[发明专利]以空气为介质的脉动式高压空气蠕变压裂增透技术及装置

说明书

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种以空气为介质的脉动式高压空气蠕变压裂增透技术及装置，其包空气压缩机、高压脉动泵、瓦斯抽放泵、压力控制器、连接头、封孔器、高压连接管、水刀钻孔、介质等组成，其特征在于：所述的空气压缩机和所述的压力控制器之间靠高压连接管连接，所述的高压脉动泵和所述的压力控制器之间靠高压连接管连接，所述的空气压缩机和所述的高压脉动泵之间靠高压连接管连接，所述的瓦斯抽放泵和所述的压力控制器之间靠高压连接管连接，所述的压力控制器和所述的封孔器之间靠连接头连接，所述的封孔器和所述的水刀钻孔之间靠膨胀速凝剂固定，所述的介质通过空气压缩机和高压脉动泵压入水刀钻孔，所述的介质沿着煤层的节理裂隙渗透压裂煤层，增加了煤层裂隙，从而增加了煤层的透气性，提高了瓦斯抽放效率，有效预防了煤与瓦斯突出。

技术领域

本发明涉及煤矿井下瓦斯治理技术领域，具体为以空气为介质的脉动式高压空气蠕变压裂增透技术及装置，属于煤矿开采技术领域。

背景技术

瓦斯爆炸是严重威胁煤矿安全生产灾害之一。由于地壳变迁及成煤年代的不同，地应力的变化使煤层及级围岩的透气性变差，瓦斯含量增加，相对瓦斯的涌出量增高，瓦斯的危险性增加。提高煤层的增透性，有效的排放煤层中的瓦斯是矿井区域防治瓦斯煤与瓦斯突出的最有力措施之一。通过瓦斯抽放可降低煤层的瓦斯含量和压力，从而消除煤与瓦斯突出隐患。目前国内主要采用水刀切割钻孔技术(图1)，利用CO₂相变和高压水压裂煤层提高煤层的增透性，具体方法有以下：

(图2)钻孔水刀切割与液态CO₂相变结合技术。CO₂相变致裂技术是利用液态CO₂在一定温度下迅速汽化膨胀原理研发出的一种物理爆破技术。液态CO₂相变致裂增透首先向目标煤体施工钻孔，然后将液态CO₂预裂装备送至钻孔预定深度后起爆，预裂装备内的液态CO₂瞬间膨胀产生高压气体作用在钻孔壁煤体上，煤体受力破碎、原始裂隙得到扩展，从而为瓦斯流动创造通道，起到增加煤层透气性和渗透性的作用。这项技术存在的问题主要体现在以下，首先爆炸压力过程不可预控，会诱导煤层瓦斯突出。其次是CO₂加热管安装和操作不慎会诱引起瓦斯爆炸。第三是大量的CO₂膨胀导致环境的O₂含量降低。

图3钻孔水刀切割与高压水结合技术。高压水致裂技术是水加压后沿着煤层的层理和节理渗透，高压水作用在钻孔壁煤体上，煤体受力破碎、原始裂隙得到扩展，从而为瓦斯流动创造通道，起到增加煤层透气性和渗透性的作用。这项技术存在的问题主要体现在以下，首先由于煤层存在裂隙、孔洞和水刀缝隙，高压水在注射压裂过程中易造成高压水自身封存在煤层内，煤层开采过程中会诱导煤层瓦斯突出。其次是对于部分粉煤，由于大量水的浸泡会堵死节理和裂隙，降低煤体的通透性。第三是设备工艺复杂安装运输繁琐，综合成本高。

图3为了解决钻孔水刀切割与CO₂相变致裂技术和高压注水压裂技术相结合两项技术存在的问题，本发明提供了一种以空气为介质的脉动式高压空气蠕变压裂增透技术及装置，进一步增加煤层裂隙，从而增加了煤层的透气性，提高了瓦斯抽放效率，有效防御了煤与瓦斯突出。

发明内容