一种煤层协同逐级增透方法技术

本发明专利技术提供了一种煤层协同逐级增透方法，先在煤层中钻出抽放钻孔，用二氧化碳爆破使抽放钻孔周围的煤层形成均匀的初始裂隙圈，然后交替往抽放钻孔内注入水和液氮。抽采孔注满水后，排水再注入液氮，初始裂隙圈内的水遇液氮凝固膨胀使裂隙沿既有的裂隙走向继续扩大。反复交替注水和液氮，使裂隙不断沿既有裂隙的走向扩大，在煤层内形成均匀扩大的裂隙，增透效果更好。该煤层协同逐级增透方法中，由于抽放钻孔中已形成初始裂隙圈，低压注水即可使水渗流进裂隙圈，避免了高压注水带来的隐患。初始裂隙圈的水凝固膨胀时破裂煤体，使初始裂隙沿现有的裂隙逐级扩大，煤层中裂隙的扩大更具可控性。

【技术实现步骤摘要】
一种煤层协同逐级增透方法
本专利技术涉及煤层增透方法领域，尤其涉及一种煤层协同逐级增透方法。
技术介绍
瓦斯是引发煤矿灾害的气体也是一种清洁能源，对煤矿井下的瓦斯进行抽采，可减少煤矿瓦斯灾害并获得这种清洁能源。我国的煤矿矿井大多煤层透气性低，造成瓦斯抽采浓度低，瓦斯抽采纯量少。对煤层实施增透，是解决这些问题的主要措施。目前采用的煤层增透技术主要有松动爆破、水力冲孔、水射流割缝、高压水力压裂、高能气体爆破增透等方法，这些增透方法均有一定适用条件和自身的缺陷。松动爆破增透技术所使用的炸药易产生拒爆现象，而拒爆的炸药不易处理，留下安全隐患；水力冲孔技术在冲孔过程中易诱导煤与瓦斯突出，造成安全事故；水射流割缝技术对于硬度较软的煤层成缝效果不理想，或无法成缝，增透效果较差；高能气体爆破增透技术利用气体的相变产生膨胀压力对煤体破裂增透，但相变爆炸能量较小，增透区域小；水力压裂技术由于高压水流动的不可控制性，造成了压裂区域的不可控制性和不均匀性。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种煤层协同逐级增透方法。该煤层协同逐级增透方法先在预定的煤层钻出抽放钻孔，再在抽放钻孔内用二氧化碳爆破形成均匀的初始裂隙圈，然后交替往抽放钻孔内注入水和液氮。当注入水时，初始裂隙圈内充满水，排出抽放钻孔内的水，初始裂隙圈的裂隙里内水仍存留着，然后向抽放钻孔内注入液氮使初始裂隙圈内的水凝固。初始裂隙圈内的水凝固时膨胀，使裂隙沿既有的裂隙走向继续扩大。排出液氮和低温氮气，裂隙里的冰融化。重复注水、排水、注入液氮、排出液氮和低温氮气，使裂隙不断沿既有裂隙走向不断扩大，在煤层内形成大的均匀的裂隙。该煤层协同逐级增透方法中，先用二氧化碳爆破产生初始裂隙，再用水和液氮交替注入抽采钻孔逐渐扩大裂隙。由于已形成初始裂隙圈，低压注水即可使水渗流进裂隙圈，避免了高压注水带来的隐患。初始裂隙圈的水凝固膨胀时破裂煤体，使初始裂隙沿现有的裂隙扩大，实现了裂隙均匀可控的扩大，增透效果更好。本专利技术的技术方案如下：一种煤层协同逐级增透方法，包括步骤：S1：在预定的煤层钻出抽放钻孔；S2：在抽放钻孔内实施二氧化碳爆破使抽放钻孔内周围的煤层形成均匀的初始裂隙圈；S3：向抽放钻孔内注满水使水充满初始裂隙圈；S4：排出抽放钻孔内的水，初始裂隙圈内的水仍留在初始裂隙圈内；S5：将液氮注入抽放钻孔内使留在初始裂隙圈内的水凝固成冰；S6：初始裂隙圈内的水凝固时膨胀使煤层沿初始裂隙的走向继续破裂从而扩增裂隙圈内的裂隙；S7：排出抽放钻孔内的液氮和低温氮气，裂隙圈内的冰吸收煤层的热量慢慢融化；S8：依次重复步骤S3至S7，使裂隙圈内的裂隙逐级的均匀的扩大。优选的，步骤S1具体包括：S11：在预定煤层内钻出顺层抽放钻孔或穿层抽放钻孔；S12：退出钻杆；S13：清理顺层抽放钻孔或穿层抽放钻孔内的碎屑。优选的，步骤S2具体包括：S21：测定抽放钻孔内的煤层段的长度；S22：连接二氧化碳爆破杆，二氧化碳爆破杆的总长度大于抽放钻孔内的煤层段的长度；S23：将二氧化碳爆破杆送至抽放钻孔内的煤层段并实施爆破；S24：退出二氧化碳爆破杆并通过耐高压橡胶封孔器封闭抽放钻孔。优选的，耐高压橡胶封孔器为胶囊封孔器。优选的，步骤S3中，注水的水压高于煤层内的瓦斯的压力0.5-1.5MPa。优选的，步骤S3中，注水的水压高于煤层内瓦斯的压力1MPa。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种煤层协同逐级增透方法，通过二氧化碳爆破在抽放钻孔内形成均匀的初始裂隙圈，再交替往抽放钻孔内注入水和液氮使初始裂隙圈内的裂隙沿既有的裂隙走向逐级扩大，实现了裂隙均匀的扩大，增透效果更好；通过二氧化碳爆破在抽放钻孔内形成均匀的初始裂隙圈，使得低压注水即可使水渗流进裂隙圈，避免了高压注水带来的隐患；在初始裂隙圈的基础上逐级扩大煤层裂隙，使得裂隙的扩大更具可控性。附图说明图1为本专利技术实施例1中所述的二氧化碳爆破器装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例1中所述的注排水装置和注排液氮装置的结构示意图；具体实施方式：下面参照附图对本专利技术做进一步描述。实施例1如图1和图2所示，穿过底抽巷的上岩层3采用常规方法钻出一个穿层抽放钻孔，抽放钻孔穿透整个煤层2到达煤层2之上的岩层1，抽放钻孔的孔径94mm，钻孔施工完毕清理干净钻孔内残余碎屑。根据抽放钻孔内煤层段的长度，连接二氧化碳爆破器装置6，所连接的二氧化碳爆破器装置6的长度要大于抽放钻孔内的煤层段的长度。通过6分钢管，1.5m/根，相互连接组成连接管5将二氧化碳爆破装置6送至抽放钻孔内的煤层段，并在抽放钻孔的孔口采用单孔胶囊封孔器4封住抽放钻孔，在胶囊封孔器4上预留有连接杆5的接口。实施爆破后，二氧化碳高能气体相变产生的冲击使抽放钻孔周围的煤层2破碎形成均匀的裂隙圈。实施二氧化碳爆破后，拆除胶囊封孔器4、连接杆5、二氧化碳爆破器装置6，向抽放钻孔内插入注液氮管12、注水管11、排气水管17，采用多孔胶囊封孔器16在抽放钻孔的出口处封住钻孔，胶囊封孔器16上预留有注液氮管12接口、注水管11接口、排气水管17接口。关闭排气水管阀门15、注液氮管阀门13，打开注水管阀门14，开启注水泵10，通过抽放钻孔向煤层2内注水，水的压力高于煤层2中瓦斯的压力1MPa左右即可，待煤层2注水饱和时也即随着时间的变化注水量不变化或变化极小时，停止注水。关闭注水管阀门14和注水泵10，注液氮管13保持关闭，打开排气水管阀门15，排出抽放钻孔内的水后关闭排气水管阀门15，打开注液氮管13，开启注液氮泵9，向抽放钻孔内注入液氮。随着低温液氮的渗流，煤层2初始裂隙圈内的水迅速结冰，水结冰时膨胀迫使裂隙沿既有裂隙的走向继续扩增。排出液氮和低温氮气后，煤层裂隙里的冰吸收煤层的热量而融化，之后再重复上述注水、排水、注入液氮、排出液氮和低温氮气步骤，使煤层2内的裂隙均匀的逐级扩展。本专利技术提供的一种煤层协同逐级增透方法，通过二氧化碳爆破在抽放钻孔内形成均匀的初始裂隙圈，再交替往抽放钻孔内注入水和液氮使初始裂隙圈内的裂隙沿既有的裂隙走向逐级扩大，实现了裂隙均匀的扩大，增透效果更好；通过二氧化碳爆破在抽放钻孔内形成均匀的初始裂隙圈，使得低压注水即可使水渗流进裂隙圈，避免了高压注水带来的隐患；在均匀的初始裂隙圈的基础上逐级扩大煤层裂隙，使得煤层中裂隙的扩大更具可控性。应当理解的是，本专利技术的应用不限于上述的举例，对本领域正常技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本专利技术所附权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层协同逐级增透方法，其特征在于，包括步骤：S1：在预定的煤层钻出抽放钻孔；S2：通过在所述抽放钻孔内实施二氧化碳爆破使所述抽放钻孔内周围的煤层形成均匀的初始裂隙圈；S3：通过向所述抽放钻孔内注满水使水充满所述初始裂隙圈；S4：通过排出所述抽放钻孔内的水使所述穿层抽放钻孔空出，所述初始裂隙圈内的水留在所述初始裂隙圈内；S5：通过将液氮注入所述抽放钻孔内使所述留在所述初始裂隙圈内的水凝固成冰；S6：通过所述初始裂隙圈内的水凝固时的膨胀扩增所述初始裂隙圈内的裂隙形成新的裂隙圈；S7：通过排出所述抽放钻孔内的液氮和低温氮气使所述抽放钻孔空出，所述新的裂隙圈内的冰吸收煤层的热量并融化；S8：通过依次重复所述步骤S3至S7逐级扩增所述新的裂隙圈内的裂隙。

【技术特征摘要】
1.一种煤层协同逐级增透方法，其特征在于，包括步骤：S1：在预定的煤层钻出抽放钻孔；S2：通过在所述抽放钻孔内实施二氧化碳爆破使所述抽放钻孔内周围的煤层形成均匀的初始裂隙圈；S3：通过向所述抽放钻孔内注满水使水充满所述初始裂隙圈；S4：通过排出所述抽放钻孔内的水使所述穿层抽放钻孔空出，所述初始裂隙圈内的水留在所述初始裂隙圈内；S5：通过将液氮注入所述抽放钻孔内使所述留在所述初始裂隙圈内的水凝固成冰；S6：通过所述初始裂隙圈内的水凝固时的膨胀扩增所述初始裂隙圈内的裂隙形成新的裂隙圈；S7：通过排出所述抽放钻孔内的液氮和低温氮气使所述抽放钻孔空出，所述新的裂隙圈内的冰吸收煤层的热量并融化；S8：通过依次重复所述步骤S3至S7逐级扩增所述新的裂隙圈内的裂隙。2.根据权利要求1所述的一种煤层协同逐级增透方法，其特征在于，所述步骤S1：在预定的煤层钻出抽放钻孔具体包括：S11：在预定煤层内钻出顺层抽放钻孔或穿层抽放钻孔；S12：退出钻杆；S13：清理所述顺层抽放钻孔或穿层抽放钻孔内的碎屑。3.根据权利要求1所述的一种煤层协...

【专利技术属性】
技术研发人员：林柏泉，刘辉辉，杨威，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32