CN109025936A - 煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法与设备 - Google Patents

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Abstract

煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法及设备，通过高压气瓶和减压阀通过注气抽采管向钻孔内注入大量的N2或CO2，之后通过高压气瓶及减压阀向高温高压燃烧室内注入一定量的甲烷和干空气，使其混合燃烧形成高温高压冲击波，当高温高压燃烧室内压力达到30MPa时电磁阀自动开启，高温高压冲击波瞬间释放，推动活塞压缩N2或CO2，从而使钻孔周围煤体产生大量裂隙，同时高温高压冲击波余热能够促进煤体解吸，起到一定的驱替瓦斯作用，进而强化钻孔高效抽采瓦斯。该方法及设备安全性高、成本低、易操作，扩大了钻孔的有效抽采范围，提高了钻孔抽采效率。

Description

煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法与设备
技术领域
本发明涉及煤体致裂与瓦斯抽采，具体涉及一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法与设备。
背景技术
随着对能源需求量的增加以及开采强度的增大，煤炭开采深度逐渐增加，而深部煤层具有高地应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量以及低渗透性的特性，各因素的交叉耦合作用导致深部矿井灾害频发。煤层瓦斯是引起深部矿井动力灾害的主要因素之一，全球的煤层气储量约为250万亿立方米，而煤层气不仅是一种高效的清洁能源还是一种温室气体，其产生的温室效应约为二氧化碳的25～30倍，且煤层气具有爆炸和突出危险。为了提高能源利用率以及减少矿井灾害发生，提高钻孔瓦斯抽采效率是非常必要的。钻孔瓦斯抽采是实现煤矿井下瓦斯资源化的主要手段，也是防治瓦斯灾害的重要手段。为了提高煤层钻孔抽采效率，减少瓦斯爆炸和突出危险，设计开发一种安全性高、成本低、易操作的致裂煤体强化瓦斯抽采方法是非常必要的。
我国煤层大多数为低透气性煤层，特别是开采进入深部以后煤层透气性更差，导致普通的钻孔抽采影响范围有限，卸压程度不高，钻孔流量小，衰减系数大。为了提高煤层瓦斯的抽采效率，需要对煤层进行卸压增透增加钻孔抽采影响范围。当前的煤体卸压增透技术主要有深孔爆破技术，然而深孔爆破技术具有一定的危险性，井下情况较为复杂多变尤其是深孔内部更为复杂，如果操作不当可能会引发意外事故。
发明内容
针对现有技术中存在的钻孔抽采影响范围有限，卸压程度不高，钻孔流量小，衰减系数大，危险性高，操作复杂等不足，本发明提供了一种安全性高、成本低、易操作的煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法及其设备。
本发明的技术方案具体如下：
一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备，包括活塞、多孔圆筒、注气抽采管、冲击波导入管和燃烧冲击装置。其中，活塞位于多孔圆筒内。注气抽采管的一端穿过活塞并伸入多孔圆筒内，注气抽采管的另一端伸出到多孔圆筒外。冲击波导入管的一端与燃烧冲击装置相连，冲击波导入管的另一端伸入多孔圆筒内但不穿过活塞。
进一步的，所述燃烧冲击装置包括燃烧室、第一注气管、第二注气管和控制系统，第一注气管与第二注气管分别与燃烧室相连，控制系统的点火装置伸入燃烧内，所述第一注气管用于向燃烧室内注入可燃气体，所述第二注气管用于向燃烧室内注入燃烧辅助气体，所述控制系统用于引爆燃烧室内的可燃气体。
进一步的，所述第一注气管为甲烷注入管，所述第二注气管为空气注入管。
进一步的，还包括阀门，所述阀门安装在所述冲击波导入管上。
进一步的，所述阀门为电磁阀。
进一步的，所述电磁阀的开启压力值为30MPa。
一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法，包括步骤：
S1：在煤层中施工冲击钻孔；
S2：将煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备安装在冲击钻孔上并封孔，其中，多孔圆筒放置于钻孔内，注气抽采管和冲击波导入管伸出冲击钻孔外；
S3：通过注气抽采管向冲击钻孔内注入N2或CO2，之后关闭注气抽采管；
S4：向燃烧室内注入可燃气和辅助气体；
S5：通过控制系统引爆燃烧室内的可燃气，可燃气燃烧产生的冲击波通过冲击波导入管传入多孔圆筒内冲击活塞，活塞沿注气抽采管滑动挤压冲击钻孔内的N2或CO2，使冲击钻孔周围的煤体产生大量裂隙。
进一步的，所述步骤S1具体包括：在煤层中施工冲击钻孔和普通钻孔，普通钻孔位于冲击钻孔周围；所述步骤S2具体包括：将煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备安装在冲击钻孔上并封孔，其中，多孔圆筒放置于钻孔内，注气抽采管和冲击波导入管伸出冲击钻孔外；将普通抽采管的一端伸入普通钻孔并封孔，其中，普通抽采管的另一端与抽采系统相连。
进一步的，步骤S5之后还包括步骤S6：冲击钻孔周围的煤体产生大量裂隙后，打开注气抽采管并将注气抽采管连入抽采系统进行瓦斯抽采。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法及其设备，通过甲烷与干空气在高温高压燃烧室内混合燃烧产生的高温高压冲击波冲击活塞挤压N2或CO2，从而使钻孔周围产生大量的裂隙，同时增大了原有裂隙开度，增强了裂隙网络的贯通性，显著提高了抽采钻孔的卸压范围；高温高压冲击活塞后，残余的高温高压冲击波可以促进煤层中瓦斯的解吸和流动，从而更好的促进钻孔瓦斯抽采效率；该方法及设备安全性高、成本低、易操作，同时适用于煤矿井下穿层钻孔和顺层钻孔的卸压增透，适用范围较广。
附图说明
图1是本发明实施例1中的一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备的结构示意图；
图1中：1-高温高压燃烧室，2-干空气气瓶，3-甲烷气瓶，4-控制系统，5-电磁阀，6-注气抽采管，7-阀门，8-冲击波导入管，9-多孔圆筒，10-普通抽采管。
具体实施方式：
下面参照附图对本发明做进一步描述。
实施例1
如图1所示，一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备，包括带活塞的多孔圆筒9、注气抽采管6、普通抽采管10、冲击波导入管8和燃烧冲击装置。
注气抽采管6的一端穿过多孔圆筒9内的活塞并伸入多孔圆筒9内，注气抽采管6的另一端伸出到多孔圆筒9外，活塞可在注气抽采管6上滑动，阀门7安装在注气抽采管6上。冲击波导入管8的一端与燃烧冲击装置相连，冲击波导入管的另一端伸入多孔圆筒内但不穿过活塞。普通抽采管10与抽采系统相连。
燃烧冲击装置包括高温高压燃烧室1、第一注气管、第二注气管和控制系统4。第一注气管与第二注气管的一端分别与高温高压燃烧室1相连，另一端分别与甲烷气瓶3和干空气气瓶2相连。控制系统4的点火装置伸入燃烧内，第一注气管用于向高温高压燃烧室1内注入甲烷，第二注气管用于向高温高压燃烧室1内注入干空气，控制系统4用于引爆高温高压燃烧室1的甲烷。电磁阀5安装在冲击波导入管8上，电磁阀5由控制系统4控制。
实施例2
使用实施例1中的设备进行煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法，具体步骤如下：
a.在煤层中交替施工普通钻孔和冲击钻孔，普通钻孔位于冲击钻孔周围；
b.施工完成后，在冲击钻孔中放置带有活塞的多孔圆筒9，且多孔圆筒9筒壁与冲击钻孔紧密相贴；
c.将注气抽采管6放置于多孔圆筒9中，之后一起放置于冲击钻孔内，将冲击波导入管8与活塞紧密相接，然后进行封孔作业，待封孔作业结束后，将普通抽采管10联入抽采系统以备抽采瓦斯；通过控制系统4设定电磁阀5的启动压力值为30MPa。
d.利用高压气瓶及减压阀通过注气抽采管6向冲击钻孔内注入大量的N2或CO2，然后关闭注气抽采管6上的阀门7并将注气抽采管6连入抽采系统管网；
e.通过甲烷气瓶3、干空气气瓶2及减压阀向高温高压燃烧室1内注入一定量的干空气和甲烷，通过控制系统4将混合气体点燃；
f.高温高压燃烧室1内压力达到30MPa后，电磁阀5自动开启，高温高压冲击波瞬间释放，通过冲击波导入管8冲击活塞，活塞沿注气抽采管滑动挤压N2或CO2，进而使冲击钻孔周围产生大量裂隙并加大原有裂隙开度，增强裂隙网络的贯通性；
g.待钻孔内温度冷却后，打开注气抽采管6上的阀门7，开启抽采系统通过注气抽采管6和普通抽采管10进行瓦斯抽采。

Claims (9)

1.一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备，其特征在于，包括活塞、多孔圆筒、注气抽采管、冲击波导入管和燃烧冲击装置，其中，
活塞位于多孔圆筒内；
注气抽采管的一端穿过活塞并伸入多孔圆筒内，注气抽采管的另一端伸出到多孔圆筒外；
冲击波导入管的一端与燃烧冲击装置相连，冲击波导入管的另一端伸入多孔圆筒，且冲击波导入管不穿过活塞。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备，其特征在于，所述燃烧冲击装置包括燃烧室、第一注气管、第二注气管和控制系统，第一注气管与第二注气管分别与燃烧室相连，控制系统的点火装置伸入燃烧内，所述第一注气管用于向燃烧室内注入可燃气体，所述第二注气管用于向燃烧室内注入燃烧辅助气体，所述控制系统用于引爆燃烧室内的可燃气体。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备，其特征在于，所述第一注气管为甲烷注入管，所述第二注气管为空气注入管。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备，其特征在于，还包括阀门，所述阀门安装在所述冲击波导入管上。
5.根据权利要求4所述的一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备，其特征在于，所述阀门为电磁阀。
6.根据权利要求5所述的一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备，其特征在于，所述电磁阀的开启压力值为30MPa。
7.一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法，其特征在于，包括步骤：
S1：在煤层中施工冲击钻孔；
S2：将权利要求1-6任一所述的一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备安装在冲击钻孔上并封孔，其中，多孔圆筒放置于钻孔内，注气抽采管和冲击波导入管伸出冲击钻孔外；
S3：通过注气抽采管向冲击钻孔内注入N2或CO2，之后关闭注气抽采管；
S4：向燃烧室内注入可燃气和辅助气体；
S5：通过控制系统引爆燃烧室内的可燃气，可燃气燃烧产生的冲击波通过冲击波导入管传入多孔圆筒内冲击活塞，活塞沿注气抽采管滑动挤压冲击钻孔内的N2或CO2，使冲击钻孔周围的煤体产生大量裂隙。
8.根据权利要求7所述的一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法，其特征在于：
所述步骤S1具体包括：在煤层中施工冲击钻孔和普通钻孔，普通钻孔位于冲击钻孔周围；
所述步骤S2具体包括：将权利要求1-6任一所述的一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采设备安装在冲击钻孔上并封孔，其中，多孔圆筒放置于钻孔内，注气抽采管和冲击波导入管伸出冲击钻孔外；将普通抽采管的一端伸入普通钻孔并封孔，其中，普通抽采管的另一端与抽采系统相连。
9.根据权利要求8所述的一种煤矿井下燃烧冲击波致裂煤体强化瓦斯抽采方法，其特征在于，还包括步骤S6：冲击钻孔周围的煤体产生大量裂隙后，打开注气抽采管并将注气抽采管连入抽采系统进行瓦斯抽采。
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