CN110308261A - 一种煤层加热与注co2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法，适用于针对实验室中模拟煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验使用。制备煤样，对煤样抽真空直至压力小于100Pa，向煤样中充入瓦斯，利用多功能钻孔模拟瓦斯抽采，分别检测对煤样加热、充入二氧化碳后对瓦斯抽采的影响。模拟不同真三轴应力、瓦斯压力、煤层温度多场耦合条件下瓦斯常规抽采、煤层加热强化瓦斯抽采、煤层注CO2强化瓦斯抽采以及煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采试验，同时可同步监测并采集煤层瓦斯压力、温度以及抽采瓦斯流量，为研究不同强化抽采条件下瓦斯抽采效率及优化强化抽采措施提供了有效手段。
Description
技术领域
本发明涉及一种协同强化瓦斯抽采方法，尤其适用于针对实验室中对于煤矿井下模拟使用的煤层加热与钻孔二氧化碳热协同强化瓦斯抽采方法
背景技术
我国煤层瓦斯储存条件普遍具有“三低一高”(低饱和度、低渗透性、低储层压力，高变质程度)的特点，全国大部分矿区煤层渗透率在10-4～10-3mD，比美国等低3～4个数量级，此类条件下的煤层瓦斯抽采是世界性难题，与此同时，多种强化瓦斯抽采措施也相继被提出和实施，如水力压裂技术、深孔爆破增透技术、高压磨料射流割缝增透技术、高压电脉冲破煤增透技术及注气驱替增产技术等。
针对低渗透煤层，采用单一的瓦斯增产技术，增产效果有限，需要联合不同增产措施。因此，提出一种煤层加热与钻孔注二氧化碳协同强化瓦斯抽采方法，能充分结合煤层加热促进瓦斯解吸和二氧化碳驱替瓦斯两者优势，对于低渗透煤层瓦斯强化抽采及煤与瓦斯突出防治具有重要意义。
发明内容
针对上述技术的不足之处，提供一种方法简单，检测效果好，能够交替检测富含瓦斯气体的煤样在加热或充入二氧化碳时进行瓦斯抽采的效率，为实际工作提供有利证明的煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法。
为实现上述技术目的，本发明的煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法，其步骤如下：
1a)从待测煤矿区域突出煤层中取样并进行现场调研，利用现场采集的煤块取样测定突出煤层的相关参数，确定试验方案中地应力、注水速率、压裂位置等试验参数；
1b)使用破碎筛将采集的煤块取样筛分成0-1mm粒径的煤粒，向煤粒中加水搅拌制成6％含水率煤样备用；
1c)将6％含水率煤样装入可视化箱体，并将6％含水率煤样压制成与可视化箱体尺寸匹配的结构，可视化箱体底部设有海绵状多功能金属板，多功能金属板上设有加热金属丝，并设有充气口和接线口，可视化箱体顶部以及可视化箱体的左侧壁上和前侧壁上设有多个活动的透明加载板，可视化箱体顶部的透明加载板共有六个，序号分别为X1-X6，可视化箱体前侧壁上的透明加载板共有六个，序号分别为Y1-Y6，可视化箱体的左侧壁上的透明加载板为Z1，每个透明加载板上设有加载活塞，加载活塞穿过箱体壁连通加压油缸；
可视化箱体背面均匀布置有多个传感器安装孔，同时布置有一排多功能钻孔，传感器安装孔安装的传感器包括气压传感器、温度传感器、应力传感器，温度传感器和应力传感器安装结构相同，温度传感器和应力传感器尾部连接的数据线通过转换接头和密封垫固定在可视化箱体的传感器安装孔中，将温度传感器和应力传感器头部的数据线埋设在煤样中需要检测温度或应力的位置，其中多功能钻孔尾部在可视化箱体上设有外接接头，外接接头与可视化箱体的箱体壁之间设有密封垫，多功能钻孔包括封孔段、压裂段，多功能钻孔全长0.5m，封孔段长0.15m，压裂段长0.35m，压裂段管壁周向和径向方向分布有透气孔，给多功能钻孔设置序号为A1-A6，在可视化箱体利用可视化箱体背部开设的传感器安装孔向可视化箱体中的6％含水率煤样分别埋入气压传感器，最后使用加载活塞驱动透明加载板使6％含水率煤样在20MPa条件下成型1h后解除所有透明加载板对煤样的加压；
1c)利用密封圈和螺栓将可视化箱体的盖板和箱体密封紧固，在高压气瓶的输出口上安装三通，三通分别连接有真空泵和柱塞泵，真空泵通过流量计Ⅰ与多功能金属板的充气口相连接，柱塞泵通过流量计Ⅱ连接到可视化箱体后部的序号为A1的多功能钻孔中，序号为A2的多功能钻孔通过连接接头与流量计Ⅲ的进气孔相连接，流量计Ⅲ的出气口管路与气相色谱仪相连接，检测可视化箱体及气管管路连接的密封效果；
2a)对设置在可视化箱体内的煤样进行三轴应力加载操作，其中可视化箱体中煤样上部的序号为X1-X6的6个压板应力、前侧序号为Y1-Y6的6个压板应力和左侧序号为Z1的1个压板应力均为5.0MPa或10.0MPa；
2b)启动真空泵通过多功能金属板的充气口对可视化箱体内的煤样进行抽真空操作，直到煤体内部气压小于100Pa关闭真空泵，用时约12h；
2c)打开高压气瓶对煤样进行充瓦斯操作，共分为四阶段保证煤样吸附平衡气压为1.0MPa，第一阶段充气12h、充气压力至0.3MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第二阶段充气12h、充气压力至0.6MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第三阶段充气12h、充气压力至0.9MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第四阶段充气6h、充气并稳定至1.0MPa，然后关闭高压气瓶，用时共计约60h，充气过程中通过流量计Ⅰ记录充入瓦斯量；
3a)进行常规瓦斯抽采：利用序号为A2的多功能钻孔开始模拟常规瓦斯抽采，抽采时利用温度传感器和应力传感器记录瓦斯抽采时煤样的温度和应力变化，同时记录瓦斯随抽采时间变化的抽采量；
3b)24h后结束抽采，停止三轴应力加载，排空煤体内瓦斯；
4a)进行煤层加热强化瓦斯抽采：重复步骤2a-2c，并同时利用多功能金属板上的加热金属丝对煤样进行加热，加热8h后至煤层温度达到目标温度，；
4b)打开序号为A2的多功能钻孔进行瓦斯抽采，抽采时利用温度传感器和应力传感器记录瓦斯抽采时煤样的温度和应力变化，同时记录瓦斯随抽采时间变化的抽采量，24h后结束抽采，停止应力加载，排空煤体内瓦斯；
5a)煤层注CO2强化瓦斯抽采：重复步骤2a-c，利用柱塞泵通过可视化箱体的序号为A1的多功能钻孔向可视化箱体中充入高压二氧化碳；同时打开序号为A2的多功能钻孔进行瓦斯抽采；
5b)利用气相色谱仪监测序号为A2的多功能钻孔排出的混合气体浓度，待甲烷浓度低于10％时关闭柱塞泵；
5c)停止应力加载、二氧化碳注入，排空煤体内瓦斯；
6a)煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采：重复步骤2a-2c，利用多功能金属板上的加热金属丝对煤样进行加热，加热8h后至煤层温度达到目标温度；
6b)利用柱塞泵通过可视化箱体的序号为A1的多功能钻孔向可视化箱体中充入高压二氧化碳；同时利用序号为A2的多功能钻孔进行瓦斯抽采，抽采时利用温度传感器和应力传感器记录瓦斯抽采时煤样的温度和应力变化，同时记录瓦斯随抽采时间变化的抽采量；
6c)利用气相色谱仪监测序号为A2的多功能钻孔抽采出的瓦斯二氧化碳混合气体中各成分的浓度，待甲烷浓度低于10％时关闭柱塞泵；
6d)停止应力加载、二氧化碳注入，排空煤体内瓦斯；
7a)改变煤层加热温度、CO2注入压力等试验条件重复上述续试验。
8a)数据分析：基于常规瓦斯抽采试验中瓦斯充入量和抽采量分析常规瓦斯抽采效率，及其随抽采时间演化规律；
8b)基于煤层加热强化瓦斯抽采试验，分析强化瓦斯抽采效率与煤层加热温度之间关系，及其随时间演化规律；
8c)基于煤层注CO2强化瓦斯抽采试验，分析强化瓦斯抽采效率与煤层注CO2压力之间关系，及其随时间演化规律；
8d)基于煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采，分析强化瓦斯抽采效率与煤层加热温度、煤层注CO2压力之间关系，及其随时间演化规律；
8e)基于上述分析，进一步对比不同试验条件、不同强化瓦斯抽采措施下瓦斯抽采效率，探讨煤层加热及煤层注CO2在强化瓦斯抽采过程中主导作用，优化煤层加热温度与煤层注CO2压力参数，以指导现场低渗煤层瓦斯强化抽采。
所述利用柱塞泵通过可视化箱体的序号为A1的多功能钻孔中充入的充入高压二氧化碳压力分别为1.3/MPa或1.6/MPa。
所述多功能金属板对煤样加热温度设置分别为50℃或80℃，当所有加压板应力板加压为5.0MPa时分别针对充入高压二氧化碳压力加温50℃或80℃，当所有加压板应力板加压为10.0MPa时分别针对充入高压二氧化碳压力加温50℃或80℃，利用气相色谱仪监分别检测不同的高压二氧化碳压力和温度匹配下的抽采钻孔采集的甲烷、二氧化碳浓度信息。
有益效果：
本发明可在室内模拟不同真三轴应力、瓦斯压力、煤层温度多场耦合条件下瓦斯常规抽采、煤层加热强化瓦斯抽采、煤层注CO2强化瓦斯抽采以及煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采试验，同时可同步监测并采集煤层瓦斯压力、温度以及抽采瓦斯流量，为研究不同强化抽采条件下瓦斯抽采效率及优化强化抽采措施提供了有效手段。
附图说明：
图1为本发明煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法使用的透明箱体结构示意图。
图2为本发明煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法使用的透明箱体俯视图。
图3为本发明煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法使用的透明箱体后视图。
图4为本发明煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法使用的加载系统结构示意图。
图5(a)为本发明煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法使用的气压传感器安装示意图。
图5(b)为本发明煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法使用的温度传感器安装示意图。
图5(c)为本发明煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法使用的多功能钻孔结构示意图。
图6为本发明煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法装置连接示意图。
图中：1-可视化箱体，2-箱体盖板，3-箱体腔体，4-密封圈，5-密封螺栓，6-多功能金属板，7-热电阻丝，8-充气口，9-接线口，10-传感器安装孔，11-多功能钻孔，12-加载板，13-加载活塞，14-气压测点，15-密封垫a，16-气压传感器，17-PU气动接头，18-PU管，19-密封垫b，20-数据线，21-转换接头，22-温度传感器，23-应力传感器，24-钻孔外接接头，25-多功能钻孔，26-压裂段，27-封孔段，28-透气小孔，29-高压气瓶，30-真空泵，31-流量计Ⅰ，32-流量计Ⅱ，33-流量计Ⅲ，34-柱塞泵，35-气相色谱仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明：
本发明的一种煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法，
如图1、图2和图3所示，使用长方体结构的可视化箱体1，所述可视化箱体1的材料为聚碳酸酯板构成，箱体腔体尺寸为1.5*0.5*0.5m，可视化箱体1包括箱体腔体3和设置在顶部的箱体盖板2，箱体腔体3和箱体盖板2之间设有密封圈4并利用密封螺栓5固定，箱体腔体3后侧壁均匀开有多个用于安装多种类型传感器安装孔10和多功能钻孔安装孔11，安装的传感器包括气压传感器16、温度传感器22、应力传感器23，多功能钻孔安装孔11内设有多功能钻孔25，箱体腔体3内的底部设有与可视化箱体1底部等大的多功能金属板6，多功能金属板6材料为透气性较好的泡沫金属构成，多功能金属板6底部设有与箱体腔体外侧连通的充气口8，充气口8通过管路与气源系统相连接；
如图4所示，加载系统包括设置在可视化箱体1的顶部箱体盖板内、箱体腔体3的左侧壁内和前侧壁内设有多个透明加载板12，每个透明加载板12上设有加载活塞13，加载活塞13穿过箱体壁连通加压油缸；
所述气源系统包括高压甲烷气瓶和二氧化碳气瓶，气体压力不低于6MPa高压气瓶通过真空泵利用气管管路与可视化箱体1内的多功能金属板3上的充气口8连接，气管管路上设有流量计；
所述温控系统包括设置在多功能金属板6表面的热电阻丝7，热电阻丝7通过多功能金属板6上设置的接线口9与温度调节装置线路连接，用于对设置在可视化箱体1内的煤样进行加热处理；
所述数据采集与控制系统包括相互连接的高速数据采集板和计算机，分别采集或控制可视化箱体1煤体内部瓦斯压力、温度、煤体表面裂纹形态以及抽采瓦斯流量；
所述压-驱-抽系统包括设置在可视化箱体1的多功能钻孔25以及相互连接的压裂泵、流量计、柱塞泵和气相色谱仪。
如图5(a)所示，气压传感器16利用密封垫a15从可视化箱体1外侧的传感器安装孔10中插入，气压传感器16尾端通过数据线20和数据采集与控制系统连接，传感器安装孔10内侧设有一根延伸设置在煤样内部的PU管18，通过调整PU管18开口端的位置以测试不同位置瓦斯压力，其中PU管18与可视化箱体1箱体壁之间设有PU气动接头17。
如图5(b)所示，所述温度传感器22和应力传感器23安装结构相同，温度传感器22和应力传感器23尾部连接的数据线20通过转换接头21和密封垫a15固定在可视化箱体1的传感器安装孔10中，将温度传感器22和应力传感器23头部的数据线20埋设在煤样中需要检测温度或应力的位置。
如图5(c)所示，在多功能钻孔安装孔11中设置多功能钻孔25，所述多功能钻孔25尾部在可视化箱体1上设有外接接头24，外接接头24与可视化箱体1的箱体壁之间设有密封垫a15，可视化箱体1的箱体壁内侧与多功能钻孔25之间设有密封垫b19，多功能钻孔25伸入煤样中的部分包括封孔段27和压裂段26，多功能钻孔25全长0.5m，封孔段27长0.15m，压裂段26长0.35m，压裂段26管壁周向和径向方向分布有多个透气小孔28，透气小孔28孔径2mm，间距5mm布置，具有压裂、驱替、抽采的功能；
其步骤如下：
1a)从待测煤矿区域突出煤层的煤块取样进行现场调研，利用现场采集的煤块取样测定突出煤层的相关参数，确定试验方案中地应力、注水速率、压裂位置等试验参数；
1b)使用破碎筛将采集的煤块取样筛分成0-1mm粒径的煤粒，向煤粒中加水搅拌制成6％含水率煤样备用；
1c)将6％含水率煤样装入可视化箱体1，并将6％含水率煤样压制成与可视化箱体1尺寸匹配的结构，可视化箱体1底部设有海绵状多功能金属板6，多功能金属板6上设有加热金属丝，并设有充气口8和接线口9，可视化箱体1顶部以及可视化箱体1的左侧壁上和前侧壁上设有多个活动的透明加载板12，可视化箱体1顶部的透明加载板12共有六个，序号分别为X1-X6，可视化箱体1前侧壁上的透明加载板12共有六个，序号分别为Y1-Y6，可视化箱体1的左侧壁上的透明加载板12为Z1，每个透明加载板12上设有加载活塞13，加载活塞13穿过箱体壁连通加压油缸；
可视化箱体1背面均匀布置有多个传感器安装孔10，同时布置有一排多功能钻孔25，传感器安装孔10安装的传感器包括气压传感器16、温度传感器22、应力传感器23，温度传感器22和应力传感器23安装结构相同，温度传感器22和应力传感器23尾部连接的数据线20通过转换接头21和密封垫a15固定在可视化箱体1的传感器安装孔10中，将温度传感器22和应力传感器23头部的数据线20埋设在煤样中需要检测温度或应力的位置，其中多功能钻孔25尾部在可视化箱体1上设有外接接头，外接接头与可视化箱体1的箱体壁之间设有密封垫a19，多功能钻孔25包括封孔段27、压裂段26，多功能钻孔25全长0.5m，封孔段27长0.15m，压裂段26长0.35m，压裂段26管壁周向和径向方向分布有透气孔，给多功能钻孔25设置序号为A1-A6，在可视化箱体1利用可视化箱体1背部开设的传感器安装孔10向可视化箱体1中的6％含水率煤样分别埋入气压传感器16，最后使用加载活塞13驱动透明加载板12使6％含水率煤样在20MPa条件下成型1h后解除所有透明加载板12对煤样的加压；
1c)如图6所示，利用密封圈和螺栓将可视化箱体1的盖板和箱体密封紧固，在高压气瓶29的输出口上安装三通，三通分别连接有真空泵30和柱塞泵34，真空泵30通过流量计Ⅰ31与多功能金属板6的充气口8相连接，柱塞泵34通过流量计Ⅱ32连接到可视化箱体1后部的序号为A1的多功能钻孔25中，序号为A2的多功能钻孔25通过连接接头与流量计Ⅲ33的进气孔相连接，流量计Ⅲ33的出气口管路与气相色谱仪35相连接，检测可视化箱体1及气管管路连接的密封效果；
2a)对设置在可视化箱体1内的煤样进行三轴应力加载操作，其中可视化箱体1中煤样上部的序号为X1-X6的6个压板应力、前侧序号为Y1-Y6的6个压板应力和左侧序号为Z1的1个压板应力均为5.0MPa或10.0MPa；
2b)启动真空泵30通过多功能金属板6的充气口8对可视化箱体1内的煤样进行抽真空操作，直到煤体内部气压小于100Pa关闭真空泵30，用时约12h；
2c)打开高压气瓶29对煤样进行充瓦斯操作，共分为四阶段保证煤样吸附平衡气压为1.0MPa，第一阶段充气12h、充气压力至0.3MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第二阶段充气12h、充气压力至0.6MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第三阶段充气12h、充气压力至0.9MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第四阶段充气6h、充气并稳定至1.0MPa，然后关闭高压气瓶29，用时共计约60h，充气过程中通过流量计Ⅰ31记录充入瓦斯量；
3a)进行常规瓦斯抽采：利用序号为A2的多功能钻孔25开始模拟常规瓦斯抽采，抽采时利用温度传感器22和应力传感器23记录瓦斯抽采时煤样的温度和应力变化，同时记录瓦斯随抽采时间变化的抽采量；
3b)24h后结束抽采，停止三轴应力加载，排空煤体内瓦斯；
4a)进行煤层加热强化瓦斯抽采：重复步骤2a-2c，并同时利用多功能金属板6上的加热金属丝对煤样进行加热，加热8h后至煤层温度达到目标温度，；
4b)打开序号为A2的多功能钻孔25进行瓦斯抽采，抽采时利用温度传感器22和应力传感器23记录瓦斯抽采时煤样的温度和应力变化，同时记录瓦斯随抽采时间变化的抽采量，24h后结束抽采，停止应力加载，排空煤体内瓦斯；
5a)煤层注CO2强化瓦斯抽采：重复步骤2a-c，利用柱塞泵34通过可视化箱体1的序号为A1的多功能钻孔25向可视化箱体1中充入高压二氧化碳；同时打开序号为A2的多功能钻孔25进行瓦斯抽采；
5b)利用气相色谱仪35监测序号为A2的多功能钻孔25排出的混合气体浓度，待甲烷浓度低于10％时关闭柱塞泵34；
5c)停止应力加载、二氧化碳注入，排空煤体内瓦斯；
6a)煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采：重复步骤2a-2c，利用多功能金属板6上的加热金属丝对煤样进行加热，加热8h后至煤层温度达到目标温度；
6b)利用柱塞泵34通过可视化箱体1的序号为A1的多功能钻孔25向可视化箱体1中充入高压二氧化碳；同时利用序号为A2的多功能钻孔25进行瓦斯抽采，抽采时利用温度传感器22和应力传感器23记录瓦斯抽采时煤样的温度和应力变化，同时记录瓦斯随抽采时间变化的抽采量；
6c)利用气相色谱仪35监测序号为A2的多功能钻孔25抽采出的瓦斯二氧化碳混合气体中各成分的浓度，待甲烷浓度低于10％时关闭柱塞泵34；
6d)停止应力加载、二氧化碳注入，排空煤体内瓦斯；
7a)改变煤层加热温度、CO2注入压力等试验条件重复上述续试验。
8a)数据分析：基于常规瓦斯抽采试验中瓦斯充入量和抽采量分析常规瓦斯抽采效率，及其随抽采时间演化规律；
8b)基于煤层加热强化瓦斯抽采试验，分析强化瓦斯抽采效率与煤层加热温度之间关系，及其随时间演化规律；
8c)基于煤层注CO2强化瓦斯抽采试验，分析强化瓦斯抽采效率与煤层注CO2压力之间关系，及其随时间演化规律；
8d)基于煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采，分析强化瓦斯抽采效率与煤层加热温度、煤层注CO2压力之间关系，及其随时间演化规律；
8e)基于上述分析，进一步对比不同试验条件、不同强化瓦斯抽采措施下瓦斯抽采效率，探讨煤层加热及煤层注CO2在强化瓦斯抽采过程中主导作用，优化煤层加热温度与煤层注CO2压力参数，以指导现场低渗煤层瓦斯强化抽采。
所述利用柱塞泵34通过可视化箱体1的序号为A1的多功能钻孔25中充入的充入高压二氧化碳压力分别为1.3/MPa或1.6/MPa。
所述多功能金属板6对煤样加热温度设置分别为50℃或80℃，当所有加压板应力板加压为5.0MPa时分别针对充入高压二氧化碳压力加温50℃或80℃，当所有加压板应力板加压为10.0MPa时分别针对充入高压二氧化碳压力加温50℃或80℃，利用气相色谱仪35监分别检测不同的高压二氧化碳压力和温度匹配下的抽采钻孔采集的甲烷、二氧化碳浓度信息。
以下给出本实施例列举的几个试验方案：
Claims (3)
1.一种煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采模拟试验方法，其特征在于步骤如下：
1a)从待测煤矿区域突出煤层中取样并进行现场调研，利用现场采集的煤块取样测定突出煤层的相关参数，确定试验方案中地应力、注水速率、压裂位置等试验参数；
1b)使用破碎筛将采集的煤块取样筛分成0-1mm粒径的煤粒，向煤粒中加水搅拌制成6％含水率煤样备用；
1c)将6％含水率煤样装入可视化箱体，并将6％含水率煤样压制成与可视化箱体尺寸匹配的结构，可视化箱体底部设有海绵状多功能金属板，多功能金属板上设有加热金属丝，并设有充气口和接线口，可视化箱体顶部以及可视化箱体的左侧壁上和前侧壁上设有多个活动的透明加载板，可视化箱体顶部的透明加载板共有六个，序号分别为X1-X6，可视化箱体前侧壁上的透明加载板共有六个，序号分别为Y1-Y6，可视化箱体的左侧壁上的透明加载板为Z1，每个透明加载板上设有加载活塞，加载活塞穿过箱体壁连通加压油缸；
可视化箱体背面均匀布置有多个传感器安装孔，同时布置有一排多功能钻孔，传感器安装孔安装的传感器包括气压传感器、温度传感器、应力传感器，温度传感器和应力传感器安装结构相同，温度传感器和应力传感器尾部连接的数据线通过转换接头和密封垫固定在可视化箱体的传感器安装孔中，将温度传感器和应力传感器头部的数据线埋设在煤样中需要检测温度或应力的位置，其中多功能钻孔尾部在可视化箱体上设有外接接头，外接接头与可视化箱体的箱体壁之间设有密封垫，多功能钻孔包括封孔段、压裂段，多功能钻孔全长0.5m，封孔段长0.15m，压裂段长0.35m，压裂段管壁周向和径向方向分布有透气孔，给多功能钻孔设置序号为A1-A6，在可视化箱体利用可视化箱体背部开设的传感器安装孔向可视化箱体中的6％含水率煤样分别埋入气压传感器，最后使用加载活塞驱动透明加载板使6％含水率煤样在20MPa条件下成型1h后解除所有透明加载板对煤样的加压；
1c)利用密封圈和螺栓将可视化箱体的盖板和箱体密封紧固，在高压气瓶的输出口上安装三通，三通分别连接有真空泵和柱塞泵，真空泵通过流量计Ⅰ与多功能金属板的充气口相连接，柱塞泵通过流量计Ⅱ连接到可视化箱体后部的序号为A1的多功能钻孔中，序号为A2的多功能钻孔通过连接接头与流量计Ⅲ的进气孔相连接，流量计Ⅲ的出气口管路与气相色谱仪相连接，检测可视化箱体及气管管路连接的密封效果；
2a)对设置在可视化箱体内的煤样进行三轴应力加载操作，其中可视化箱体中煤样上部的序号为X1-X6的6个压板应力、前侧序号为Y1-Y6的6个压板应力和左侧序号为Z1的1个压板应力均为5.0MPa或10.0MPa；
2b)启动真空泵通过多功能金属板的充气口对可视化箱体内的煤样进行抽真空操作，直到煤体内部气压小于100Pa关闭真空泵，用时约12h；
2c)打开高压气瓶对煤样进行充瓦斯操作，共分为四阶段保证煤样吸附平衡气压为1.0MPa，第一阶段充气12h、充气压力至0.3MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第二阶段充气12h、充气压力至0.6MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第三阶段充气12h、充气压力至0.9MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第四阶段充气6h、充气并稳定至1.0MPa，然后关闭高压气瓶，用时共计约60h，充气过程中通过流量计Ⅰ记录充入瓦斯量；
3a)进行常规瓦斯抽采：利用序号为A2的多功能钻孔开始模拟常规瓦斯抽采，抽采时利用温度传感器和应力传感器记录瓦斯抽采时煤样的温度和应力变化，同时记录瓦斯随抽采时间变化的抽采量；
3b)24h后结束抽采，停止三轴应力加载，排空煤体内瓦斯；
4a)进行煤层加热强化瓦斯抽采：重复步骤2a-2c，并同时利用多功能金属板上的加热金属丝对煤样进行加热，加热8h后至煤层温度达到目标温度，；
4b)打开序号为A2的多功能钻孔进行瓦斯抽采，抽采时利用温度传感器和应力传感器记录瓦斯抽采时煤样的温度和应力变化，同时记录瓦斯随抽采时间变化的抽采量，24h后结束抽采，停止应力加载，排空煤体内瓦斯；
5a)煤层注CO2强化瓦斯抽采：重复步骤2a-c，利用柱塞泵通过可视化箱体的序号为A1的多功能钻孔向可视化箱体中充入高压二氧化碳；同时打开序号为A2的多功能钻孔进行瓦斯抽采；
5b)利用气相色谱仪监测序号为A2的多功能钻孔排出的混合气体浓度，待甲烷浓度低于10％时关闭柱塞泵；
5c)停止应力加载、二氧化碳注入，排空煤体内瓦斯；
6a)煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采：重复步骤2a-2c，利用多功能金属板上的加热金属丝对煤样进行加热，加热8h后至煤层温度达到目标温度；
6b)利用柱塞泵通过可视化箱体的序号为A1的多功能钻孔向可视化箱体中充入高压二氧化碳；同时利用序号为A2的多功能钻孔进行瓦斯抽采，抽采时利用温度传感器和应力传感器记录瓦斯抽采时煤样的温度和应力变化，同时记录瓦斯随抽采时间变化的抽采量；
6c)利用气相色谱仪监测序号为A2的多功能钻孔抽采出的瓦斯二氧化碳混合气体中各成分的浓度，待甲烷浓度低于10％时关闭柱塞泵；
6d)停止应力加载、二氧化碳注入，排空煤体内瓦斯；
7a)改变煤层加热温度、CO2注入压力等试验条件重复上述续试验。
8a)数据分析：基于常规瓦斯抽采试验中瓦斯充入量和抽采量分析常规瓦斯抽采效率，及其随抽采时间演化规律；
8b)基于煤层加热强化瓦斯抽采试验，分析强化瓦斯抽采效率与煤层加热温度之间关系，及其随时间演化规律；
8c)基于煤层注CO2强化瓦斯抽采试验，分析强化瓦斯抽采效率与煤层注CO2压力之间关系，及其随时间演化规律；
8d)基于煤层加热与注CO2协同强化瓦斯抽采，分析强化瓦斯抽采效率与煤层加热温度、煤层注CO2压力之间关系，及其随时间演化规律；
8e)基于上述分析，进一步对比不同试验条件、不同强化瓦斯抽采措施下瓦斯抽采效率，探讨煤层加热及煤层注CO2在强化瓦斯抽采过程中主导作用，优化煤层加热温度与煤层注CO2压力参数，以指导现场低渗煤层瓦斯强化抽采。
2.根据权利要求1所述的煤层加热与钻孔二氧化碳热协同强化瓦斯抽采方法，其特征在于：所述利用柱塞泵通过可视化箱体的序号为A1的多功能钻孔中充入的充入高压二氧化碳压力分别为1.3/MPa或1.6/MPa。
3.根据权利要求1或2所述的煤层加热与钻孔二氧化碳热协同强化瓦斯抽采方法，其特征在于：所述多功能金属板对煤样加热温度设置分别为50℃或80℃，当所有加压板应力板加压为5.0MPa时分别针对充入高压二氧化碳压力加温50℃或80℃，当所有加压板应力板加压为10.0MPa时分别针对充入高压二氧化碳压力加温50℃或80℃，利用气相色谱仪监分别检测不同的高压二氧化碳压力和温度匹配下的抽采钻孔采集的甲烷、二氧化碳浓度信息。
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