[发明专利]一种基于水平定向钻孔液氮循环冻融增透抽采瓦斯方法

摘要

一种基于水平定向钻孔液氮循环冻融增透抽采瓦斯方法，首先在进风巷或回风巷、低位巷、高位巷施工一个主钻孔，钻头到达煤层预定目标位置后，顺煤层水平方向均布定向施工多个分支钻孔，对煤层实施注水，然后开启阀门向主钻孔内灌注液氮，注入煤层分支钻孔及周围的水迅速冷冻，通过测温孔监测预增透区域平均温度降到‑2℃以下时停止注氮。煤体在水相变冻胀力、液氮气化膨胀力以及微孔液体流动渗透压共同作用下，促使宏观裂隙和微观裂隙扩展联通，构成裂隙网，增加煤层透气性。注入液氮结束后进行瓦斯抽采。可根据瓦斯抽采效果变化，对钻孔进行多次重复注水、注入液氮作业，达到增加钻孔周围煤层透气性，实现瓦斯快速高效抽采的目的。

主权项

一种基于水平定向钻孔液氮循环冻融增透抽采瓦斯方法，其特征在于包括以下步骤：a．在回采煤层的进风巷或回风巷（6）内沿煤层顺层、低位巷穿层或高位巷穿层方向向增透抽采煤层（7）施工一个主钻孔（3），根据煤层（7）的厚度，主钻孔（3）到达距煤层（7）上部边缘2~10m处，以主钻孔（3）为圆心，采用水平定向钻机沿煤层（7）水平方向均匀布置定向施工多个角度相同、长度为30~50m的分支钻孔（1）；b．退钻后在主钻孔（3）内设置耐低温钢管（3‑1），耐低温钢管（3‑1）前部为长度1~3m的花管（2），花管（2）前部封口；耐低温钢管（3‑1）上设有测压口，测压口处连接有高压压力表（13）；c．通过注浆泵向耐低温钢管（3‑1）与主钻孔（3）之间的缝隙注入配置好的高压钻孔密封材料浆液实施注浆封孔，注浆封孔段（4）的长度H为15~25m；d．在耐低温钢管（3‑1）两侧对称施工两个测温孔（9），两个测温孔（9）中心至主钻孔（3）中心的距离L为30~50m，两个测温孔（9）之间的区域为煤层致裂增透区域，在测温孔（9）内设置一温度传感器（9‑2），温度传感器（9‑2）经导线引出与设在孔口外的数显式温度仪（9‑5）相连，测温孔（9）的入口段设有由测温封孔段（9‑4）固定的传感器套管（9‑3），通过温度传感器（9‑2）在传感器套管（9‑3）内的前后推拉移动，实时监测钻孔测温区（9‑1）内温度，钻孔测温区（9‑1）设置在煤层（7）中的长度为5~10m；e．利用设在进风巷或回风巷（6）内的注水装置（8‑1），经快速接头（5）向耐低温钢管（3‑1）内注水，注入的水经耐低温钢管（3‑1）分流从6个分支钻孔（1）内进入，渗透留存在煤体中，并持续渗流进入更微小的煤层裂隙中；f．待注入水在煤体内渗流2~3h后，将快速接头（5）上的注水阀门（5‑1）拆除，装上液氮阀门（5‑2），将主钻孔（3）内的耐低温钢管（3‑1）与设在进风巷或回风巷（6）内的液氮槽车（8‑2）相连接，开启液氮阀门（5‑2），向主钻孔（3）内的耐低温钢管（3‑1）内灌注液氮，通过测温孔（9）监测钻孔测温区（9‑1）内的温度，当钻孔测温区（9‑1）内两端平均温度低于‑2℃时，可以判定煤层致裂增透区域已经处于冻结状态，关闭液氮阀门（5‑2）停止注氮，让煤体自然融化2~3h，完成一个相变致裂单元的冻融循环；g．按常规方法，在两个测温孔（9）之间的煤层致裂增透区域向煤层实施瓦斯抽采钻孔，并进行瓦斯抽采；h．瓦斯抽采过程中，根据瓦斯抽采效果变化，经耐低温钢管（3‑1）和6个分支钻孔（1）对煤层（7）进行多次重复注水和注入液氮作业，煤体在多次冻融循环中“冻结—融化—冻结”交变作用下，达到煤体应力疲劳极限，产生致裂。