[发明专利]采用液氮和蒸汽致裂煤层的瓦斯抽采方法及抽采系统

说明书

本发明公开一种采用液氮和蒸汽致裂煤层的瓦斯抽采方法及抽采系统，抽采方法包括步骤1)钻孔，2)布置抽采系统，3)封孔，4)冷冻致裂，5)高温致裂和加热瓦斯和6)抽采瓦斯。抽采系统包括设置于煤层上用于煤层致裂和瓦斯抽采的孔，且在孔的外段设置有用于封孔和隔热的聚氨酯层，另设置有液氮管、供热管和抽采管穿过该聚氨酯层，液氮管的外端接通到液氮泵，液氮泵接通到液氮罐上，供热管接通到蒸汽发生器，蒸汽发生器接通到水箱上。本发明相对现有技术，避免了施工繁重、安全隐患、水锁效应和影响范围有限的问题，通过液氮和蒸汽进行冷热交替致裂，大大增强致裂效果，提高了瓦斯运移速度，在进一步的瓦斯抽采中大大提高了效率。

技术领域

本发明属于瓦斯开采技术领域，特别涉及一种采用液氮和蒸汽致裂煤层的瓦斯抽采方法及抽采系统。

背景技术

我国80％以上煤层是低透气性复杂煤层，具有多微孔、高吸附、难扩散、低渗透特征，瓦斯抽采困难，煤矿瓦斯灾害严重。针对此类复杂煤层，国外几乎不开采，缺乏可借鉴的增透技术，大幅增强煤层透气性是煤层瓦斯高效开发和煤炭安全开采的根本保证。

目前采用的煤层强化增透技术主要有密集钻孔、深孔预裂爆破、水力压裂、水力割缝、注热促采等。

上述技术方法均能在一定程度上提高煤层透气性，强化瓦斯抽采，但也存在自身局限性。采用密集钻孔，则施工工程量大，钻孔周围无法形成网状裂隙，影响范围小。

采用深孔预裂爆破，一是现场实施困难，二是炸药爆炸带来的安全隐患难以解决。

采用水力割缝、水力压裂，则会产生水锁效应，封堵煤层瓦斯运移通道，从而抑制瓦斯解吸。

采用注热促采，则无法增加煤层裂隙，作用效果有限。

因此，亟需研究一种新型增透技术，既能致裂煤层增加瓦斯运移通道，又能促进瓦斯解吸，进而达到高效抽采的目的。

发明内容

有鉴于现有技术中施工工程量大，影响范围小，实施困难，存在安全隐患，封堵瓦斯运移通道和裂隙效果有限的技术缺陷，本发明提供一种采用液氮和蒸汽致裂煤层的瓦斯抽采方法，作为一种新型的增透技术，所要解决的技术问题是避免繁琐、实施困难和存在安全隐患的现场钻孔及爆破施工，同时要扩大对煤层的增透影响，增加瓦斯的运移通道，促进瓦斯解吸，以提高瓦斯抽采的效率。

本发明的目的之一是提供一种采用液氮和蒸汽致裂煤层的瓦斯抽采方法，包括如下步骤：

1)钻孔：向煤层钻设用于致裂和抽采的孔；

2)布置抽采系统：将液氮管、供热管和抽采管的内端伸入到所述孔内，所述液氮管的外端接通到液氮罐上，所述供热管的外端接通到蒸汽发生器上；

3)封孔：在所述孔的外段设置两段用于封堵所述孔的水泥砂浆层，同时使得所述液氮管、供热管和抽采管穿过两段该水泥砂浆层，并伸入到所述孔内，再同时设置注浆管，所述注浆管的内端伸入到两段所述水泥砂浆层之间，通过该注浆管向两段所述水泥砂浆层之间注入聚氨酯，并形成用于隔热和封孔的聚氨酯层；

4)冷冻致裂：通过所述液氮管将所述液氮罐内的液氮灌入到所述孔内，对所述煤层进行冷冻致裂；

5)高温致裂和加热瓦斯：通过所述供热管将蒸汽发生器内产生的蒸汽灌入到所述孔内，对煤层进行高温致裂；

6)抽采瓦斯：通过抽采管向外抽采瓦斯。