[发明专利]致裂触发器及基于液氮相变分段致裂煤层的瓦斯抽采方法

说明书

本发明涉及一种致裂触发器及基于液氮相变分段致裂煤层的瓦斯抽采方法，属于煤矿开采领域。该抽采方法中应用了致裂触发器，该致裂触发器的外管内腔中设有液氮储集袋与反应管，反应管内依次设有限位板、氢氧化钙固体以及充水薄膜袋，穿刺导管上设有冲击帽，穿刺导管的穿刺端头由后向前依次穿过充水薄膜袋、氢氧化钙固体以及限位板后，其上的冲击帽可挤压充水薄膜袋；利用致裂触发器在分段致裂孔内实施多次致裂，可大幅度提高煤体的透气性，解决了低透煤层瓦斯抽采过程中，常规瓦斯抽采方法所存在的抽采效率低、瓦斯抽采量衰减快的难题。

技术领域

本发明属于煤矿开采领域，具体涉及一种致裂触发器及基于液氮相变分段致裂煤层的瓦斯抽采方法。

背景技术

煤矿瓦斯又称煤层气，是赋存于煤及围岩内以甲烷为主要成分的可燃性气体。煤矿瓦斯是矿井安全生产的主要威胁，但同时又是一种清洁能源。多数矿井采用瓦斯抽采的方法实施瓦斯灾害治理，其具有一举三得之功效。其一，可以保障煤炭生产安全、大幅降低煤矿瓦斯事故的发生率；其二，可以有效保护生态环境；其三，当前我国环保问题严重，大力推进瓦斯抽采有助于改善我国能源结构，降低天然气对外依存度。

我国多数矿井属高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井，且煤层透气性系数低、煤层瓦斯地质条件复杂，致使采用常规的瓦斯抽采方法难以实现工作面采前瓦斯抽采达标。故，针对煤层透气性系数低、抽采难度大等难题，研究某种适宜的煤层增透方法对煤体实施强化抽采，提高瓦斯抽采效果，已成为我国煤矿安全工作者竞相追逐的热点之一。

经过多年的研究与实践，目前已形成了以水力压裂、高压水力割缝、深孔预裂爆破等为主的煤层增透技术体系。液氮相变致裂是以上煤层增透技术体系中的一种新兴工艺，其是利用液氮由液相转换为气相而产生的高压致使煤层产生次生裂隙的一种方法，该项技术目前已在国外的页岩气与煤层气开采中得以大面积推广应用，而在我国的研究与应用尚处于初级阶段。特别是，适用于煤矿井下工程实际的分段致裂煤层的瓦斯抽采方法仍属于行业技术领域的空白。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种致裂触发器及基于液氮相变分段致裂煤层的瓦斯抽采方法，以解决低透煤层瓦斯抽采过程中，常规瓦斯抽采方法存在的抽采效率低、瓦斯抽采量衰减快的难题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种致裂触发器，包括外管与穿刺导管；外管的内腔中固设有液氮储集袋与反应管；该反应管通过安装板架固设在液氮储集袋的后方，反应管内沿轴线方向由前至后依次设有限位板、氢氧化钙固体以及充水薄膜袋，其中限位板的中心开设有用以穿过穿刺导管的通过孔，位于通过孔的旁侧处开有若干透气孔Ⅰ；穿刺导管上固设有冲击帽，穿刺导管的穿刺端头由后向前依次穿过充水薄膜袋、氢氧化钙固体以及限位板后，其上的冲击帽可挤压充水薄膜袋；外管的尾端设有与筛管相接的螺纹段；穿刺导管的穿刺端头处设有透气孔Ⅱ，穿刺导管的尾端设有与导气管相接的螺纹段。

进一步，还包括卡位机构，该卡位机构主要由卡位插销与卡位弹簧组成；安装板架上设有插销安装孔，卡位插销插装在插销安装孔中，卡位弹簧套装在卡位插销上、且卡位弹簧的两端头对应由安装板架以及卡位插销上的挡块隔挡限位，以使卡位插销可在卡位弹簧的作用下复位；卡位机构至少有两个，以各卡位插销垂直于反应管轴线的方式相对设置在反应管的后端头面处。

进一步，穿刺导管上位于冲击帽后方处还依次设有活动块与固定块，其中活动块是由两个圆台体以底面对应贴合的形式组合而成，套装在穿刺导管上的活动块可沿穿刺导管轴线在冲击帽与固定块之间前后移动；穿刺导管上的冲击帽为半球型结构，该半球型结构上具有球型弧面与圆台凹槽；其中球型弧面朝向充水薄膜袋一侧以顶压充水薄膜袋，卡位插销上具有与球型弧面相配合的导引斜面；圆台凹槽位于活动块一侧，活动块嵌合在圆台凹槽内时，活动块上的圆台侧面与球型弧面配合形成卡位插销导引面。

进一步，穿刺导管上设有圆盘状的导向板，该导向板的外径小于外管的内径，导向板的边缘处设有导向带，对应的，外管的内壁面上设有与导向带相配合的导向槽。