一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法及装置与流程

1.本发明涉及煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法及装置。


背景技术：

2.长期以来，煤炭一直是我国的主体能源，随着经济和社会的飞速发展，我国煤炭开采规模不断增大，开采机械化水平不断提高，但在开采效率大幅度提升的同时，粉尘和瓦斯突出问题越来越严重，严重威胁着井下工人的生命健康。
3.煤层注水是降低开采过程中产尘量和抑制瓦斯突出的有效技术措施，但由于煤体微小孔隙中瓦斯压力较高，形成较大的渗透阻力，水分很难进入煤层微小孔隙中，因此，常规煤层注水存在含水率低、水分分布不均匀等缺点，注水效果较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法及装置，解决煤体微小孔隙中瓦斯压力较高，形成较大的渗透阻力，水分很难进入煤层微小孔隙中，因此，常规煤层注水存在含水率低、水分分布不均匀等缺点，注水效果较差的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.操控机械式钻机从工作面顺槽向煤体施工顺层钻孔，相邻两个钻孔之间的距离为10米，钻孔孔深为60-120m；
7.钻孔完毕后，将钻孔靠近孔口处进行部分封堵，并在钻孔中预留一条直径明显小于钻孔直径的铁质花管；
8.将预留铁质花管与瓦斯采集管路连接，对瓦斯进行抽采；
9.抽采一段时间后，拆除瓦斯采集管路，并将预留铁质花管与注液氮装置连接，向钻孔中注入液态氮气；
10.注入氮气后，再次将预留铁质花管与瓦斯采集管路连接，对孔内气体进行二次抽采；
11.抽采完成后，将预留铁质花管与高压注水装置连接，进行注水工作，此时注水效果明显提高。
12.其中，钻孔完毕后，将钻孔靠近孔口处进行部分封堵，并在钻孔中预留一条直径明显小于钻孔直径的铁质花管，包括：
13.钻孔完毕后，在钻孔中放入长度为4m的保护花管；
14.保护花管之间两两连接放入。
15.其中，抽采一段时间后，拆除瓦斯采集管路，并将预留铁质花管与注液氮装置连接，向钻孔中注入液态氮气，包括：
16.当抽采持续2-3个月时，停止对瓦斯的抽采，并拆除瓦斯采集管路。
17.其中，注入氮气后，再次将预留铁质花管与瓦斯采集管路连接，对孔内气体进行二次抽采，包括：
18.当抽采直至回采工作面推进至距钻孔20-30m时，停止瓦斯抽采，并拆除瓦斯采集管路。
19.其中，抽采完成后，将预留铁质花管与高压注水装置连接，进行注水工作，此时注水效果明显提高，包括：
20.进行注水时，在8-12mpa的高压下进行注水工作。
21.一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的装置，适用于所述的抗液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法，煤层中开设有钻孔，所述钻孔中插设有保护花管和铁质花管，所述保护花管用于防止所述钻孔垮塌，所述铁质花管的一端伸出所述钻孔，所述钻孔的孔口处通过封堵材料部分封堵，所述铁质花管伸出所述钻孔的一端外侧安装有阀门，所述阀门用于控制所述铁质花管的开闭。
22.本发明的一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法及装置，通过对煤层中大量瓦斯采收，使得注水时受到的瓦斯阻力明显减小；另一方面，液态氮气致裂煤体导致煤中孔、裂隙结构进一步发育，使得注水效果明显提高，因此，使用该方法后，煤层气采收率得到提高，且注水效果大幅度增强，有效降低开采时煤层中瓦斯和粉尘的危险性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明提供的液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法的步骤图。
25.图2是本发明提供的液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的装置的结构示意图。
26.图中：1-煤层、2-钻孔、3-保护花管、4-铁质花管、5-封堵材料、6-阀门。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.请参阅图1，本发明提供一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法，包括以下步骤：
30.s101、操控机械式钻机从工作面顺槽向煤体施工顺层钻孔，相邻两个钻孔之间的距离为10米，钻孔孔深为60-120m。
31.根据煤层赋存条件及相关资料，每隔10m施工孔深为60-120m的瓦斯抽采钻孔，钻
孔长度、直径及角度按照煤层赋存条件及矿方钻机条件确定。
32.s102、钻孔完毕后，将钻孔靠近孔口处进行部分封堵，并在钻孔中预留一条直径明显小于钻孔直径的铁质花管。
33.具体的，钻孔完毕后，在钻孔中放入长度为4m的保护花管，保护花管之间两两连接放入。
34.钻孔施工完成后，立即下入每根4m的保护花管，并两两连接放入钻孔内，保护钻孔，防止其后期垮塌，花管直径根据钻孔直径确定，然后将钻孔靠近孔口部分封堵，中间预留一条直径明显小于钻孔直径的铁质花管，铁质花管末端接法兰盘阀门，用于瓦斯抽采、注液氮和注水工作。
35.s103、将预留铁质花管与瓦斯采集管路连接，对瓦斯进行抽采。
36.将钻孔口预留铁质花管与瓦斯采集管路连接，打开阀门，进行瓦斯抽采。在抽采初期，瓦斯抽采率较高，随着抽采工作的进行，钻孔附近的瓦斯已被抽采，而距离钻孔较远的瓦斯运移阻力较大，因此瓦斯抽采率逐渐降低。
37.s104、抽采一段时间后，拆除瓦斯采集管路，并将预留铁质花管与注液氮装置连接，向钻孔中注入液态氮气。
38.具体的，当抽采持续2-3个月时，停止对瓦斯的抽采，并拆除瓦斯采集管路。
39.当抽采持续2-3个月时，停止瓦斯抽采，拆除瓦斯采集管路，将钻孔口预留铁质花管与注液氮装置连接，向钻孔内注入液态氮气，液态氮气汽化会吸收大量热量，产生巨大的膨胀力冻结力，致裂煤体，促进煤中孔、裂隙结构二次发育；另一方面，吸热汽化的氮气气体会深入煤中微孔内部，降低甲烷分压，从而促进吸附态甲烷的解吸，由于氮气吸附能力小于甲烷，因此不会在煤中形成新的气体突出危险。
40.s105、注入氮气后，再次将预留铁质花管与瓦斯采集管路连接，对孔内气体进行二次抽采。
41.具体的，当抽采直至回采工作面推进至距钻孔20-30m时，停止瓦斯抽采，并拆除瓦斯采集管路。
42.再次连接钻孔口预留铁质花管与瓦斯采集管路，此时煤中解吸出的甲烷和气态氮气会在抽采负压的作用下一起抽出，继续抽采直至回采工作面推进至距钻孔20-30m时，停止瓦斯抽采，拆除抽采装置。
43.s106、抽采完成后，将预留铁质花管与高压注水装置连接，进行注水工作，此时注水效果明显提高。
44.具体的，进行注水时，在8-12mpa的高压下进行注水工作。
45.将钻孔口铁质花管与高压注水装置连接，在8-12mpa的高压下进行注水工作，此时由于煤中大量煤层气已被采收，注水时受到的瓦斯阻力明显减小；另一方面，液态氮气致裂煤体导致煤中孔、裂隙结构进一步发育，因此注水效果明显提高。
46.请参阅图2，本发明提供的一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的装置，煤层1中开设有钻孔2，所述钻孔2中插设有保护花管3和铁质花管4，所述保护花管3用于防止所述钻孔2垮塌，所述铁质花管4的一端伸出所述钻孔2，所述钻孔2的孔口处通过封堵材料5部分封堵，所述铁质花管4伸出所述钻孔2的一端外侧安装有阀门6，所述阀门6用于控制所述铁质花管4的开闭。
47.在本实施方式中，所述保护保护花管3用于防止所述钻孔2垮塌，所述铁质花管4用于连接抽瓦斯、注氮或注水装置，对所述钻孔2中的气体进出抽采，所述钻孔2孔口出通过所述封堵材料5封堵，便于后续对瓦斯的抽采和注氮或注水工作的进行，所述阀门6用于控制所述铁质花管4的开启或关闭。
48.本发明的一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法及装置，通过对煤层中大量瓦斯采收，使得注水时受到的瓦斯阻力明显减小；另一方面，液态氮气致裂煤体导致煤中孔、裂隙结构进一步发育，使得注水效果明显提高，因此，使用该方法后，煤层气采收率得到提高，且注水效果大幅度增强，有效降低开采时煤层中瓦斯和粉尘的危险性。
49.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：操控机械式钻机从工作面顺槽向煤体施工顺层钻孔，相邻两个钻孔之间的距离为10米，钻孔孔深为60-120m；钻孔完毕后，将钻孔靠近孔口处进行部分封堵，并在钻孔中预留一条直径明显小于钻孔直径的铁质花管；将预留铁质花管与瓦斯采集管路连接，对瓦斯进行抽采；抽采一段时间后，拆除瓦斯采集管路，并将预留铁质花管与注液氮装置连接，向钻孔中注入液态氮气；注入氮气后，再次将预留铁质花管与瓦斯采集管路连接，对孔内气体进行二次抽采；抽采完成后，将预留铁质花管与高压注水装置连接，进行注水工作，此时注水效果明显提高。2.如权利要求1所述的液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法，其特征在于，钻孔完毕后，将钻孔靠近孔口处进行部分封堵，并在钻孔中预留一条直径明显小于钻孔直径的铁质花管，包括：钻孔完毕后，在钻孔中放入长度为4m的保护花管；保护花管之间两两连接放入。3.如权利要求1所述的液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法，其特征在于，抽采一段时间后，拆除瓦斯采集管路，并将预留铁质花管与注液氮装置连接，向钻孔中注入液态氮气，包括：当抽采持续2-3个月时，停止对瓦斯的抽采，并拆除瓦斯采集管路。4.如权利要求1所述的液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法，其特征在于，注入氮气后，再次将预留铁质花管与瓦斯采集管路连接，对孔内气体进行二次抽采，包括：当抽采直至回采工作面推进至距钻孔20-30m时，停止瓦斯抽采，并拆除瓦斯采集管路。5.如权利要求1所述的液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法，其特征在于，抽采完成后，将预留铁质花管与高压注水装置连接，进行注水工作，此时注水效果明显提高，包括：进行注水时，在8-12mpa的高压下进行注水工作。6.一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的装置，适用于如权利要求1至权利要求5任意一项所述的抗液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法，其特征在于，煤层中开设有钻孔，所述钻孔中插设有保护花管和铁质花管，所述保护花管用于防止所述钻孔垮塌，所述铁质花管的一端伸出所述钻孔，所述钻孔的孔口处通过封堵材料部分封堵，所述铁质花管伸出所述钻孔的一端外侧安装有阀门，所述阀门用于控制所述铁质花管的开闭。

技术总结
本发明涉及煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种液氮致裂增透促进瓦斯抽采和煤层注水效果的方法及装置，通过对煤层中大量瓦斯采收，使得注水时受到的瓦斯阻力明显减小；另一方面，液态氮气致裂煤体导致煤中孔、裂隙结构进一步发育，使得注水效果明显提高，因此，使用该方法后，煤层气采收率得到提高，且注水效果大幅度增强，有效降低开采时煤层中瓦斯和粉尘的危险性。的危险性。的危险性。


技术研发人员：刘振 武龙 李双 王振武 杨永良 李浦瑞 申昌
受保护的技术使用者：淮北矿业股份有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/7/25