一种钻孔内冷胀热驱式煤体增透方法.pdf

本发明公开了一种钻孔内冷胀热驱式煤体增透方法，适用于煤矿井下瓦斯的高效抽采。首先在煤层里交错布置抽采钻孔和强化抽采钻孔；接着利用注水泵向强化抽采钻孔内注水，而后对水体制冷使其凝结成冰，利用水体结冰体积膨胀致裂煤体，扩展原有裂隙；进而利用热管对钻孔进行加热，将冰转化为水，排出钻孔；最后依靠热管在钻孔内持续加热煤体，形成较稳定的温度场，通过热效应显著降低瓦斯吸附势，促进瓦斯解吸，从而达到强化瓦斯抽采的目的，可以显著扩大单孔有效卸压影响范围，使煤层瓦斯抽采效率提高40％以上。该方法安全可靠，成本低廉，简单易行，省时省力。

1.  一种钻孔内冷胀热驱式煤体增透方法，包括穿层钻孔或顺层钻孔，在煤层中交错布置抽采钻孔和强化抽采钻孔的孔位；施工抽采钻孔、封孔、并联入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采；其特征在于步骤如下：
a．施工强化抽采钻孔，退出钻杆后将注浆管、回浆管、热管换热器、冷凝管、注水管、放水管和抽采管送入钻孔，将注浆管的外露端与注浆泵相连接、抽采管外露端与瓦斯抽采管网相连、冷凝管外露端与冷凝装置相连接、注水管外露端与注水泵相连接，并在热管换热器的外露段上安装加热装置；
b．开启注浆泵，通过注浆管向强化抽采钻孔内注浆，待回浆管回浆后，停止注浆，对强化抽采钻孔进行封孔；
c．启动注水泵，通过注水阀门向强化抽采钻孔内注入带压水，待水压达设定值时，关闭注水阀门和注水泵；
d．启动冷凝装置，通过冷凝管对强化抽采钻孔进行制冷，使钻孔中的水由液态变成固态；
e．启动加热装置，通过热管换热器对钻孔进行加热，并通过放水管将钻孔中的液化水排出；
f．持续对钻孔加热，通过提高钻孔内及钻孔周围煤体的温度，促进区域内煤体的瓦斯解析，从而实现强化抽采。

2.  根据权利要求1所述的一种钻孔内冷胀热驱式煤体增透方法，其特征在于：打穿层钻孔时，抽采钻孔与强化抽采钻孔孔底端中心连线距离为6～8m；打顺层钻孔时，抽采钻孔和强化抽采钻孔孔口端中心连线距离为3~5m。

3.  根据权利要求1所述的一种钻孔内冷胀热驱式煤体增透方法，其特征在于：所述的加热装置采用水循环加热装置或电热管加热装置。

一种钻孔内冷胀热驱式煤体增透方法
技术领域
本发明涉及一种钻孔内冷胀热驱式煤体增透方法，尤其适用于煤矿井下高瓦斯低透气性煤层的 瓦斯高效抽采。
背景技术
我国煤矿井下瓦斯治理的根本手段是以钻孔瓦斯抽采方式为主的瓦斯抽采措施。随着我国煤矿 进入深部开采，煤层透气性低逐渐成为制约瓦斯高效抽采的主控因素。因此，强化增透成为改善瓦 斯抽采效果，实现深部煤与瓦斯共采的关键技术。当前主要采用的强化增透技术主要有两种，一种 是流体机械和流体介质相配合对煤体进行的处理的方法，例如水力割缝、水力压裂等；另一种是炸 药爆炸等方式促使煤体致裂。两种方法均能增大煤层透气性，提高瓦斯抽采效果，但是仍然具有自 身局限性。利用水力割缝、水力压裂等方法时，会有水锁效应等抑制瓦斯解析；利用炸药爆炸等方 法时，则存在装药费事费力，而且炸药本身就是危险源，对于井下安全生产也存在一定的威胁。因 此，寻找一种安全可靠、省时省力、简单易行和成本低廉的强化增透措施是十分必要的，这对提高 矿井瓦斯抽采效率及预防煤与瓦斯突出具有重要意义。
众所周知，水体在由液态变为固态时，其体积会发生膨胀。利用水体自身物理性质的变化形成 膨胀挤压，从而致裂煤体，相对水力割缝、水力压裂、炸药爆炸等方法而言要相对安全的多。此外， 诸多研究表明，煤体的瓦斯吸附势随着温度的提高会呈现显著降低。伴随瓦斯吸附势的降低，有益 于煤体瓦斯解析。因此，倘若能够人为的对煤体附加一个温度场，势必会有效促进煤体瓦斯解析。 总而言之，如何将钻孔内水冷凝膨胀致裂和附加温度场促进瓦斯解析结合起来，形成技术的集成是 值得思考的问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种安全可靠、省时省力、简 单易行和成本低廉的钻孔内冷胀热驱式煤体增透方法。
技术方案：本发明的钻孔内冷胀热驱式煤体增透方法，包括穿层钻孔或顺层钻孔，在煤层中交 错布置抽采钻孔和强化抽采钻孔的孔位；施工抽采钻孔、封孔、并联入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采； 步骤如下：
a.施工强化抽采钻孔，退出钻杆后将注浆管、回浆管、热管换热器、冷凝管、注水管、放水 管和抽采管送入钻孔，将注浆管的外露端与注浆泵相连接、抽采管外露端与瓦斯抽采管网相连、冷 凝管外露端与冷凝装置相连接、注水管外露端与注水泵相连接，并在热管,的外露段上安装加热装 置；
b.开启注浆泵，通过注浆管向强化抽采钻孔内注浆，待回浆管回浆后，停止注浆，对强化抽 采钻孔进行封孔；
c.启动注水泵，通过注水阀门向强化抽采钻孔内注入带压水，待水压达设定值时，关闭注水 阀门和注水泵；
d.启动冷凝装置，通过冷凝管对强化抽采钻孔进行制冷，使钻孔中的水由液态变成固态；
e.启动加热装置，通过热管换热器对钻孔进行加热，并通过放水管将钻孔中的液化水排出；
f.持续对钻孔加热，通过提高钻孔内及钻孔周围煤体的温度，促进区域内煤体的瓦斯解析， 从而实现强化抽采。
所述的打穿层钻孔时，抽采钻孔与强化抽采钻孔孔底端中心连线距离为6～8m；打顺层钻孔时， 抽采钻孔和强化抽采钻孔孔口端中心连线距离为3～5m。
所述的加热装置采用水循环加热装置或电热管加热装置。
有益效果：本发明利用固态或液态物质的升华或气化制冷，首先利用水体在钻孔内冷凝膨胀致 裂煤体，从而扩展钻孔周边原有裂隙网，进而利用热管持续加热，对钻孔周围煤体持续加热，从而 形成的温度场能够显著降低瓦斯吸附势，促进瓦斯解吸，达到强化瓦斯抽采的目的。可以显著扩大 单孔有效卸压影响范围，使煤层瓦斯抽采效率提高40％以上。该方法安全可靠，成本低廉，简单易 行，省时省力，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的钻孔内冷胀热驱式煤体增透方法示意图；
图2是冷凝管结构示意图。
图中：1-抽采管，2-布置在管道末端管壁上的微孔。图中：1-加热装置，2-注浆泵，3-注浆管阀 门，4-注浆管，5-回浆管阀门，6-回浆管，7-热管，8-冷凝装置，9-注水泵，10-气体阀门，11-抽采 管，12-抽采管阀门，13-放水管，14-放水管阀门，15-注水管，16-注水管阀门，17-冷凝管，18-冷 凝管入口端，19-冷凝管出口端，20-冷凝管U型部位。
具体实施方式
下面结合附图本发明的一个实施例作进一步的描述：
a.在煤层中交错布置抽采钻孔和强化抽采钻孔的孔位，保障抽采钻孔在强化抽采钻孔的影响 范围内；
b.施工抽采钻孔，封孔，联入瓦斯抽采管道进行瓦斯抽采；
c.施工强化抽采钻孔，退出钻杆后将注浆管4、回浆管6、热管7、抽采管11、放水管13、注 水管15和冷凝管17送入钻孔，将注浆管4的外露端与注浆泵2相连接、冷凝管17入口端与冷凝 装置8相连接、注水管15外露端与注水泵9相连接，并在热管7的外露段上安装加热装置1；
d.开启注浆泵2，通过注浆管4向强化抽采钻孔内注浆，待回浆管6回浆后，停止注浆，对 强化抽采钻孔进行封孔；
e.待封孔完成后，关闭回浆管阀门5、注浆管阀门3、抽采管阀门12和放水管阀门，启动注 水泵9，通过注水管阀门16向强化抽采钻孔内注入带压水，待水压达到设定值时，关闭注水管阀 门16和注水泵9；
f.开启冷凝装置8，冷凝物质通过气体阀门10，从冷凝管17的入口端18进入，从出口端19 流出，冷凝物质不直接接触钻孔内煤体或瓦斯气体；冷凝物质在冷凝管17内升华或者气化，从而 对周围环境吸热，因而对强化抽采钻孔进行制冷，使钻孔中的水由液态变成固态，利用水的冷胀性 致裂煤体；
g.经20～30分钟冷凝膨胀致裂煤体后，关闭冷凝装置8、气体阀门10，开始放水管阀门14， 启动加热装置1，通过热管7对钻孔进行加热，并通过放水管13将钻孔中的液化水排出；
h.待放水管13不再出水后，关闭放水管阀门14，开启抽采管阀门12，加热装置1持续工作， 热管继续对钻孔加热，通过提高钻孔内及钻孔周围煤体的温度，促进区域内煤体的瓦斯解析。
所述的打穿层钻孔时，抽采钻孔与强化抽采钻孔孔底端中心连线距离为6～8m；打顺层钻孔时， 抽采钻孔和强化抽采钻孔孔口端中心连线距离为3～5m。
所述的加热装置采用水循环加热装置或电热管加热装置。
所述的冷凝管为U型管道，其入口端与冷凝装置连接，出口端在钻孔外，U型部位在钻孔中。 所述的冷凝装置的作用机理是利用固态或液态物质的升华或气化制冷，如液氮钢瓶等。