CN105909302B - 一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透的系统及工艺 - Google Patents
一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透的系统及工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透的系统及工艺，连接管(2)的左端与瓦斯抽采管I(1)连接，连接管的右端与已密封的瓦斯抽采钻孔(17)连接，输水管(10)上设置有电磁阀III(8)，在电磁阀III与连接管连接的管道上设有放水管(13)，放水管上设置有电磁阀IV(9)，电磁阀I、电磁阀II、电磁阀III、电磁阀IV、温度传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器经连接线(11)与智能控制器(12)相连，电火花点火器(14)经导线与外部供电开关相连接。该系统操作简单，能够实现实时监测，实现人为诱导煤层燃爆增透，能在较短的时间内增加煤层的透气性，解决高瓦斯低透气煤层瓦斯抽采困难，抽采浓度下降快的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层增透的系统及工艺，具体是一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透的系统及工艺，属于煤层增透瓦斯抽采技术领域。
背景技术
煤层增透是提高瓦斯抽采量的主要途径。目前煤矿采用的单一煤层主要增透措施包括水力化增透和爆破增透两种形式。然而这两种增透措施均存在一定的局限性：水力增透如水力压裂、水力割缝和水力冲孔等增透措施在松软低透煤层易诱发塌孔、喷孔等孔内事故，堵塞瓦斯流动通道，且受水表面张力限制，渗透范围有限。水力压裂的起裂压强为25Mpa以上，极易诱发煤与瓦斯突出；爆破增透如炸药爆破和液态CO2爆破也都存在诱发塌孔的问题，且需要额外施工控制钻孔，操作工艺复杂，仅适用于工作面掘进消突。
气体燃爆致裂具有渗透范围广、冲击能量可控、可循环爆破、操作安全等优点，应用前景广阔。中国发明专利2015年01月28日公开的公开号为CN104314605A的“一种钻孔内瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法”和中国发明专利2014年12月24日公开的公开号为CN104234739A的“一种钻孔内瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法”均提出了一种向钻孔主动注入空气，使孔内瓦斯浓度降低到最佳爆炸浓度范围，然后引爆孔内瓦斯致裂的方法。上述方法依靠主动注气的方式稀释瓦斯，存在孔内瓦斯浓度分布不均匀的问题，孔内可引爆瓦斯浓度分布区域不均匀、不连续，容易导致点火引爆失效和孔内燃爆范围受限。
发明内容
本发明的目的是提供一种诱导抽采钻孔瓦斯燃爆增透煤层的系统及工艺，该系统操作简单，能够实现实时监测，实现人为诱导煤层燃爆增透，能在较短的时间内增加煤层的透气性，解决高瓦斯低透气煤层瓦斯抽采困难，抽采浓度下降快的问题，使孔内可引爆瓦斯浓度分布区域均匀、连续，不会导致点火引爆失效和孔内燃爆范围受限。
为了实现上述目的，本发明提供一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透的系统及工艺，包括瓦斯抽采管I、连接管和瓦斯抽采管II，瓦斯抽采管II的右端密封设置在煤层中的瓦斯抽采钻孔中；连接管的左端与瓦斯抽采管I的右端连通，连接管的右端与瓦斯抽采管II的左端连通，连接管的左端与瓦斯抽采管I连接，连接管由左到右依次设置有温度传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、电磁阀I、电磁阀II、电火花点火器，在电磁阀I、电磁阀II之间的连接管上设有输水管，输水管上设置有电磁阀III，在电磁阀III与连接管连接的管道上设有放水管，放水管上设置有电磁阀IV，电磁阀I、电磁阀II、电磁阀III、电磁阀IV、温度传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器经连接线与智能控制器相连，电火花点火器经导线与外部供电开关相连接。
进一步，连接管的左端与瓦斯抽采管I螺纹连接。
进一步，瓦斯抽采钻孔的左端与瓦斯抽采管II之间通过密封圈密封。
一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透的工艺，包括以下步骤：
①智能控制器控制电磁阀I和电磁阀II打开，关闭电磁阀III和电磁阀Ⅳ，利用井下负压管路抽采钻孔内瓦斯；
②当甲烷传感器的监测的浓度值达到起爆浓度时，智能控制器控制关闭电磁阀I、电磁阀II，然后接通电火花点火器的电源，进行点火诱导爆破；
③爆破结束后智能控制器打开电磁阀I和电磁阀II继续抽采瓦斯，当温度传感器、一氧化碳传感器监测数值超过警戒阈值后，智能控制器控制关闭电磁阀I，打开电磁阀III，对瓦斯抽采钻孔进行注水，注入一定水量并维持一段时间后，智能控制器关闭电磁阀III，打开电磁阀Ⅳ放水；
④重复步骤①、②、③，直至孔内瓦斯浓度低于6％。
进一步，电火花点火器接通电源的条件是管路中的甲烷传感器的浓度在8％-11％范围内时，所述一氧化碳传感器的浓度警戒阈值为24ppm，所述温度传感器的温度警戒阈值为60-80℃。
与现有技术相比，本发明利用瓦斯抽采钻孔浓度的自然衰减特性，在抽采后期整个空间浓度降低到最佳爆点9.5％左右时，点火引爆孔内瓦斯，此时孔内瓦斯浓度分布相对均匀，连续性好，爆炸范围广，爆炸波传导效率高，产生的致裂能量大；通过检测孔内一氧化碳和温度的变化预判因多次燃爆导致孔内煤体自燃的风险，并采用向孔内注入一定量的水消除燃爆高温诱发煤自燃风险；该系统及工艺结构简单、操作方便，钻孔瓦斯抽采周期长，可大幅提高瓦斯抽采浓度和流量，提高煤层瓦斯抽采率，降低回采时瓦斯超限风险，在高瓦斯低透气煤层中具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的工作示意图。
图中：1、瓦斯抽采管I，2、连接管，3、温度传感器，4、甲烷传感器，5、一氧化碳传感器，6、电磁阀I，7、电磁阀Ⅱ，8、电磁阀Ⅲ，9、电磁阀IV，10、输水管，11、连接线，12、智能控制器，13、放水管，14、电火花点火器，15、导线，16、密封圈，17、钻孔，18、煤层，19、瓦斯抽采管Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透的系统，包括瓦斯抽采管I1、连接管2和瓦斯抽采管II19，瓦斯抽采管II19的右端密封设置在煤层18中的瓦斯抽采钻孔17中；连接管2的左端与瓦斯抽采管I1的右端连通，连接管2的右端与瓦斯抽采管II19的左端连通，连接管2的左端与瓦斯抽采管I1连接，连接管2由左到右依次设置有温度传感器3、甲烷传感器4、一氧化碳传感器5、电磁阀I6、电磁阀II7、电火花点火器14，在电磁阀I6、电磁阀II7之间的连接管2上设有输水管10，输水管10上设置有电磁阀III8，在电磁阀III8与连接管2连接的管道上设有放水管13，放水管13上设置有电磁阀IV9，电磁阀I6、电磁阀II7、电磁阀III8、电磁阀IV9、温度传感器3、甲烷传感器4、一氧化碳传感器5经连接线11与智能控制器12相连，电火花点火器14经导线15与外部供电开关相连接。
连接管2与瓦斯抽采管I1固定连接在一起，该连接方式可以选择焊接，也可以选择螺纹连接，本发明为了使连接管2与瓦斯抽采管I1拆卸方便，优选将连接管2的左端与瓦斯抽采管I1通过螺纹连接。
为了提高瓦斯抽采钻孔17的密封性能，瓦斯抽采钻孔17的左端与瓦斯抽采管II19之间通过密封圈16密封。
一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透的工艺，包括以下步骤：
①智能控制器12控制电磁阀I6和电磁阀II7打开，关闭电磁阀III8和电磁阀Ⅳ9，利用井下负压管路抽采钻孔内瓦斯；
②当甲烷传感器4的监测的浓度值达到起爆浓度时，智能控制器12控制关闭电磁阀I6、电磁阀II7，然后接通电火花点火器14的电源，进行点火诱导爆破；
③爆破结束后智能控制器12打开电磁阀I6和电磁阀II7继续抽采瓦斯，当温度传感器3、一氧化碳传感器5监测数值超过警戒阈值后，智能控制器12控制关闭电磁阀I6，打开电磁阀III8，对瓦斯抽采钻孔17进行注水，注入一定水量并维持一段时间后，智能控制器12关闭电磁阀III8，打开电磁阀Ⅳ9放水；
④重复步骤①、②、③，直至孔内瓦斯浓度低于6％。
优选的，电火花点火器14接通电源的条件是管路中的甲烷传感器4的浓度在8％-11％范围内时，所述一氧化碳传感器5的浓度警戒阈值为24ppm，所述温度传感器3的温度警戒阈值为60-80℃。
实施例
在施工直径为89mm，深10m的井下煤层瓦斯抽采孔后，在封孔前段接连接管2，连接管2上布置有温度传感器3、甲烷传感器4、一氧化碳传感器5、电磁阀I6、电磁阀II7、电火花点火器14，连接管2的中间段与输水管10相连接，输水管10上设置有电磁阀III8，连接管2右端与已密封的瓦斯抽采钻孔17相连，钻孔的前端设有封孔段，电磁阀I6、电磁阀II7、电磁阀III8、温度传感器3、甲烷传感器4、一氧化碳传感器5经连接线10与智能控制器12相连，电火花点火器14经导线15与外部供电开关相连接。
智能控制器12根据甲烷传感器4、温度传感器3和一氧化碳传感器5的参数进行控制管路上电磁阀的开与关，该系统操作包括以下步骤：
①.智能控制器12控制电磁阀I6和电磁阀II7打开，关闭电磁阀III8和电磁阀Ⅳ9，利用井下负压管路抽采钻孔内瓦斯；
②.当甲烷传感器4的监测的浓度值达到8％-11％时，智能控制器12控制关闭电磁阀I6、电磁阀II7，然后接通电火花点火器14的电源，进行点火诱导爆破；
③.爆破结束后智能控制器12打开电磁阀I6和电磁阀II7继续抽采瓦斯，当温度传感器3监测数值超过60-80℃、一氧化碳传感器5监测数值超过24ppm后，智能控制器12控制关闭电磁阀I6，打开电磁阀III8，对钻孔进行注水，注入一定水量(约为钻孔体积的30％-40％)并维持大约1小时的时间后，智能控制器12关闭电磁阀III8，打开电磁阀Ⅳ9放水。
④.重复步骤①、②、③，直至孔内瓦斯浓度低于6％。
该系统操作简单，能够实时监测并自动引爆钻孔内瓦斯，能够增加孔壁周围煤体裂隙发育，持续提高煤层瓦斯透气性，适用于高瓦斯低透气性煤层。
Claims (5)
1.一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透的系统，包括瓦斯抽采管I(1)、连接管(2)和瓦斯抽采管II(19)，瓦斯抽采管II(19)的右端密封设置在煤层(18)中的瓦斯抽采钻孔(17)中；连接管(2)的左端与瓦斯抽采管I(1)的右端连通，连接管(2)的右端与瓦斯抽采管II(19)的左端连通，其特征在于，连接管(2)的左端与瓦斯抽采管I(1)连接，连接管(2)由左到右依次设置有温度传感器(3)、甲烷传感器(4)、一氧化碳传感器(5)、电磁阀I(6)、电磁阀II(7)、电火花点火器(14)，在电磁阀I(6)、电磁阀II(7)之间的连接管(2)上设有输水管(10)，输水管(10)上设置有电磁阀III(8)，在电磁阀III(8)与连接管(2)连接的管道上设有放水管(13)，放水管(13)上设置有电磁阀IV(9)，电磁阀I(6)、电磁阀II(7)、电磁阀III(8)、电磁阀IV(9)、温度传感器(3)、甲烷传感器(4)、一氧化碳传感器(5)经连接线(11)与智能控制器(12)相连，电火花点火器(14)经导线(15)与外部供电开关相连接。
2.根据权利要求1所述的一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透的系统，其特征在于，连接管(2)的左端与瓦斯抽采管I(1)螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透的系统，其特征在于，瓦斯抽采钻孔(17)的左端与瓦斯抽采管II(19)之间通过密封圈(16)密封。
4.一种采用权利要求1的诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透系统的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
①智能控制器(12)控制电磁阀I(6)和电磁阀II(7)打开，关闭电磁阀III(8)和电磁阀Ⅳ(9)，利用井下负压管路抽采钻孔内瓦斯；
②当甲烷传感器(4)的监测的浓度值达到起爆浓度时，智能控制器(12)控制关闭电磁阀I(6)、电磁阀II(7)，然后接通电火花点火器(14)的电源，进行点火诱导爆破；
③爆破结束后智能控制器(12)打开电磁阀I(6)和电磁阀II(7)继续抽采瓦斯，当温度传感器(3)、一氧化碳传感器(5)监测数值超过警戒阈值后，智能控制器(12)控制关闭电磁阀I(6)，打开电磁阀III(8)，对瓦斯抽采钻孔(17)进行注水，注入一定水量并维持一段时间后，智能控制器(12)关闭电磁阀III(8)，打开电磁阀Ⅳ(9)放水；
④重复步骤①、②、③，直至孔内瓦斯浓度低于6％。
5.根据权利要求4所述的一种诱导钻孔抽采后期瓦斯燃爆煤层增透系统的工艺，其特征在于，所述的电火花点火器(14)接通电源的条件是管路中的甲烷传感器(4)的浓度在8％-11％范围内时，所述一氧化碳传感器(5)的浓度警戒阈值为24ppm，所述温度传感器(3)的温度警戒阈值为60-80℃。
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