向煤层循环注入热水和液氮的增透系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种向煤层循环注入热水和液氮的增透系统，包括热水加注子系统、液氮加注子系统、两位三通阀以及煤层加注子系统。本实用新型专利技术还公开了使用上述增透系统的增透方法，依次包括如下步骤：第一步骤是准备步骤，第二步骤是热水箱和液氮箱注液操作；第三步骤是注热水作业；第四步骤是排水步骤；第五步骤是注液氮作业；第六步骤是排气步骤。循环执行第三步骤至第六步骤，直至达到预定的增透范围和增透效果。本实用新型专利技术的增透系统和增透方法能够大幅提高深处煤层的渗透性，便于瓦斯预抽采，对于减少瓦斯事故和煤层气增产具有重大意义。

A system to inject hot water and liquid nitrogen into the coal seam

【技术实现步骤摘要】
向煤层循环注入热水和液氮的增透系统
本技术涉及煤及煤层气开采
，尤其涉及煤层增透技术。
技术介绍
煤矿是我国的主要能源来源，随着煤炭的不断开采利用，煤炭开采逐渐向深部发展。受地应力、温度等的影响，较深处煤层的渗透率降低，瓦斯不易排出，开采过程中极易因为瓦斯发生事故，因此，提高深处煤层渗透性预抽煤层瓦斯具有重要的安全意义。当然，煤层气具有可燃性，抽采煤层气也具有积极的经济意义。国内学者一直致力于寻求多种煤层卸压增透的技术方法，目前煤层泄压增透措施主要有水力冲孔、水力割缝、开采层保护、松动爆破和控制爆破等，但是这些措施本身存在一定的缺陷。例如水力冲孔技术一般只能应用煤层硬度f值小于0.5的软煤层，适用性差、工艺复杂；水力割缝技术能提高瓦斯自然排放量，但是工作量大，保护距离短；松动爆破和控制爆破技术增透煤体产生的污染较大，并容易发生局部压力过高或产生明火、在巷道瓦斯超限的情况下发生瓦斯爆炸事故，且松动爆破技术大多用于弱突出强度的硬煤层。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有增透措施的不足，提供一种向煤层循环注入热水和液氮的增透系统，能够同时通过多个钻孔向煤层循环加注热水和液氮，大幅提高煤层渗透性，便于抽采煤层瓦斯。为实现上述目的，本技术的向煤层循环注入热水和液氮的增透系统包括热水加注子系统、液氮加注子系统、两位三通阀以及煤层加注子系统；热水加注子系统包括与热水源相连接的热水管路，以热水的流动方向为前向，热水管路上由后向前依次设有第一减压阀、热水箱和第一增压泵；热水管路的前端与两位三通阀的第一接口相连通；液氮加注子系统包括与液氮源相连接的液氮管路，以液氮的流动方向为前向，液氮管路上由后向前依次设有第二减压阀、液氮箱和第二增压泵；液氮管路的前端与两位三通阀的第二接口相连通；液氮箱及液氮管路外分别设有保温层；煤层加注子系统包括与两位三通阀的第三接口相连通的加注总管、多通管和若干钻孔加注结构，加注总管上设有压力表；多通管包括同中心线设置的内管和外管，内管和外管之间围成截面呈环形的加注腔；外管连接有一个进液接口和若干出液接口，进液接口连接加注总管；各出液接口沿外管的周向均匀分布，各出液接口分别连接有加注连接管；钻孔加注结构包括枝状钻孔，枝状钻孔连接有加注支管，加注支管与多通管的一个加注连接管通过管道接口相连通，枝状钻孔的孔口处设有封孔器；加注支管穿过封孔器且其末端开口于枝状钻孔的孔底处；封孔器上还穿设有排放管，排放管的内端位于封孔器的钻孔内侧且与封孔器相邻，排放管的外端位于封孔器的钻孔外侧；枝状钻孔外的排放管上设有排放阀。所述第一增压泵与两位三通阀之间的热水管路上设有第一单向阀，所述第一增压泵与两位三通阀之间的液氮管路上设有第二单向阀。所述第一减压阀、热水箱、第一增压泵、第二减压阀、液氮箱、第二增压泵、所述两位三通阀、多通管和钻孔加注结构均位于底板巷内。本技术具有如下的优点：本技术能够利用液氮加注子系统和热水加注子系统，通过钻孔循环将热水和液氮注入煤层，对煤体产生温度冲击。高温和低温均对煤岩体孔隙结构有一定的损伤结构。煤层注水后再注液氮，会导致煤层中的水迅速结冰膨胀，水体膨胀大大扩大了煤体损伤，产生更好的增透效果。液氮气化时也会使煤体处压力剧增，进一步扩大煤体损伤。由于煤体损伤扩大，因此再次向煤层注入热水后，水能够在更大范围内渗入煤体，并在下一轮冷冻膨胀时再次迅速扩大煤体损伤。如此循环注热水和液氮，能够产生比单纯注热水和液氮效果好得多的增透效果，煤体的增透范围也较单纯注热水或液氮得到大幅度提高。本技术的增透系统和增透方法能够大幅提高深处煤层的渗透性，便于瓦斯预抽采，对于减少瓦斯事故和煤层气增产具有重大意义。液氮化学性质稳定，原材料（利用大气即可制备）极多，容易制备，价格低廉；矿区的洗浴中心以及职工餐厅原有锅炉均作为热水源提供热水，便于提高现有设备的利用率，具有良好的推广应用价值。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是多通管的截面示意图；图3是热水管路和液氮管路通入井下的结构示意图；图4是图3中A处的放大图。具体实施方式如图1至图4所示，本技术的向煤层循环注入热水和液氮的增透系统包括热水加注子系统、液氮加注子系统、两位三通阀25以及煤层加注子系统；热水加注子系统包括与热水源14相连接的热水管路15，以热水的流动方向为前向，热水管路15上由后向前依次设有第一减压阀17、热水箱19和第一增压泵21；热水管路15的前端与两位三通阀25的第一接口26相连通；液氮加注子系统包括与液氮源13相连接的液氮管路16，以液氮的流动方向为前向，液氮管路16上由后向前依次设有第二减压阀18、液氮箱20、和第二增压泵22；液氮管路16的前端与两位三通阀25的第二接口27相连通；液氮箱20及液氮管路16外分别设有保温层；在箱体外和管路外设置保温层为常规技术，图未示保温层。煤层加注子系统包括与两位三通阀25的第三接口28相连通的加注总管37、多通管42和若干钻孔加注结构，加注总管37上设有压力表29；多通管42包括同中心线设置的内管33和外管34，内管33和外管34之间围成截面呈环形的加注腔32；外管34连接有一个进液接口51和若干出液接口52，进液接口51连接加注总管37；各出液接口52沿外管34的周向均匀分布，从而使各枝状钻孔的热水和氮气的加注量更加均匀，增透效果较为一致。各出液接口52分别连接有加注连接管47；钻孔加注结构包括枝状钻孔41，枝状钻孔41连接有加注支管43，加注支管43与多通管42的一个加注连接管47通过管道接口30相连通，枝状钻孔41的孔口处设有封孔器45；加注支管43穿过封孔器45且其末端开口于枝状钻孔41的主孔底处；封孔器45上还穿设有排放管44，排放管44的内端位于封孔器45的钻孔内侧且与封孔器45相邻，排放管44的外端位于封孔器45的钻孔外侧；枝状钻孔41外的排放管44上设有排放阀46。管道接口30可以采用法兰等常用的管道连接结构。管道接口30的设置，便于钻孔施工以及管路连接，便于将多通管42的加注连接管47延长至枝状钻孔41处，对枝状钻孔41进行加注作业。多通管42结构简单，便于同时向多个枝状钻孔41进行循环加注热水和液氮，进行增透作业。所述热水源14为热水锅炉，所述液氮源13为液氮罐或液氮制作车间。所述第一增压泵21与两位三通阀25之间的热水管路15上设有第一单向阀23，所述第一增压泵21与两位三通阀25之间的液氮管路16上设有第二单向阀24。第一单向阀23和第二单向阀24能够防止煤层处的气体压力大于热水或液氮的压力时发生倒流现象，尤其是在液氮气化、枝状钻孔41内压力剧增时防止发生倒流现象。所述热水管路15和液氮管路16沿水平运输大巷3、轨道上（下）山4和联络巷10延伸至工作面8的底板巷11内；所述第一减压阀、热水箱、第一增压泵、第二减压阀、液氮箱、第二增压泵、所述两位三通阀25、多通管42和钻孔加注结构均位于底板巷11内。这种设置便于现有安装布置本技术。其中，热水源14优选采用燃煤热水锅炉，可以就地利用煤碳资源生产热水。封孔器45、液氮箱20、单向阀、两位三通阀25和增压泵等等部件均为现有常规装置，具体结构不再详述。图3中，标号1为主井，标号2为副井，本文档来自技高网...

【技术保护点】
向煤层循环注入热水和液氮的增透系统，其特征在于：包括热水加注子系统、液氮加注子系统、两位三通阀以及煤层加注子系统；热水加注子系统包括与热水源相连接的热水管路，以热水的流动方向为前向，热水管路上由后向前依次设有第一减压阀、热水箱和第一增压泵；热水管路的前端与两位三通阀的第一接口相连通；液氮加注子系统包括与液氮源相连接的液氮管路，以液氮的流动方向为前向，液氮管路上由后向前依次设有第二减压阀、液氮箱和第二增压泵；液氮管路的前端与两位三通阀的第二接口相连通；液氮箱及液氮管路外分别设有保温层；煤层加注子系统包括与两位三通阀的第三接口相连通的加注总管、多通管和若干钻孔加注结构，加注总管上设有压力表；多通管包括同中心线设置的内管和外管，内管和外管之间围成截面呈环形的加注腔；外管连接有一个进液接口和若干出液接口，进液接口连接加注总管；各出液接口沿外管的周向均匀分布，各出液接口分别连接有加注连接管；钻孔加注结构包括枝状钻孔，枝状钻孔连接有加注支管，加注支管与多通管的一个加注连接管通过管道接口相连通，枝状钻孔的孔口处设有封孔器；加注支管穿过封孔器且其末端开口于枝状钻孔的孔底处；封孔器上还穿设有排放管，排放管的内端位于封孔器的钻孔内侧且与封孔器相邻，排放管的外端位于封孔器的钻孔外侧；枝状钻孔外的排放管上设有排放阀。...

【技术特征摘要】
1.向煤层循环注入热水和液氮的增透系统，其特征在于：包括热水加注子系统、液氮加注子系统、两位三通阀以及煤层加注子系统；热水加注子系统包括与热水源相连接的热水管路，以热水的流动方向为前向，热水管路上由后向前依次设有第一减压阀、热水箱和第一增压泵；热水管路的前端与两位三通阀的第一接口相连通；液氮加注子系统包括与液氮源相连接的液氮管路，以液氮的流动方向为前向，液氮管路上由后向前依次设有第二减压阀、液氮箱和第二增压泵；液氮管路的前端与两位三通阀的第二接口相连通；液氮箱及液氮管路外分别设有保温层；煤层加注子系统包括与两位三通阀的第三接口相连通的加注总管、多通管和若干钻孔加注结构，加注总管上设有压力表；多通管包括同中心线设置的内管和外管，内管和外管之间围成截面呈环形的加注腔；外管连接有一个进液接口和若干出液接口，进液接口连接加注总管；各出液接口沿外...

【专利技术属性】
技术研发人员：张路路，任永婕，丁智奔，张强，音乐，李波，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：河南,41