[发明专利]高压空气脉冲水波周期性锤击煤体增透系统及方法

权利要求书

1.高压空气脉冲水波周期性锤击煤体增透系统，其特征在于：包括充水装置、充气装置和致裂装备，所述致裂装备包括高压气体释放管、封孔胶囊和高压双层输送管，高压双层输送管包括内层的高压双层输气内管和外层的高压双层输水外管，高压双层输气内管连接高压气体释放管，且高压气体释放管上分布有若干单向气体释放孔，所述封孔胶囊设置在高压双层输送管外壁靠近高压气体释放管的位置；

所述充水装置与所述高压双层输水外管连通并可向致裂孔输水；所述充气装置与所述封孔胶囊和高压双层输气内管连通，并可切换的向封孔胶囊或致裂孔输气，且封孔胶囊在充气后能够径向膨胀封孔。

2.根据权利要求1所述的高压空气脉冲水波周期性锤击煤体增透系统，其特征在于：所述充水装置包括高压储水泵、高压输水胶管、所述高压储水泵的出水端通过高压输水胶管与所述高压双层输水外管连通。

3.根据权利要求2所述的高压空气脉冲水波周期性锤击煤体增透系统，其特征在于：所述充气装置包括高压空气加压泵站、高压储气装置、高压输气胶管和分支气管，所述高压空气加压泵站与高压储气装置连通，并向高压储气装置输送高压气体，所述高压储气装置通过高压输气胶管与所述高压双层输气内管连通，所述分支气管两端分别连通双层输气内管和封孔胶囊，所述双层输气内管临近封孔胶囊位置设有高压环形截止阀，所述分支气管上设有高压转换阀和高压转向阀，所述高压输气胶管上设有高压背压阀。

4.根据权利要求3所述的高压空气脉冲水波周期性锤击煤体增透系统，其特征在于：所述煤体增透系统还包括高压三通导向阀，所述高压三通导向阀三个接口分别与高压输气胶管、高压输水胶管、以及高压双层输气内管和高压双层输水外管总体的端口连通。

5.根据权利要求4所述的高压空气脉冲水波周期性锤击煤体增透系统，其特征在于：所述高压储气装置和/或高压输气胶管上设有压力传感器；所述高压储水泵的储水腔设有压力表；高压储水泵的出水口处具有高压截止阀。

6.高压空气脉冲水波周期性锤击煤体增透方法，其特征在于：使用权利要求5所述的高压空气脉冲水波周期性锤击煤体增透系统，所述高压空气脉冲水波周期性锤击煤体增透方法包括如下步骤：

步骤1、在井下岩巷底板岩层中施工穿层致裂孔进入目标煤层，在钻孔完成后利用井下压风冲洗钻孔残屑，将高压气体释放管送入钻孔指定位置，并将封孔胶囊设置在致裂孔孔口位置，封孔胶囊封堵长度大于巷道松动圈宽度；

步骤2、设定高压背压阀出口压力P1，利用高压输气胶管连接高压转换阀，并打开高压转换阀；旋转高压三通导向阀使高压双层输气内管和高压输气胶管连通，输水通道关闭；启动高压空气加压泵站，将压缩的35MPa-60MPa高压空气储存到高压储气装置中，当高压储气装置内空气压力超过P1时，高压背压阀自动打开，高压气体沿输气管路进入封孔胶囊，封孔胶囊13开始膨胀封孔，待封孔胶囊内气体压力达预定封堵压力Pf，迅速关闭高压空气加压泵，关紧高压转换阀，封孔工作完成；

步骤3、调节高压三通导向阀使高压双层输水外管路连通，高压双层输气内管截止，打开高压环形截止阀；将井下水管连入高压储水泵，或者将井下压风系统和充水装置混合接入高压储水泵，提高输水压力，通过高压储水泵向致裂孔充填液态水，高压输水胶管压力Ps大于致裂孔的最大静水压力0.01h水压，h为致裂孔的垂高，保证液态水达到致裂孔底；当压力表示数稳定后，且表压大于静水压0.01h，表明致裂孔内已充满液态水，关闭高压环形截止阀和高压截止阀，输水工作完成；

步骤4、再次调节高压三通导向阀使高压双层输气内管连通，高压双层输水外管截止；重新设定高压背压阀压力P2，P2应大于目标煤层起裂压力P3，小于封孔胶囊内的封堵压力Pf；启动高压空气加压泵站工作系统，设定输气周期，当高压储气装置内空气压力大于高压背压阀压力P2，高压空气沿高压双层输气内管突破单向气体释放孔进入致裂孔，气体能量在水介质中向煤孔裸面锤击，造成煤体疲劳损伤；

步骤5、当致裂孔内压力稳定一段时间后出现下降趋势，表明致裂孔周围卸压漏水，煤体已经被高压空气脉充水波击破，新生大量交织裂隙网；此时打开高压转换阀卸除封孔胶囊。

7.根据权利要求6所述的高压空气脉冲水波周期性锤击煤体增透方法，其特征在于，在步骤5后还包括：

步骤6、利用高压空气脉动水波冲洗孔内煤体裂缝中残留的煤屑，并将软煤全部冲出致裂孔外，扩大致裂孔的卸压空间，提升煤体卸压效果。