一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)及方法，其包括預(yù)裂裝置，所述預(yù)裂裝置包括排氣外殼，所述排氣外殼上均勻布置有多個(gè)排氣孔，所述排氣外殼后部設(shè)置有爆破管，所述爆破管內(nèi)設(shè)置有液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道進(jìn)入所述排氣區(qū)域的前端頭處封堵有一切變盤，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道內(nèi)設(shè)置有加熱元件；所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道后端設(shè)置有注液端頭，所述注液端頭上設(shè)置有注液口，所述注液口與所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道相連通，所述注液端頭上設(shè)置有用于通向外部的電極，所述電極與所述加熱元件線路連接。可有效增大煤體裂隙密度和范圍，改變煤體原生裂隙的狀態(tài)，提高了抽放瓦斯的效率與安全性。
【專利說(shuō)明】一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦采掘工作面災(zāi)害防治領(lǐng)域，尤其涉及一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦采掘過(guò)程中，瓦斯是最大的威脅之一，瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出災(zāi)害制約我國(guó)煤礦行業(yè)安全生產(chǎn)，瓦斯抽放是解決這種威脅最有效的措施，鉆孔抽放瓦斯作為我國(guó)對(duì)瓦斯的治理利用最主要的方法，能從根本上消除或降低工作面瓦斯的來(lái)源，同時(shí)抽放出來(lái)的瓦斯可以集約利用。我國(guó)煤層地質(zhì)開采條件復(fù)雜，相對(duì)于國(guó)外的煤層，具有強(qiáng)度低、透氣性差等特點(diǎn)。隨著煤礦開采強(qiáng)度和深度的不斷增加，高地應(yīng)力條件下，使得煤層瓦斯抽放的難度更大。
[0003]傳統(tǒng)的增透技術(shù)存在很多的缺點(diǎn)，如水力增透技術(shù)采用高壓水泵注水雖然拓寬了適用范圍，但水泵提供的壓力有限，產(chǎn)生的微裂隙少，很難達(dá)到理想的效果；此外注水泵的壓力越高，設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)和管理成本越高。炸藥爆破增透技術(shù)適應(yīng)條件受限，操作工藝復(fù)雜，且安全系數(shù)低，不能排除啞炮的可能，爆破產(chǎn)生的熱量，容易引燃引爆煤體中貯存的瓦斯，在高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井中是禁用的。密集交叉鉆孔法工程量大，對(duì)煤體次生裂隙的發(fā)育影響小，增透效果差。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)有待于更進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)及方法，能有效地對(duì)煤礦深部開采中的高應(yīng)力低孔隙率煤層進(jìn)行預(yù)裂增透，提高抽放瓦斯的效率與安全性。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明方案包括:
[0007]—種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)，其包括預(yù)裂裝置，所述預(yù)裂裝置包括排氣外殼，其中，所述排氣外殼上均勻布置有多個(gè)排氣孔，形成排氣區(qū)域，所述排氣外殼后部設(shè)置有爆破管，所述爆破管內(nèi)設(shè)置有液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道進(jìn)入所述排氣區(qū)域的前端頭處封堵有一切變盤，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道內(nèi)設(shè)置有加熱元件；所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道后端設(shè)置有注液端頭，所述注液端頭上設(shè)置有注液口，所述注液口與所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道相連通，所述注液端頭上設(shè)置有用于通向外部的電極，所述電極與所述加熱元件線路連接；所述電極給所述加熱元件通電，所述加熱元件瞬間產(chǎn)生高溫，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道內(nèi)液態(tài)二氧化碳迅速吸熱產(chǎn)生沖擊波沖破所述切變盤，使二氧化碳自所述排氣區(qū)域劇烈噴出。
[0008]所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括分裝裝置，所述分裝裝置包括分裝支架，所述分裝支架上設(shè)置有高壓灌裝泵、液態(tài)二氧化碳鋼瓶，所述預(yù)裂裝置設(shè)置在所述分裝支架上，所述預(yù)裂裝置的注液口通過(guò)充灌軟管分別與所述高壓灌裝泵、所述液態(tài)二氧化碳鋼瓶相連通。
[0009]所述的系統(tǒng)，其中，所述預(yù)裂裝置通過(guò)推送桿送入對(duì)應(yīng)的預(yù)先開鑿的增透鉆孔內(nèi)，所述預(yù)裂裝置放入對(duì)應(yīng)增透鉆孔內(nèi)后，通過(guò)封孔單元封堵對(duì)應(yīng)增透鉆孔。
[0010]一種使用所述系統(tǒng)進(jìn)行抽放瓦斯的方法，其包括以下步驟:
[0011]確定預(yù)裂增透煤體的力學(xué)參數(shù)，然后確定液態(tài)二氧化碳裝填量的參數(shù)與加熱元件的參數(shù)，然后按照液態(tài)二氧化碳裝填量的參數(shù)與加熱元件的參數(shù)向預(yù)裂裝置內(nèi)填充液態(tài)二氧化碳與加熱元件，通過(guò)推送桿將預(yù)裂裝置送入對(duì)應(yīng)的預(yù)先開鑿的增透鉆孔內(nèi)，所述預(yù)裂裝置放入對(duì)應(yīng)增透鉆孔內(nèi)后，通過(guò)封孔單元封堵對(duì)應(yīng)增透鉆孔；電極給加熱元件通電，所述加熱元件瞬間產(chǎn)生高溫，液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道內(nèi)液態(tài)二氧化碳迅速吸熱產(chǎn)生沖擊波沖破切變盤，使二氧化碳自所述排氣區(qū)域劇烈噴出，將煤體沿天然裂縫切開。
[0012]本發(fā)明提供的一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)及方法，是一種相對(duì)緩慢的、膨脹的、擴(kuò)散及有剪切效果的過(guò)程，可以使釋放的二氧化碳?xì)怏w沿煤體天然裂縫剪切開來(lái)，可有效增大煤體裂隙密度和范圍，改變煤體原生裂隙的狀態(tài)，增加煤體次生裂隙的發(fā)育，為煤層瓦斯抽放創(chuàng)造良好的條件，整個(gè)預(yù)裂增透過(guò)程中無(wú)火花外露，且二氧化碳自身具備阻燃特性，技術(shù)操作具有較高的安全性；此外，本發(fā)明有效釋放煤體的彈性勢(shì)能，降低工作面沖擊地壓危險(xiǎn)性，且依靠高壓二氧化碳?xì)怏w的膨脹所產(chǎn)生的壓力，將周邊煤體中賦存的瓦斯置換驅(qū)替，通過(guò)抽放鉆孔在瓦斯富集區(qū)域進(jìn)行瓦斯抽放，減小工作面發(fā)生煤與瓦斯突出災(zāi)害的危險(xiǎn)。尤其是液態(tài)二氧化碳分裝工作僅需I?3分鐘，起爆至結(jié)束僅需I秒以內(nèi)，需要安全警戒距離短，無(wú)安全隱患，預(yù)裂裝置I回收方便，可連續(xù)使用3000次以上，降低了增透成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明中預(yù)裂裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明中分裝裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明中預(yù)裂裝置的工作狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明提供了一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)及方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017]本發(fā)明提供了一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)及方法，如圖1與圖2所示的，其包括預(yù)裂裝置I，所述預(yù)裂裝置包括排氣外殼2，其中，所述排氣外殼2上均勻布置有多個(gè)排氣孔3，形成排氣區(qū)域，所述排氣外殼2后部設(shè)置有爆破管4，所述爆破管4內(nèi)設(shè)置有液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道5，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道5進(jìn)入所述排氣區(qū)域的前端頭處封堵有一切變盤6，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道5內(nèi)設(shè)置有加熱元件7 ;所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道后端設(shè)置有注液端頭8，所述注液端頭8上設(shè)置有注液口 9，所述注液口 9與所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道5相連通，所述注液端頭8上設(shè)置有用于通向外部的電極10，所述電極10與所述加熱元件7線路連接。如圖3所示的,所述電極10給所述加熱元件7通電，所述加熱元件7瞬間產(chǎn)生高溫，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道5內(nèi)液態(tài)二氧化碳迅速吸熱產(chǎn)生沖擊波沖破所述切變盤6，使二氧化碳自所述排氣區(qū)域劇烈噴出，對(duì)周邊煤體產(chǎn)生巨大沖擊力，使煤體沿天然裂縫剪切開來(lái)，增大了煤體裂隙密度和范圍，實(shí)現(xiàn)了預(yù)裂增透效果。
[0018]在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括分裝裝置，所述分裝裝置包括分裝支架11，所述分裝支架11上設(shè)置有高壓灌裝泵12、液態(tài)二氧化碳鋼瓶13，所述預(yù)裂裝置I設(shè)置在所述分裝支架11上，所述預(yù)裂裝置I的注液口 9通過(guò)充灌軟管14分別與所述高壓灌裝泵12、所述液態(tài)二氧化碳鋼瓶13相連通，使液態(tài)二氧化碳分裝工作僅需I~3分鐘即可完成。
[0019]更進(jìn)一步的，如圖3所示的，所述預(yù)裂裝置I通過(guò)推送桿15送入對(duì)應(yīng)的預(yù)先開鑿的增透鉆孔16內(nèi)，所述預(yù)裂裝置I放入對(duì)應(yīng)增透鉆孔16內(nèi)后，通過(guò)封孔單元17封堵對(duì)應(yīng)增透鉆孔16。
[0020]本發(fā)明還提供了一種使用所述系統(tǒng)進(jìn)行抽放瓦斯的方法，其包括以下步驟:
[0021]確定預(yù)裂增透煤體的力學(xué)參數(shù)，然后確定液態(tài)二氧化碳裝填量的參數(shù)與加熱元件的參數(shù)，然后按照液態(tài)二氧化碳裝填量的參數(shù)與加熱元件的參數(shù)向預(yù)裂裝置I內(nèi)填充液態(tài)二氧化碳與加熱元件，通過(guò)推送桿15將預(yù)裂裝置I送入對(duì)應(yīng)的預(yù)先開鑿的增透鉆孔16內(nèi)，所述預(yù)裂裝置I放入對(duì)應(yīng)增透鉆孔16內(nèi)后，通過(guò)封孔單元17封堵對(duì)應(yīng)增透鉆孔16 ;電極10給加熱元件7通電，所述加熱元件7瞬間產(chǎn)生高溫，液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道5內(nèi)液態(tài)二氧化碳迅速吸熱產(chǎn)生沖擊波沖破切變盤6，使二氧化碳自所述排氣區(qū)域劇烈噴出，將煤體沿天然裂縫切開。
[0022]為了更進(jìn)一步描述本發(fā)明，以下列舉更詳盡的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
[0023]步驟1，確定預(yù)裂增透煤體的力學(xué)性質(zhì)
[0024]在采掘工作面現(xiàn)場(chǎng)采集煤樣，進(jìn)行煤樣工業(yè)性試驗(yàn)，確定煤體的物理力學(xué)參數(shù)。所要獲得的煤體力學(xué)參數(shù)主要包括:煤體的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、泊松比。
[0025]表1工作面煤體物理力學(xué)參數(shù)記錄表
[0026]
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種高應(yīng)力低孔隙率煤層預(yù)裂增透抽放瓦斯的系統(tǒng)，其包括預(yù)裂裝置，所述預(yù)裂裝置包括排氣外殼，其特征在于，所述排氣外殼上均勻布置有多個(gè)排氣孔，形成排氣區(qū)域，所述排氣外殼后部設(shè)置有爆破管，所述爆破管內(nèi)設(shè)置有液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道進(jìn)入所述排氣區(qū)域的前端頭處封堵有一切變盤，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道內(nèi)設(shè)置有加熱元件；所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道后端設(shè)置有注液端頭，所述注液端頭上設(shè)置有注液口，所述注液口與所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道相連通，所述注液端頭上設(shè)置有用于通向外部的電極，所述電極與所述加熱元件線路連接；所述電極給所述加熱元件通電，所述加熱元件瞬間產(chǎn)生高溫，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道內(nèi)液態(tài)二氧化碳迅速吸熱產(chǎn)生沖擊波沖破所述切變盤，使二氧化碳自所述排氣區(qū)域劇烈噴出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括分裝裝置，所述分裝裝置包括分裝支架，所述分裝支架上設(shè)置有高壓灌裝泵、液態(tài)二氧化碳鋼瓶，所述預(yù)裂裝置設(shè)置在所述分裝支架上，所述預(yù)裂裝置的注液口通過(guò)充灌軟管分別與所述高壓灌裝泵、所述液態(tài)二氧化碳鋼瓶相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)裂裝置通過(guò)推送桿送入對(duì)應(yīng)的預(yù)先開鑿的增透鉆孔內(nèi)，所述預(yù)裂裝置放入對(duì)應(yīng)增透鉆孔內(nèi)后，通過(guò)封孔單元封堵對(duì)應(yīng)增透鉆孔。
4.一種使用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)進(jìn)行抽放瓦斯的方法，其包括以下步驟: 確定預(yù)裂增透煤體的力學(xué)參數(shù)，然后確定液態(tài)二氧化碳裝填量的參數(shù)與加熱元件的參數(shù)，然后按照液態(tài)二氧化碳裝填量的參數(shù)與加熱元件的參數(shù)向預(yù)裂裝置內(nèi)填充液態(tài)二氧化碳與加熱元件，通過(guò)推送桿將預(yù)裂裝置送入對(duì)應(yīng)的預(yù)先開鑿的增透鉆孔內(nèi)，所述預(yù)裂裝置放入對(duì)應(yīng)增透鉆孔內(nèi)后，通過(guò)封孔單元封堵對(duì)應(yīng)增透鉆孔；電極給加熱元件通電，所述加熱元件瞬間產(chǎn)生高溫，液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液管道內(nèi)液態(tài)二氧化碳迅速吸熱產(chǎn)生沖擊波沖破切變盤，使二氧化碳自所述排氣區(qū)域劇烈噴出，將煤體沿天然裂縫切開。
【文檔編號(hào)】E21F7/00GK103806934SQ201410070082
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】王剛, 程衛(wèi)民, 孫路路, 周剛, 張孝強(qiáng), 黃啟銘 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)