[发明专利]基于二氧化碳相变致裂装置的煤层瓦斯安全驱替抽采方法

说明书

本发明公开了一种基于二氧化碳相变致裂装置的煤层瓦斯安全驱替抽采方法，共包括六个步骤；通过气源系统向位于钻孔外的二氧化碳致裂器注入二氧化碳液体；通过高压软管将高压增压注入机构、大流量中低压注入机构串联后再与二氧化碳致裂器的注入孔相连，高压增压注入机构、大流量中低压注入机构与气源系统相连；通过液压推送机将二氧化碳致裂器及囊袋式封孔器推入钻孔内，将钻孔密封；通过气源系统、高压增压注入机构向二氧化碳致裂器内注入压力为60MPa以上的二氧化碳液体；通过气源系统、大流量中低压注入机构向二氧化碳致裂器内注入压力为常压—10MPa的二氧化碳气体或液体。安全性高，操作方便，且瓦斯抽采效率高。

技术领域

本发明属于煤层瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种基于二氧化碳相变致裂装置的煤层瓦斯安全驱替抽采方法。

背景技术

二氧化碳致裂器是应用液态二氧化碳受热气化膨胀，快速释放高压气体破断煤层，解决了以往用炸药爆破开采，预裂中毁坏性大及风险性高的缺陷，在一定程度上提高了煤矿开采和预裂的安全性，因此广泛适用于煤矿作业。

二氧化碳致裂的原理是：二氧化碳在低于31℃时以液态存在，而超越31℃时开始气化，并且随着温度的变化压力也在不断的变化。利用二氧化碳这一特点，在致裂器主管内充装一定量的液态二氧化碳(通常为1.5kg左右)，同时在致裂器主管内还安装有点火头、燃烧棒和定压破裂片，利用起爆器控制点火头引起燃烧棒燃烧，从而对液态二氧化碳加热，使液态二氧化碳瞬间气化收缩并产生高压，体积收缩600倍以上。当压力到达设定极限值时，定压破裂片破断，高压气体从释放管上的释放孔释放，作用在煤(岩)体上，从而达到煤层致裂的目的。

现有的二氧化碳致裂器相比炸药爆炸致裂，虽然在一定程度上提高了煤矿开采作业的安全性，但由于采用点火燃烧的方式，而煤层中瓦斯气体较多，对于煤矿安全生产仍存在一定的安全隐患。另外，二氧化碳致裂器内自带的液态二氧化碳较少，仅够用于煤层致裂使用。

另外，煤层致裂后还需要另外钻孔利用负压进行煤层抽采，抽采到的瓦斯气体量与煤层中实际储存的瓦斯气体量的比值较低。

发明内容

针对现有二氧化碳致裂器通过燃烧的化学方式致裂，对煤层开采仍存在一定的安全隐患，并且二氧化碳致裂器自带液态二氧化碳量较少，仅够用于煤层致裂，同时煤层中瓦斯抽采量有限的问题，本发明拟提供一种基于二氧化碳相变致裂装置的煤层瓦斯安全驱替抽采方法。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种基于二氧化碳相变致裂装置的煤层瓦斯安全驱替抽采方法，包括以下步骤：

步骤一，通过气源系统向位于钻孔外的二氧化碳致裂器注入二氧化碳液体，所述二氧化碳致裂器带有定压破裂片和释放管，内腔中不含燃烧棒、点火头及二氧化碳液体，二氧化碳致裂器预充液后的压力小于定压破裂片的设定破裂压力，预充液完成后，拆开气源系统与二氧化碳致裂器的连接；

步骤二，在二氧化碳致裂器的尾端设置有一个注入孔，通过高压软管将高压增压注入机构、大流量中低压注入机构串联后再与二氧化碳致裂器的注入孔相连，且高压增压注入机构、大流量中低压注入机构与高压软管相连的出口端各配备有一个截止阀，高压增压注入机构、大流量中低压注入机构分别通过管路与所述气源系统相连；

步骤三，通过液压推送机将二氧化碳致裂器及囊袋式封孔器推入钻孔内，囊袋式封孔器位于二氧化碳致裂器的后方，向囊袋式封孔器充气从而将钻孔密封；

步骤四，关闭大流量中低压注入机构出口端上的截止阀，打开高压增压注入机构出口端上的截止阀，通过气源系统、高压增压注入机构向二氧化碳致裂器内注入压力为60MPa以上的二氧化碳液体，使二氧化碳致裂器内的定压破裂片破裂实现高压增压物理起爆，从而实现开采煤层的致裂；