一种钻孔甲烷多级脉冲聚能燃爆强化抽采方法技术

一种钻孔甲烷多级脉冲聚能燃爆强化抽采方法，适用煤矿井下坚硬煤层的瓦斯高效抽采。首先在钻孔内进行聚能射孔，形成导向缝槽；然后向密封钻孔压入湍流空气，与钻孔内瓦斯预混，形成浓度在9％‑10％的混合气体；启动点火装置引爆混合气体，进行一级脉冲燃爆压裂，形成冲击波，致裂缝槽周围煤体；同时燃爆产生的高温促进煤体瓦斯解吸；待瓦斯解吸一段时间后，继续预混起爆进行二级、三级等多级脉冲燃爆压裂，在钻孔周围形成立体裂缝网络；最后进行瓦斯抽采，当抽采过程一氧化碳超过报警阈值时，向钻孔内通入湍流氮气，消除煤自燃风险。该方法利用钻孔原位解吸甲烷诱导燃爆压裂，成本低廉，能够有效构造立体裂缝网络，提高瓦斯的抽采效率。

【技术实现步骤摘要】
一种钻孔甲烷多级脉冲聚能燃爆强化抽采方法
本专利技术涉及一种钻孔甲烷多级脉冲聚能燃爆强化抽采方法，尤其适用于煤矿井下高瓦斯低透气性坚硬煤层的瓦斯高效抽采。
技术介绍
我国煤层透气性普遍较低，常规的钻孔抽采工程量大但效率低，需要采取有效的致裂增透技术，提高煤层的透气性。常规的煤层致裂增透技术主要包括水力化技术和深孔爆破技术，水力化技术包含水力压裂、水力冲孔和水力割缝等，需消耗大量的水和压裂液；深孔爆破通过钻孔内安装爆炸物，利用爆炸产生的冲击波致裂煤体，存在装药困难、哑炮等问题，威胁井下安全生产。因此，需要开发一种成本低廉、省时省力、高效的立体缝网构造方法，提高钻孔瓦斯抽采效率。甲烷燃爆压裂利用钻孔的原位解吸甲烷，向钻孔内注入助燃剂(空气)稀释甲烷浓度至爆炸范围，然后引爆甲烷，通过甲烷燃爆产生的高温高压冲击波致裂煤体，产生立体的裂缝网络，提高钻孔瓦斯抽采效率；同时燃爆产生的高温环境还可以促进甲烷的解吸。该方法将甲烷燃爆由一种煤矿井下灾害转变为一种高效致裂方法，不需要消耗水和压裂液，可燃物来自煤层原位解吸甲烷，没有地上运输和地下投放等过程，安全、经济、环保优势明显，是煤层瓦斯抽采的重要技术创新。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种钻孔甲烷多级脉冲聚能燃爆强化抽采方法，该方法利用煤层原位解吸甲烷燃爆压裂，没有地上运输和地下投放，无需大量的水和压裂液，能在钻孔周围高效构造立体裂缝网络，提高瓦斯抽采效率，尤其适用于高瓦斯低透气性坚硬煤层。技术方案：为了实现上述目的，本专利技术的一种钻孔甲烷多级脉冲聚能燃爆强化抽采方法，包括以下步骤：a.从巷道向煤层施工瓦斯抽采钻孔，然后在钻孔内放入套管；b.在套管内放入定向聚能射孔装置，所定向聚能射孔装置包含滚珠导靴、射孔器、连接杆、推进杆、起爆器和封隔器，所述滚珠导靴前端临近钻孔底部，尾端通过连接杆与射孔器、推进杆和起爆器依次相连，射孔器包含射孔枪和射孔弹，射孔枪为杆状，内部有弹架，射孔弹依次装在弹架中，各射孔弹弹尾与起爆器连接，所述套管与推进杆之间设有封隔器，封隔器距钻孔孔口一段距离；c.启动起爆器，激发射孔枪内的射孔弹产生高压射流，使瓦斯抽采钻孔周围形成导向缝槽，之后回收定向聚能射孔装置，完成射孔操作；d.将瓦斯抽采管、注气管和点火装置放入瓦斯抽采钻孔并用封孔器封孔；e.将瓦斯抽采管接入瓦斯抽采主管路，瓦斯抽采管与瓦斯抽采主管路之间依次设置阀门一、甲烷传感器、一氧化碳传感器和阀门二；f.将注气管与气泵相连，气泵的进气口分两路，分别与空气管路和氮气管路相连，注气管与气泵之间的管路设置阀门三，气泵与空气管路、氮气管路之间分别设置有阀门四和阀门五；g.打开阀门三和阀门四，启动气泵，向钻孔内注入高速湍流空气，空气与甲烷充分预混，同时打开阀门一，关闭阀门二，监测甲烷浓度；当甲烷浓度达到爆炸范围时，关闭气泵、阀门二、阀门三和阀门四，停止空气注入；h.启动点火装置，引爆钻孔内的混合气体，进行一级脉冲燃爆压裂，使导向缝槽周围的煤体产生大量的分支裂隙；i.打开阀门一监测燃爆后甲烷浓度和一氧化碳浓度，使裂隙煤体甲烷在燃爆冲击后的高温环境下充分解吸；当一氧化碳传感器的监测数值超过报警阈值时，打开阀门三和阀门五，启动气泵通过氮气管路向钻孔内注入高速湍流氮气，直到一氧化碳浓度降低到报警阈值以下，停止气泵，关闭阀门三和阀门五；j.重复步骤g、h和i，对钻孔进行二级、三级等多级脉冲燃爆压裂，使导向缝槽周围煤体充分破裂，形成立体裂缝网络，促进瓦斯大量解吸；。k.打开阀门二，进行钻孔甲烷多级脉冲聚能燃爆强化抽采。步骤b中，所述滚珠导靴前端临近钻孔底部的距离为18-22厘米。所述封隔器距离钻孔孔口的距离为45-55厘米。所述的点火装置放入钻孔内部距离封孔器20厘米的部分含有能够在多次燃爆冲击后正常启动保护壳。步骤g中，所述空气与甲烷充分预混合气体的爆炸范围是9％-10％。步骤i中，所述的一氧化碳报警阈值为24-50ppm。有益效果：由于采用了上述技术方案，专利技术首先在钻孔内进行定向聚能射孔，然后进行甲烷多级燃爆压裂，利用多次甲烷燃爆冲击波致裂导向缝槽周围煤体，高效构造立体可控的裂缝网络，通过监测钻孔内一氧化碳浓度并适时注入高压湍流氮气，降低煤自燃风险。并通过注入高压湍流空气为助燃剂，提高与甲烷的混合效率而且成本低廉。与现有技术相比，不需要可燃物的地上运输与地下投放，能够在钻孔周围构造立体裂缝网络，显著提高了钻孔有效影响范围，大大提高了瓦斯抽采效率，更加安全、经济和环保、高效，在本
内具有广泛的实用性。附图说明图1为本专利技术钻孔定向聚能射孔示意图。图2为本专利技术钻孔甲烷多级脉冲燃爆压裂示意图。图中：1-套管，2-导向缝槽，3-滚珠导靴，4-射孔器，5-连接杆，6-推进杆，7-起爆器，8-封隔器，9-分支裂缝，10-瓦斯抽采管，11-注气管，12-点火装置，13-阀门一，14-甲烷传感器，15-一氧化碳传感器，16-阀门二，17-阀门三，18-气泵，19-阀门四，20-阀门五，21-空气管路，22-氮气管路，23-封孔器。具体实施方式下面结合附图中的实施例对本专利技术作进一步描述：如图1所示，本专利技术的钻孔甲烷多级脉冲聚能燃爆强化抽采方法，具本步骤如下：a.从巷道向煤层施工瓦斯抽采钻孔，然后在钻孔内放入套管1；b.在套管内放入定向聚能射孔装置，所定向聚能射孔装置包含滚珠导靴3、射孔器4、连接杆5、推进杆6、起爆器7和封隔器8，所述滚珠导靴3前端临近钻孔底部，所述滚珠导靴3前端临近钻孔底部的距离为18-22厘米。滚珠导靴3尾端通过连接杆5与射孔器4、推进杆6和起爆器7依次相连，射孔器4包含射孔枪和射孔弹，射孔枪为杆状，内部有弹架，射孔弹依次装在弹架中，各射孔弹弹尾与起爆器7连接，所述套管1与推进杆6之间设有封隔器8，封隔器8距钻孔孔口一段距离，能在射孔时起到隔绝能量的作用；所述封隔器8距离钻孔孔口的距离为45-55厘米。c.启动起爆器7，激发射孔枪内的射孔弹产生高压射流，使瓦斯抽采钻孔周围形成导向缝槽，之后回收定向聚能射孔装置，完成射孔操作；d.钻孔甲烷多级脉冲燃爆压裂，如图2所示，将瓦斯抽采管10、注气管11和点火装置12放入瓦斯抽采钻孔并用封孔器23封孔；所述的点火装置12放入钻孔内部距离封孔器20厘米的部分含有能够在多次燃爆冲击后正常启动保护壳。e.将瓦斯抽采管10接入瓦斯抽采主管路，瓦斯抽采管10与瓦斯抽采主管路之间依次设置阀门一13、甲烷传感器14、一氧化碳传感器15和阀门二16；f.将注气管11与气泵18相连，气泵18的进气口分两路，分别与空气管路21和氮气管路22相连，注气管11与气泵18之间的管路设置阀门三17，气泵18与空气管路21、氮气管路之间分别设置有阀门四19和阀门五20；g.打开阀门三17和阀门四19，启动气泵18，向钻孔内注入高速湍流空气，空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻孔甲烷多级脉冲聚能燃爆强化抽采方法，其特征在于包括以下步骤：/na.从巷道向煤层施工瓦斯抽采钻孔，然后在钻孔内放入套管(1)；/nb.在套管内放入定向聚能射孔装置，所定向聚能射孔装置包含滚珠导靴(3)、射孔器(4)、连接杆(5)、推进杆(6)、起爆器(7)和封隔器(8)，所述滚珠导靴(3)前端临近钻孔底部，尾端通过连接杆(5)与射孔器(4)、推进杆(6)和起爆器(7)依次相连，射孔器(4)包含射孔枪和射孔弹，射孔枪为杆状，内部有弹架，射孔弹依次装在弹架中，各射孔弹弹尾与起爆器(7)连接，所述套管(1)与推进杆(6)之间设有封隔器(8)，封隔器(8)距钻孔孔口一段距离；/nc.启动起爆器(7)，激发射孔枪内的射孔弹产生高压射流，使瓦斯抽采钻孔周围形成导向缝槽，之后回收定向聚能射孔装置，完成射孔操作；/nd.将瓦斯抽采管(10)、注气管(11)和点火装置(12)放入瓦斯抽采钻孔并用封孔器(23)封孔；/ne.将瓦斯抽采管(10)接入瓦斯抽采主管路，瓦斯抽采管(10)与瓦斯抽采主管路之间依次设置阀门一(13)、甲烷传感器(14)、一氧化碳传感器(15)和阀门二(16)；/nf.将注气管(11)与气泵(18)相连，气泵(18)的进气口分两路，分别与空气管路(21)和氮气管路(22)相连，注气管(11)与气泵(18)之间的管路设置阀门三(17)，气泵(18)与空气管路(21)、氮气管路之间分别设置有阀门四(19)和阀门五(20)；/ng.打开阀门三(17)和阀门四(19)，启动气泵(18)，向钻孔内注入高速湍流空气，空气与甲烷充分预混，同时打开阀门一(13)，关闭阀门二(16)，监测甲烷浓度；当甲烷浓度达到爆炸范围时，关闭气泵(18)、阀门二(13)、阀门三(17)和阀门四(19)，停止空气注入；/nh.启动点火装置(12)，引爆钻孔内的混合气体，进行一级脉冲燃爆压裂，使导向缝槽周围的煤体产生大量的分支裂隙(9)；/ni.打开阀门一(13)监测燃爆后甲烷浓度和一氧化碳浓度，使裂隙煤体甲烷在燃爆冲击后的高温环境下充分解吸；当一氧化碳传感器的监测数值超过报警阈值时，打开阀门三(17)和阀门五(20)，启动气泵(18)通过氮气管路(22)向钻孔内注入高速湍流氮气，直到一氧化碳浓度降低到报警阈值以下，停止气泵(15)，关闭阀门三(17)和阀门五(22)；/nj.重复步骤g、h和i，对钻孔进行二级、三级等多级脉冲燃爆压裂，使导向缝槽周围煤体充分破裂，形成立体裂缝网络，促进瓦斯大量解吸；。/nk.打开阀门二(16)，进行钻孔甲烷多级脉冲聚能燃爆强化抽采。/n...

【技术特征摘要】
1.一种钻孔甲烷多级脉冲聚能燃爆强化抽采方法，其特征在于包括以下步骤：
a.从巷道向煤层施工瓦斯抽采钻孔，然后在钻孔内放入套管(1)；
b.在套管内放入定向聚能射孔装置，所定向聚能射孔装置包含滚珠导靴(3)、射孔器(4)、连接杆(5)、推进杆(6)、起爆器(7)和封隔器(8)，所述滚珠导靴(3)前端临近钻孔底部，尾端通过连接杆(5)与射孔器(4)、推进杆(6)和起爆器(7)依次相连，射孔器(4)包含射孔枪和射孔弹，射孔枪为杆状，内部有弹架，射孔弹依次装在弹架中，各射孔弹弹尾与起爆器(7)连接，所述套管(1)与推进杆(6)之间设有封隔器(8)，封隔器(8)距钻孔孔口一段距离；
c.启动起爆器(7)，激发射孔枪内的射孔弹产生高压射流，使瓦斯抽采钻孔周围形成导向缝槽，之后回收定向聚能射孔装置，完成射孔操作；
d.将瓦斯抽采管(10)、注气管(11)和点火装置(12)放入瓦斯抽采钻孔并用封孔器(23)封孔；
e.将瓦斯抽采管(10)接入瓦斯抽采主管路，瓦斯抽采管(10)与瓦斯抽采主管路之间依次设置阀门一(13)、甲烷传感器(14)、一氧化碳传感器(15)和阀门二(16)；
f.将注气管(11)与气泵(18)相连，气泵(18)的进气口分两路，分别与空气管路(21)和氮气管路(22)相连，注气管(11)与气泵(18)之间的管路设置阀门三(17)，气泵(18)与空气管路(21)、氮气管路之间分别设置有阀门四(19)和阀门五(20)；
g.打开阀门三(17)和阀门四(19)，启动气泵(18)，向钻孔内注入高速湍流空气，空气与甲烷充分预混，同时打开阀门一(13)，关闭阀门二(16)，监测甲烷浓度；当甲烷浓度达到爆炸范围时，关闭气泵(18)、阀门二(13)、阀门三(17)和阀门四(19)，停...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟成，孙勇，郑仰峰，徐吉钊，余旭，罗宁，刘厅，朱薪宇，丛钰洲，唐伟，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32