一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，先用水力压裂对煤体进行压裂作业，然后采用激光发生器产生激光对煤体进行割缝，形成的缝槽能有效增加煤体的开裂而增加透气性，并利用高吸水材料粉末吸收水蒸气，液氮雾的喷射，能在送入管的旋转下喷到激光切割煤体处，既能温度过高引发的煤自燃隐患，还能对煤体进行冷冲击，煤体循环受到热冲击和冷冲击的作用，形成局部进一步的致裂增透；密封外接管，有助于液氮雾气化产生的氮气压裂出煤体中小裂隙。本发明专利技术不但有效解决了低透气煤层增透范围小、增透效果差的难题，还能解决水力压裂的“水锁”效应，实现区域增透与局部致裂增透相结合，提高瓦斯抽采浓度并加快低透气性煤层瓦斯抽采速率。斯抽采速率。斯抽采速率。
【技术实现步骤摘要】
一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法
[0001]本专利技术涉及一种瓦斯抽采方法，具体是一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，属于瓦斯抽采
技术介绍
[0002]中国工程院《国家能源发展战略2030～2050》报告提出2050年煤炭年产量控制在30亿吨，煤炭将长期作为我国的主导能源。但是，我国煤矿地质条件复杂，高瓦斯煤层占50％～70％，而高瓦斯低透气性煤层又占其中的70％左右。我国高瓦斯低透气性煤层赋存特征是微孔隙性、低渗透率和高吸附性，导致在开采过程中往往伴随着大量瓦斯涌出，特别是随着煤炭生产的高效集约化和开采深度的增加，瓦斯涌出量越来越大，瓦斯爆炸和瓦斯突出危险的威胁越来越严重。在透气性差的矿井进行未卸压煤体瓦斯预抽效果往往都不理想，增加煤体透气性强化瓦斯抽采显得尤为重要。
[0003]水力压裂技术作为水力化增透措施已被煤矿广泛应用；但是水力压裂技术存在效果不稳定、卸压不充分、抽采效率低等现象，不仅费工费时、工作量大，而且危险性高、成本高，主要是因为传统的水力压裂技术裂隙扩展不充分，没有实现区域的裂隙网络化；而且，传统水力压裂技术实施后水分的存在封堵了瓦斯流动的通道，产生抑制瓦斯解吸、扩散和渗透的作用，出现“水锁”效应，导致水力压裂技术逐渐受到限制。因此，解决现有水力压裂技术缺陷，同时解除水力压裂带来的“水锁”效应，进一步提高煤层的增透效果强化瓦斯抽采成为了亟待解决的难题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，能够有效解决低透气煤层增透范围小、增透效果差的难题，还能解决水力压裂的“水锁”效应，实现区域增透与局部致裂增透相结合，提高瓦斯抽采浓度并加快低透气性煤层瓦斯抽采速率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，实现该方法的装置包括水箱、高压水泵、激光发生器、液氮雾发生器以及三通阀，三通阀的其中一端口与处于水力压裂钻孔外部的水力压裂管的一端连接，水力压裂管的另一端延伸至水力压裂钻孔内部，并在水力压裂钻孔内部的水力压裂管的前部分套装若干个高吸水材料粉末袋；
[0006]三通阀的另外两个端口分别与第二注水管的一端和外接管的一端连接，第二注水管的另一端与高压水泵的出口连接，水箱通过第一注水管与高压水泵的进口连接，第一注水管上安装第二控制阀；送入管沿着外接管延伸至水力压裂钻孔内部，通过送入管将激光头携带装置、液氮雾喷头送入到距离水力压裂管前端1～2m处，激光头携带装置的另一端通过光纤与激光发生器相连，液氮雾喷头的另一端通过液氮雾输送管与液氮雾发生器相连，并将外接管密封，在外接管上安装第一控制阀和压力表；
[0007]所述方法包括如下步骤：
[0008]①
在工作面巷道内根据煤体倾向施工水力压裂钻孔，将水力压裂管送入水力压裂钻孔内，采用高压注浆法对水力压裂钻孔进行密封并形成封孔段；
[0009]②
关闭第一控制阀，打开第二控制阀，启动高压水泵，压力为10～15MPa高压水被注入水力压裂钻孔中，对煤层实施水力压裂，压裂时间为2～4h；
[0010]③
关闭高压水泵和第二控制阀，并拆除水力压裂设备和三通阀，通过送入管将激光头携带装置、液氮雾喷头送入到距离水力压裂管前端1～2m处，密封外接管；
[0011]④
启动激光发生器和液氮雾发生器，旋转送入管，激光将水力压裂管前部分依次切断，并将高吸水材料粉末袋切割开，然后在氮气的保护气体环境中对煤体进行切割，形成缝槽，形成较大区域的煤体致裂；激光还能产生高温，显著提高煤体的温度，加快煤层瓦斯的解吸速率，同时使煤体中富含的水分转化为水蒸气，被水力压裂钻孔内飞扬的高吸水材料粉末吸收，解决水力压裂的“水锁”作用，使瓦斯运移通道畅通；液氮雾在送入管的旋转下喷到激光切割煤体处，能对裂缝处高温煤体进行冷冲击，这样煤体循环受到激光热冲击和液氮雾冷冲击的作用，形成进一步的局部致裂增透，此外液氮雾气化产生的氮气还能驱替煤体中的瓦斯；
[0012]⑤
将送入管向后移动0.8～1.2m，重复步骤
④
，直至完成水力压裂钻孔内煤体的激光切割与热驱、液氮雾的冷冲击、激光与液态液氮雾循环热冷冲击致裂，实现区域增透与局部致裂增透相结合；并利用高吸水材料粉末避免了水蒸气再次凝结堵塞煤体裂隙的“水锁”问题；
[0013]⑥
关闭激光发生设备，并拆除相关设备，如水力压裂设备、三通阀、激光发生器等，再次密封外接管，继续向水力压裂钻孔内喷射液氮雾，当压力表读数为2MPa时，关闭液氮雾发生设备，外接管密封时间为24～48h，使氮气充分驱替煤体中的瓦斯；
[0014]⑦
打开外接管密封处，水力压裂钻孔中联入瓦斯抽采管网，进行瓦斯抽采。
[0015]本专利技术的水力压裂管由位于后侧的铁管和位于前侧的PVC管组成，铁管长度比封孔段长0.5～1m，PVC管前端距离水力压裂钻孔最深处1～2m，铁管便于高压注浆封孔，提高封孔强度；PVC管起到保护激光头的作用。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述高吸水材料粉末袋均匀套装在PVC管外，且每个高吸水材料粉末袋的长度为1～1.2m。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，液氮雾喷头固定在送入管上，与激光头携带装置的距离为0.05～0.1m。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述激光头携带装置的头部沿周向均匀设有8个激光头。
[0019]高吸水材料粉末的粒径为200
‑
300目，粒径越小，表面积越大，吸水性越好。
[0020]与现有技术相比，本专利技术先利用水力压裂对煤体进行压裂作业，促进煤体孔隙和裂隙的生长发育，提高煤体渗透率；然后采用激光发生器产生激光对煤体进行割缝，形成的缝槽能有效增加煤体的开裂而增加透气性，同时便于煤体中含有的水分排出；激光还能产生高温，提高煤体温度，干燥煤体，并利用高吸水材料粉末吸收水蒸气，消除“水锁”效应，使水力压裂产生的通道畅通，同时高温能加快煤体瓦斯解吸，从而在增透和加快解吸的双重作用下强化瓦斯抽采；液氮雾的喷射，能在送入管的旋转下喷到激光切割煤体处，既能防止
由于激光温度过高引发的煤自燃隐患，还能对煤体进行冷冲击，这样煤体循环受到激光热冲击和煤体冷冲击的作用，形成局部进一步的致裂增透；密封外接管24～48h，有助于液氮雾气化产生的氮气压裂出煤体中小裂隙，且在煤体中运移充分驱替煤体内的瓦斯。激光还切开了高吸水材料粉末布袋，高吸水材料粉末在水力压裂钻孔内飞扬，有助于更好的吸收水蒸气，解决水利压裂的“水锁”问题。本专利技术不但有效解决了低透气煤层增透范围小、增透效果差的难题，还能解决了水力压裂的“水锁”效应，实现区域增透与局部致裂增透相结合，提高瓦斯抽采浓度并加快低透气性煤层瓦斯抽采速率，具有广泛的实用性。
附图说明
[0021]图1是本专利技术装配后的结构示意图；
[0022]图2是激光携带装置的结本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，其特征在于，实现该方法的装置包括水箱(18)、高压水泵(21)、激光发生器(17)、液氮雾发生器(15)以及三通阀(10)，三通阀(10)的其中一端口与处于水力压裂钻孔(2)外部的水力压裂管(9)的一端连接，水力压裂管(9)的另一端延伸至水力压裂钻孔(2)内部，并在水力压裂钻孔(2)内部的水力压裂管(9)的前部分套装若干个高吸水材料粉末袋(8)；三通阀(10)的另外两个端口分别与第二注水管(22)的一端和外接管(11)的一端连接，第二注水管(22)的另一端与高压水泵(21)的出口连接，水箱(18)通过第一注水管(20)与高压水泵(21)的进口连接，第一注水管(20)上安装第二控制阀(19)；送入管(12)沿着外接管(11)延伸至水力压裂钻孔(2)内部，通过送入管(12)将激光头携带装置(3)、液氮雾喷头(5)送入到距离水力压裂管(9)前端1～2m处，激光头携带装置(3)的另一端通过光纤(16)与激光发生器(17)相连，液氮雾喷头(5)的另一端通过液氮雾输送管(14)与液氮雾发生器(15)相连，并将外接管(11)密封，在外接管(11)上安装第一控制阀(13)和压力表(23)；所述方法包括如下步骤：
①
在工作面巷道内根据煤体(1)倾向施工水力压裂钻孔(2)，将水力压裂管(9)送入水力压裂钻孔(2)内，采用高压注浆法对水力压裂钻孔(2)进行密封并形成封孔段(7)；
②
关闭第一控制阀(13)，打开第二控制阀(19)，启动高压水泵(21)，压力为10～15MPa高压水被注入水力压裂钻孔(2)中，对煤层实施水力压裂，压裂时间为2～4h；
③
关闭高压水泵(21)和第二控制阀(19)，通过送入管(12)将激光头携带装置(3)、液氮雾喷头(5)送入到距离水力压裂管(9)前端1～2m处，密封外接管(11)；
④
启动激光发生器(17)和液氮雾发生器(15)，旋转送入管(12)，激光将水力压裂管(9)前部分依次切断，并将高吸水材料粉末袋(8)切割开，然后在氮气的保护气体环境中对煤体进行切割，形成缝槽(6)，形成较大区域的煤体致裂；煤体(1)中富含的水分转化为水蒸气，被水力压裂钻孔(2)内飞扬的高吸水材料粉末...
【专利技术属性】
技术研发人员：王圣程，黄兰英，胡东亮，卢守青，苏善杰，侯鹏，夏红春，禄利刚，宋雪娟，张朕，吴静晰，王艳，杨硕，金煜皓，杨捷，宋雷，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：
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