[发明专利]水力冲孔造穴与CO2爆破致裂驱替协同强化煤层瓦斯抽采方法

说明书

本发明公开了一种水力冲孔造穴与CO₂爆破致裂驱替协同强化煤层瓦斯抽采方法，包括以下步骤：1)水力冲孔造穴施工；2)CO₂爆破钻孔施工；3)CO₂爆破；4)瓦斯抽采、监控及驱替。通过水力冲孔造穴，孔洞周围煤体失稳破坏，形成一定范围的裂隙扩展网络，煤层渗透性显著提高；同时，造穴洞室周围煤体通过CO₂致裂器致裂扩大裂隙网格，再结合瓦斯驱替解吸，运移至造穴洞室内，并通过穿层钻孔运移至抽采管路。专门针对松软、低透气性、瓦斯含量高且难抽采煤层区域，提供了一种新的协同强化的瓦斯抽采治理方法，短时间内使煤层中的瓦斯达到抽采要求，加快煤层开采进度，同时提高煤炭开采的安全性。

技术领域

本发明属于煤层瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种水力冲孔造穴与CO₂爆破致裂驱替协同强化煤层瓦斯抽采方法。

背景技术

煤在形成过程中首先经历了长期复杂的物理、化学和地球化学变化，然后经过长时间的地质构造运动，经历了一系列塑性、韧性、流动变形过程，导致煤体松软破碎。由于印支期、燕山期和喜马拉雅期的连续构造运动，我国大部分煤田都存在松软低透气性煤层。同时，我国含煤地层多以侏罗纪和石炭二叠纪为主，大多数煤层属于低透气性松软煤层，地质条件比较复杂。并且，随开采强度的增加逐年向深部延伸，进入深部开采后，煤层逐渐都升级为高突煤层，因此，我国目前很多煤层都呈现出了高地应力，高瓦斯压力和高瓦斯含量，使得煤矿瓦斯灾害更加严重。

为了消除煤层突出危险性，涌现了许多瓦斯抽采技术，包括施工密集钻孔，普通顺层钻孔，水力割缝钻孔等。但是由于我国煤层地质条件复杂的特殊性，煤层渗透率比美国、澳大利亚等国家低1-2个数量级，采用这些单一的增透措施效果有限，瓦斯抽采率低且时间较长，无法满足我国不断提高的煤炭开采需求。

此外，根据一些学者的相关研究，我国煤炭孔隙结构复杂，微孔占比较高，使得大量的瓦斯吸附在微孔内表面，导致煤层瓦斯含量高，且不易解吸出来，瓦斯抽采比较困难。现有研究表明，煤体对CO₂的吸附能力要高于瓦斯，因此，采用CO₂气体来驱替原有煤层中的瓦斯，可以有效提高煤层瓦斯抽采量，在较短的时间内完成煤层瓦斯的抽采。

发明内容

本发明针对松软、低透气性、瓦斯含量高且难抽采煤层区域，提供一种新的协同强化的瓦斯抽采治理方法，短时间内使煤层中的瓦斯达到抽采要求，加快煤层开采进度，同时提高煤炭开采的安全性。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种水力冲孔造穴与CO₂爆破致裂驱替协同强化煤层瓦斯抽采方法，包括以下步骤：

包括以下步骤：

1)水力冲孔造穴施工：采用矿用钻冲一体化装备，由底板抽采巷向松软、低透气性、瓦斯含量高且难抽采的煤层中施工穿层钻孔，向钻杆内通入压力为 15-20MPa的高压水，对全煤层段进行水力冲孔造穴，形成0.5m-1m直径的水力冲孔造穴洞室，在洞室周围形成大量的第一裂隙网络，然后封孔并预留瓦斯抽采孔；

2)CO₂爆破钻孔施工：由底板抽采巷向松软、低透气性、瓦斯含量高且难抽采的煤层中施工多个CO₂爆破钻孔，所有CO₂爆破钻孔均布在水力冲孔造穴洞室周围，CO₂爆破钻孔从底板抽采巷穿过煤层底板和煤层直到煤层顶板，横贯整个煤层；

3)CO₂爆破：使用液压推送机将CO₂致裂器送入CO₂爆破钻孔内，向CO₂致裂器内注入压力60MPa以上的液态CO₂，使CO₂致裂器内的定压破裂片破裂实现高压增压物理起爆，从而实现煤层的致裂，在每个CO₂爆破钻孔的周围形成大量的第二裂隙网络，且第二裂隙网络的末端延伸至第一裂隙网络的末端形成贯通裂隙；