一種高應力低孔隙率煤層預裂增透抽放瓦斯的系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種高應力低孔隙率煤層預裂增透抽放瓦斯的系統及方法，其包括預裂裝置，所述預裂裝置包括排氣外殼，所述排氣外殼上均勻布置有多個排氣孔，所述排氣外殼后部設置有爆破管，所述爆破管內設置有液態二氧化碳儲液管道，所述液態二氧化碳儲液管道進入所述排氣區域的前端頭處封堵有一切變盤，所述液態二氧化碳儲液管道內設置有加熱元件；所述液態二氧化碳儲液管道后端設置有注液端頭，所述注液端頭上設置有注液口，所述注液口與所述液態二氧化碳儲液管道相連通，所述注液端頭上設置有用于通向外部的電極，所述電極與所述加熱元件線路連接。可有效增大煤體裂隙密度和范圍，改變煤體原生裂隙的狀態，提高了抽放瓦斯的效率與安全性。
【專利說明】一種高應力低孔隙率煤層預裂增透抽放瓦斯的系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤礦采掘工作面災害防治領域，尤其涉及一種高應力低孔隙率煤層預裂增透抽放瓦斯的系統及方法。
【背景技術】
[0002]在煤礦采掘過程中，瓦斯是最大的威脅之一，瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出災害制約我國煤礦行業安全生產，瓦斯抽放是解決這種威脅最有效的措施，鉆孔抽放瓦斯作為我國對瓦斯的治理利用最主要的方法，能從根本上消除或降低工作面瓦斯的來源，同時抽放出來的瓦斯可以集約利用。我國煤層地質開采條件復雜，相對于國外的煤層，具有強度低、透氣性差等特點。隨著煤礦開采強度和深度的不斷增加，高地應力條件下，使得煤層瓦斯抽放的難度更大。
[0003]傳統的增透技術存在很多的缺點，如水力增透技術采用高壓水泵注水雖然拓寬了適用范圍，但水泵提供的壓力有限，產生的微裂隙少，很難達到理想的效果；此外注水泵的壓力越高，設備的運行、維護和管理成本越高。炸藥爆破增透技術適應條件受限，操作工藝復雜，且安全系數低，不能排除啞炮的可能，爆破產生的熱量，容易引燃引爆煤體中貯存的瓦斯，在高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井中是禁用的。密集交叉鉆孔法工程量大，對煤體次生裂隙的發育影響小，增透效果差。
[0004]因此，現有技術有待于更進一步的改進和發展。
【發明內容】
[0005]鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高應力低孔隙率煤層預裂增透抽放瓦斯的系統及方法，能有效地對煤礦深部開采中的高應力低孔隙率煤層進行預裂增透，提高抽放瓦斯的效率與安全性。
[0006]為解決上述技術問題，本發明方案包括:
[0007]—種高應力低孔隙率煤層預裂增透抽放瓦斯的系統，其包括預裂裝置，所述預裂裝置包括排氣外殼，其中，所述排氣外殼上均勻布置有多個排氣孔，形成排氣區域，所述排氣外殼后部設置有爆破管，所述爆破管內設置有液態二氧化碳儲液管道，所述液態二氧化碳儲液管道進入所述排氣區域的前端頭處封堵有一切變盤，所述液態二氧化碳儲液管道內設置有加熱元件；所述液態二氧化碳儲液管道后端設置有注液端頭，所述注液端頭上設置有注液口，所述注液口與所述液態二氧化碳儲液管道相連通，所述注液端頭上設置有用于通向外部的電極，所述電極與所述加熱元件線路連接；所述電極給所述加熱元件通電，所述加熱元件瞬間產生高溫，所述液態二氧化碳儲液管道內液態二氧化碳迅速吸熱產生沖擊波沖破所述切變盤，使二氧化碳自所述排氣區域劇烈噴出。
[0008]所述的系統，其中，所述系統還包括分裝裝置，所述分裝裝置包括分裝支架，所述分裝支架上設置有高壓灌裝泵、液態二氧化碳鋼瓶，所述預裂裝置設置在所述分裝支架上，所述預裂裝置的注液口通過充灌軟管分別與所述高壓灌裝泵、所述液態二氧化碳鋼瓶相連通。
[0009]所述的系統，其中，所述預裂裝置通過推送桿送入對應的預先開鑿的增透鉆孔內，所述預裂裝置放入對應增透鉆孔內后，通過封孔單元封堵對應增透鉆孔。
[0010]一種使用所述系統進行抽放瓦斯的方法，其包括以下步驟:
[0011]確定預裂增透煤體的力學參數，然后確定液態二氧化碳裝填量的參數與加熱元件的參數，然后按照液態二氧化碳裝填量的參數與加熱元件的參數向預裂裝置內填充液態二氧化碳與加熱元件，通過推送桿將預裂裝置送入對應的預先開鑿的增透鉆孔內，所述預裂裝置放入對應增透鉆孔內后，通過封孔單元封堵對應增透鉆孔；電極給加熱元件通電，所述加熱元件瞬間產生高溫，液態二氧化碳儲液管道內液態二氧化碳迅速吸熱產生沖擊波沖破切變盤，使二氧化碳自所述排氣區域劇烈噴出，將煤體沿天然裂縫切開。
[0012]本發明提供的一種高應力低孔隙率煤層預裂增透抽放瓦斯的系統及方法，是一種相對緩慢的、膨脹的、擴散及有剪切效果的過程，可以使釋放的二氧化碳氣體沿煤體天然裂縫剪切開來，可有效增大煤體裂隙密度和范圍，改變煤體原生裂隙的狀態，增加煤體次生裂隙的發育，為煤層瓦斯抽放創造良好的條件，整個預裂增透過程中無火花外露，且二氧化碳自身具備阻燃特性，技術操作具有較高的安全性；此外，本發明有效釋放煤體的彈性勢能，降低工作面沖擊地壓危險性，且依靠高壓二氧化碳氣體的膨脹所產生的壓力，將周邊煤體中賦存的瓦斯置換驅替，通過抽放鉆孔在瓦斯富集區域進行瓦斯抽放，減小工作面發生煤與瓦斯突出災害的危險。尤其是液態二氧化碳分裝工作僅需I?3分鐘，起爆至結束僅需I秒以內，需要安全警戒距離短，無安全隱患，預裂裝置I回收方便，可連續使用3000次以上，降低了增透成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明中預裂裝置的結構示意圖；
[0014]圖2為本發明中分裝裝置的結構示意圖；
[0015]圖3為本發明中預裂裝置的工作狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0016]本發明提供了一種高應力低孔隙率煤層預裂增透抽放瓦斯的系統及方法，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0017]本發明提供了一種高應力低孔隙率煤層預裂增透抽放瓦斯的系統及方法，如圖1與圖2所示的，其包括預裂裝置I，所述預裂裝置包括排氣外殼2，其中，所述排氣外殼2上均勻布置有多個排氣孔3，形成排氣區域，所述排氣外殼2后部設置有爆破管4，所述爆破管4內設置有液態二氧化碳儲液管道5，所述液態二氧化碳儲液管道5進入所述排氣區域的前端頭處封堵有一切變盤6，所述液態二氧化碳儲液管道5內設置有加熱元件7 ;所述液態二氧化碳儲液管道后端設置有注液端頭8，所述注液端頭8上設置有注液口 9，所述注液口 9與所述液態二氧化碳儲液管道5相連通，所述注液端頭8上設置有用于通向外部的電極10，所述電極10與所述加熱元件7線路連接。如圖3所示的,所述電極10給所述加熱元件7通電，所述加熱元件7瞬間產生高溫，所述液態二氧化碳儲液管道5內液態二氧化碳迅速吸熱產生沖擊波沖破所述切變盤6，使二氧化碳自所述排氣區域劇烈噴出，對周邊煤體產生巨大沖擊力，使煤體沿天然裂縫剪切開來，增大了煤體裂隙密度和范圍，實現了預裂增透效果。
[0018]在本發明的另一較佳實施例中，所述系統還包括分裝裝置，所述分裝裝置包括分裝支架11，所述分裝支架11上設置有高壓灌裝泵12、液態二氧化碳鋼瓶13，所述預裂裝置I設置在所述分裝支架11上，所述預裂裝置I的注液口 9通過充灌軟管14分別與所述高壓灌裝泵12、所述液態二氧化碳鋼瓶13相連通，使液態二氧化碳分裝工作僅需I~3分鐘即可完成。
[0019]更進一步的，如圖3所示的，所述預裂裝置I通過推送桿15送入對應的預先開鑿的增透鉆孔16內，所述預裂裝置I放入對應增透鉆孔16內后，通過封孔單元17封堵對應增透鉆孔16。
[0020]本發明還提供了一種使用所述系統進行抽放瓦斯的方法，其包括以下步驟:
[0021]確定預裂增透煤體的力學參數，然后確定液態二氧化碳裝填量的參數與加熱元件的參數，然后按照液態二氧化碳裝填量的參數與加熱元件的參數向預裂裝置I內填充液態二氧化碳與加熱元件，通過推送桿15將預裂裝置I送入對應的預先開鑿的增透鉆孔16內，所述預裂裝置I放入對應增透鉆孔16內后，通過封孔單元17封堵對應增透鉆孔16 ;電極10給加熱元件7通電，所述加熱元件7瞬間產生高溫，液態二氧化碳儲液管道5內液態二氧化碳迅速吸熱產生沖擊波沖破切變盤6，使二氧化碳自所述排氣區域劇烈噴出，將煤體沿天然裂縫切開。
[0022]為了更進一步描述本發明，以下列舉更詳盡的實施例進行說明。
[0023]步驟1，確定預裂增透煤體的力學性質
[0024]在采掘工作面現場采集煤樣，進行煤樣工業性試驗，確定煤體的物理力學參數。所要獲得的煤體力學參數主要包括:煤體的抗壓強度、抗拉強度、泊松比。
[0025]表1工作面煤體物理力學參數記錄表
[0026]
[0027]
【權利要求】
1.一種高應力低孔隙率煤層預裂增透抽放瓦斯的系統，其包括預裂裝置，所述預裂裝置包括排氣外殼，其特征在于，所述排氣外殼上均勻布置有多個排氣孔，形成排氣區域，所述排氣外殼后部設置有爆破管，所述爆破管內設置有液態二氧化碳儲液管道，所述液態二氧化碳儲液管道進入所述排氣區域的前端頭處封堵有一切變盤，所述液態二氧化碳儲液管道內設置有加熱元件；所述液態二氧化碳儲液管道后端設置有注液端頭，所述注液端頭上設置有注液口，所述注液口與所述液態二氧化碳儲液管道相連通，所述注液端頭上設置有用于通向外部的電極，所述電極與所述加熱元件線路連接；所述電極給所述加熱元件通電，所述加熱元件瞬間產生高溫，所述液態二氧化碳儲液管道內液態二氧化碳迅速吸熱產生沖擊波沖破所述切變盤，使二氧化碳自所述排氣區域劇烈噴出。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統還包括分裝裝置，所述分裝裝置包括分裝支架，所述分裝支架上設置有高壓灌裝泵、液態二氧化碳鋼瓶，所述預裂裝置設置在所述分裝支架上，所述預裂裝置的注液口通過充灌軟管分別與所述高壓灌裝泵、所述液態二氧化碳鋼瓶相連通。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述預裂裝置通過推送桿送入對應的預先開鑿的增透鉆孔內，所述預裂裝置放入對應增透鉆孔內后，通過封孔單元封堵對應增透鉆孔。
4.一種使用如權利要求1所述系統進行抽放瓦斯的方法，其包括以下步驟: 確定預裂增透煤體的力學參數，然后確定液態二氧化碳裝填量的參數與加熱元件的參數，然后按照液態二氧化碳裝填量的參數與加熱元件的參數向預裂裝置內填充液態二氧化碳與加熱元件，通過推送桿將預裂裝置送入對應的預先開鑿的增透鉆孔內，所述預裂裝置放入對應增透鉆孔內后，通過封孔單元封堵對應增透鉆孔；電極給加熱元件通電，所述加熱元件瞬間產生高溫，液態二氧化碳儲液管道內液態二氧化碳迅速吸熱產生沖擊波沖破切變盤，使二氧化碳自所述排氣區域劇烈噴出，將煤體沿天然裂縫切開。
【文檔編號】E21F7/00GK103806934SQ201410070082
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】王剛, 程衛民, 孫路路, 周剛, 張孝強, 黃啟銘 申請人:山東科技大學