[发明专利]基于定向钻进与液氮急冻遇热致裂的煤层瓦斯抽采方法

说明书

本发明涉及一种基于定向钻进与液氮急冻遇热致裂的煤层瓦斯抽采方法，属于瓦斯治理技术领域。该方法在回采工作面上顺槽布置倾向钻孔，然后将倾向钻孔并入抽采管网进行瓦斯抽采；待工作面瓦斯抽采量发生衰减后，对倾向钻孔进行检测，标识抽采失效的钻孔，同时在回采工作面回撤通道或回风大巷内沿煤层走向方向施工长距离定向钻孔作为液氮的注入孔，然后将液氮注入到长距离定向钻孔内，通过检测标识抽采失效的钻孔内的温度判断该钻孔是否为液氮影响钻孔，若为液氮影响钻孔，则将高温空气注入到该钻孔内，使钻孔周围煤体在急冻遇热的条件下发生破裂，提高煤体渗透特性。本发明提高了瓦斯抽采量，且工艺简单，作业成本低。

技术领域

本发明属于瓦斯治理技术领域，涉及一种基于定向钻进与液氮急冻遇热致裂的煤层瓦斯抽采方法。

背景技术

煤炭工业作为经济社会发展提供了重要支撑。尽管新能源产业方兴未艾，但目前市场份额较小，并未动摇煤炭行业的主力优势。煤矿瓦斯(又称“煤层气”)是煤伴生且主要以吸附状态储集于煤层中的一种非常规天然气，其主要成分为甲烷，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。瓦斯是威胁矿井安全生产的主要因素，但同时又是一种清洁能源。在国际能源局势趋紧的情况下，作为一种优质高效清洁的能源，煤矿抽采瓦斯大规模开发利用的前景诱人。煤矿抽采瓦斯的开发利用还发挥着一举多得的效果：①提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应；②有效减排温室气体，产生良好的环保效应；③作为一种高效、洁净的能源，能产生巨大的经济效益。然而，我国诸多高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井的煤层瓦斯地质条件复杂，且渗透性较差，致使常规的工作面瓦斯治理工作往往与煤巷掘进、煤炭的生产呈现“短兵相接”的局面，不仅降低了矿井瓦斯治理的效率，而且易造成矿井采掘比例严重失调。

因此，研究高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井高效抽采瓦斯技术，使得瓦斯灾害防控与煤矿井下的采、掘作业相得益彰，已成为新形势下我国煤炭工业发展亟需解决的关键问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于定向钻进与液氮急冻遇热致裂联合抽采煤层瓦斯的方法，解决高瓦斯或具有煤与瓦斯突出危险性的回采工作面瓦斯抽采量衰减快的问题。该方法可提高煤体的渗透特性，快速降低工作面煤体瓦斯含量，解决高瓦斯或煤与瓦斯突出煤层高效抽采瓦斯的难题，使煤巷快速掘进与瓦斯高效抽采相得益彰，不仅能够提高矿井的安全生产水平，还能保障高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井“采、掘、抽”的有序衔接。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于定向钻进与液氮急冻遇热致裂的煤层瓦斯抽采方法，具体包括以下步骤：

S1：在回采工作面上顺槽掘进期间，沿回采工作面的倾向方向，施工大面积的倾向钻孔或定向钻孔对工作面煤体以及相邻工作面上顺槽区域内的煤体进行预抽，并在抽采管道内安设瓦斯流量和浓度的测定装置，用于监测工作面瓦斯抽采情况；

S2：预抽一定时间后，工作面煤体瓦斯抽采量将发生衰减，此时对回采工作面上顺槽内施工的瓦斯抽采钻孔进行检测，若钻孔抽采瓦斯浓度偏低，且抽采瓦斯量小，则判断该钻孔为抽采失效钻孔，并关闭该钻孔；然后在回采工作面的回撤通道或回风大巷内，沿工作面的走向方向施工2～3个长距离定向钻孔作为液氮的注入孔；

S3：待液氮的注入孔施工完毕后，将煤矿井下的压风管放置在孔口，并向其内部注入高压空气将钻孔内的水排出；然后向液氮的注入孔的内部注入液氮；

S4：对回采工作面上顺槽内的失效钻孔再次进行检测，若钻孔内的温度低于或等于0℃，则判断该钻孔为受注入液氮影响的有效钻孔；然后将经由地面输送至井下的高温空气与受注入液氮影响的有效钻孔连接，使其进入到钻孔内，进而导致煤体在急冻的情况下因遇热而产生大量的次生裂隙，从而提高煤体的渗透特性；

S5：将注入高温空气后的钻孔与煤矿井下的瓦斯抽采管道连接，对煤体继续实施瓦斯抽采；