，k>1；确定最小破煤压力值pmin为21MPa，即预裂装置内部应达到的压强值等于21MPa；预裂装置内部初始温度为常温300K，预裂装置启动后，加热元件瞬间爆发，放出热量，将液态二氧化碳汽化，按照气体相变规律，得到所需充灌的液态二氧化碳质量；②加热化学品装填量；根据式(2)计算预裂装置中加热元件装填的化学品的物质量n：式中：——液态二氧化碳的质量，kg；Q1——单位质量液态二氧化碳汽化需要吸收的热量；Q2——加热元件所用化学品的燃烧热；步骤3，分装操作；分装装置的操作工序为：将装有液态二氧化碳的钢瓶、高压灌装泵，分别固定在分装支架上各自所属的位置，利用充灌软管连接液态二氧化碳钢瓶的瓶阀与高压灌装泵的进液阀，以及高压灌装泵的出液阀与注液口，旋紧连接端口，利用导通测试仪检查管路的导通状况，确认管路导通后，打开高压灌装泵气体回流阀，对泵体预冷，预冷结束后，启动高压灌装泵，将质量为的液态二氧化碳由二氧化碳钢瓶分装至预裂装置中的液态二氧化碳储液管道内；步骤4，增透操作；增透钻孔的孔径为60mm，孔深为40m，用钻机在指定位置钻孔，将预裂装置和起爆器及电源线携至工作现场，利用推送杆将预裂装置推入增透钻孔中固定，采用聚氨酯形成封孔单元，封孔单元长度为22m，连接起爆器电源，检查线路连通情况，准备工作完成后设立警戒区并撤离人员；启动发爆器，脉冲电流通过导线，流经预裂装置中的加热元件后，加热元件内部高能化学品瞬间爆发，产生高温，液态二氧化碳迅速吸热汽化，急速膨胀，产生高压冲击波冲破切变盘，汽态二氧化碳通过排气外壳的排气孔排出，对周边煤体产生巨大冲击力，使煤体沿天然裂缝剪切开来，增大煤体裂隙密度和范围；实施增透后可在增透钻孔周边形成1～2m的裂隙范围，相临两个增透钻孔之间的间距设为3～4m；步骤5，抽放瓦斯气体；在两个增透钻孔所处水平方向的中间位置布置瓦斯抽放钻孔，瓦斯抽放钻孔径为90mm，瓦斯抽放钻孔深度为增透钻孔深度的1.5倍；所述瓦斯抽放系统在抽放管路中布置有监测系统，其能够分别监测瓦斯和二氧化碳气体浓度。