一种侵蚀性液体协同液态二氧化碳增透促抽装备及方法

技术领域

本发明涉及煤矿安全生产技术领域，具体是指一种侵蚀性液体协同液态二氧化碳增透促抽装备及方法。

背景技术

我国大多数煤层具有煤体松软、透气性低的特点，使得煤层瓦斯抽采困难、抽采达标时间长，从而导致部分矿井采掘接续紧张，甚至造成采掘失调的重大安全隐患，也在一定程度上直接导致了我国煤矿瓦斯事故频发的问题。

为有效增加煤层透气性，提升瓦斯抽采效果，有效解决矿井“抽-掘-采”失调的问题，学者提出了深孔松动爆破、水力扩孔、水力割缝、保护层开采等技术措施。这些措施受各种条件的限制，使得应用效果不尽如人意。如深孔松动爆破，在处理哑炮过程中极易诱发爆炸事故，影响了该技术的推广应用；水力冲孔等水力化技术措施，需要煤体具有一定的自喷性；保护层开采技术措施增透效果虽好，但一般应用于煤层群开采条件下，对于单一开采煤层无法实施。

液态二氧化碳相变致裂技术是一种新兴的煤层致裂、增透促抽技术。该技术在已施工的钻孔中，将装有液态二氧化碳的爆破管送入钻孔内，通过加热液态二氧化碳使其发生相变，理论计算得到相变后其体积会膨胀600多倍，压力达到120MPa左右，可对煤体实施有效的致裂，从而增加煤层透气性，达到增透促抽的目的，而且不存在哑炮等安全问题，适用范围广。但二氧化碳气体具有极易压缩的特性，由于钻孔内存在一定的自由空间，其相变后在钻孔内的压力并未达到理论计算值；且由于煤体松软，在爆炸冲击波传递过程中，相当一部分冲击力会被松软的煤体所吸收，从而大大降低煤体致裂效果。因此，亟需寻求一种装备和方法，有效保证液态二氧化碳相变致裂的效果，实现增透促抽的目的。

我国大部分煤体具有较高的灰分、硫分的特点。这些无机组分的存在，降低了煤炭的质量，也影响了煤炭企业的经济效益。但这些组分能溶解于酸性溶液中，其溶解后将在煤体内萌生新的孔隙和裂隙，且原有的孔隙和裂隙进一步发育，可有效增加煤体孔隙率，提升煤层透气性，也在一定程度上实现了增透促抽的目的。

水具有不可压缩性。当钻孔内充满水体后，液态二氧化碳相变致裂产生的高压会直接作用在水体上，通过水体作用在煤体上，有效保证了液态二氧化碳相变后的高压不打折扣的作用在煤体上，从而保证其对煤体的相变致裂效果，达到增透促抽的目的。

综上所述，如果在钻孔内注入酸性液体(通称侵蚀性液体)，并协同液态二氧化碳相变致裂技术，可充分利用液体二氧化碳相变致裂产生的高压，将侵蚀性液体直接压入煤体深部，有效克服了常规注水仅能湿润钻孔周边煤体、溶解煤体内无机组分效果差的缺陷，而且液态二氧化碳相变后可有效压裂煤体，提升了煤体致裂效果，进一步强化了增透促抽的程度。

基于上述问题，采取侵蚀性液体协同液态二氧化碳相变致裂的方法，可达到有效提升煤层透气性、降低煤体无机组分、提高煤炭质量、提升瓦斯抽采效果的目的。

发明内容

本发明的目的是解决背景技术中存在的问题，提供一种侵蚀性液体协同液态二氧化碳增透促抽装备及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种侵蚀性液体协同液态二氧化碳增透促抽装备，包括安装于煤层的措施孔内的爆破管、安装于煤层的抽采孔内的抽采管，还包括注浆管，所述注浆管上设置有注浆泵，所述抽采管位于煤层外的端部连接设置有抽采系统，所述爆破管内设置有液态二氧化碳，所述爆破管靠近煤层外的端部上套设有第一封孔袋和第二封孔袋，所述第一封孔袋和第二封孔袋之间设置有封孔水体，所述注浆管上设置有第一单向阀，所述第一封孔袋上设置有第二单向阀。

作为一种优选方案，所述抽采管上设置有抽采阀。

作为一种优选方案，所述的爆破管内设置有液态二氧化碳爆破引线。

一种侵蚀性液体协同液态二氧化碳增透促抽方法，包括以下步骤：

1)向煤层施工顺层钻孔，采用三花眼或五花眼布孔方式进行布孔；所有施工钻孔间隔布置瓦斯抽采孔和措施孔；

2)所有钻孔施工完毕后进行两堵一注封孔，确保封孔严密，并将抽采孔及时连接抽采系统，及时带抽；

3)将充满液态二氧化碳的爆破管通过注浆管送入已封孔的措施孔内，并连接好爆破引线；爆破管采用间隔布置的方式串联，即一根充满液态二氧化碳的爆破管串联一根常规钻杆依次连接，直至钻孔的孔底，且在距孔口20m范围内均为常规钻杆，不设置爆破管，以确保爆破安全；

4)将注液专用封孔器送入措施孔中，按照两堵一注方式进行封孔，然后将专用封孔器送入抽采管，连接注浆泵和注浆管，打开阀门第一单向阀对第一封孔袋和第二封孔袋两个封孔袋进行加压，压力不小于5MPa，确保两个封孔袋充分膨胀，将专用封孔器密封严密；当注浆泵压力达到5MPa以上时，第一封孔袋封孔袋上的第二单向阀打开，向第一封孔袋、第二封孔袋间的空间注浆，直至8MPa时停止注浆；

5)措施孔封孔后通过管路系统连接气动泵，通过气动泵将侵蚀性液体注入钻孔，且注入压力不低于3MPa，保证钻孔内充满侵蚀性液体；侵蚀性液体为水与盐酸的混合物，水与盐酸的体积配比为10:1，酸性较弱，对气动泵腐蚀性较小，确保设备安全；

6)侵蚀性液体在井下作业现场进行配比，并存储在储液罐中，储液罐内外部均涂有防腐蚀涂层，保证罐体不会被腐蚀；通过PVE管路连接气动泵和储液罐、措施孔和气动泵，确保管路不被腐蚀；

7)钻孔内注入侵蚀性液体结束后，立即对液态二氧化碳爆破管后方引线通电，瞬间加热爆破管内的液态二氧化碳，由液态相变为气态，产生巨大的压力；相变产生的压力将钻孔内的侵蚀性液体压入煤体内部，压裂煤体，并侵蚀煤体内的无机组分，进一步增加煤层透气性，强化致裂增透效果；

8)当液态二氧化碳措施10min后，打开封孔器上的卸压阀门，将封孔器中的封孔液放出，并将封孔器取出，以备下次封孔再用；

9)等钻孔内的侵蚀性液体完全放出后，将措施孔连接抽采系统，进行瓦斯抽采。

本发明具有如下优点：

1)本发明基于液态二氧化碳相变致裂技术，通过液态二氧化碳由液态相变为气态过程中体积急剧膨胀产生的巨大压力，将煤体压裂，在煤体中产生大量裂隙，可有效提高煤层透气性，实现低透气性煤层的增透促抽作用，强化瓦斯抽采，缩短抽采时间，缓解矿井采掘接替紧张的局面，提升矿井生产安全性；

2)钻孔内注满液体，在液态二氧化碳相变过程中产生的巨大压力直接作用于液体，利用液体不可压缩的特性，将压力直接传递给煤体，确保相变压力在传递过程中完全作用于煤体；与常规的未注液体钻孔相比，该方法有效减少了液态二氧化碳相变过程中能量的损耗，保证了致裂效果；

3)液态二氧化碳相变致裂协同钻孔内注入侵蚀性液体，通过向钻孔内注入侵蚀性液体，利用液态二氧化碳相变致裂过程中产生的巨大压力，将侵蚀性液体压入煤体，并进一步与煤体中的无机组分反应，将无机组分中的灰分、硫分等溶解，进一步促进煤体孔隙、裂隙的发育，增加煤层的透气性，实现增透促抽的目的，可有效特高煤炭的质量，并可实现增加煤层水分、有效降低了开采过程中煤尘的产生量，降低了煤尘职工的身体健康的危害

综上所示，本发明原理科学，设计巧妙，实现一举多得的效果，为煤层的增透促抽、注水减尘、提升煤质、保护环境等提供新方法、新途径，在液态二氧化碳相变致裂的基础上，协同向钻孔内注入侵蚀性液体，在强化提高煤层透气性的同时，可实现原位降低原煤无机组分、提高煤质的效果，实现一举多得的目的。

附图说明

图1是本发明一种侵蚀性液体协同液态二氧化碳增透促抽装备的结构示意图。

图2是煤层的结构示意图。

如图所示：1、煤层，2、措施孔，3、爆破管，4、抽采孔，5、抽采管，6、注浆管，7、注浆泵，8、抽采系统，9、液态二氧化碳，10、第一封孔袋，11、第二封孔袋，12、封孔水体，13、第一单向阀，14、第二单向阀，15、抽采阀，16、液态二氧化碳爆破引线，17、侵蚀性液体。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。

附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

实施例

结合附图，一种侵蚀性液体协同液态二氧化碳增透促抽装备，包括安装于煤层1的措施孔2内的爆破管3、安装于煤层1的抽采孔4内的抽采管5，还包括注浆管6，所述注浆管6上设置有注浆泵7，所述抽采管5位于煤层1外的端部连接设置有抽采系统8，所述爆破管3内有液态二氧化碳9，所述爆破管3靠近煤层1外的端部上套设有第一封孔袋10和第二封孔袋11，所述第一封孔袋10和第二封孔袋11之间设置有封孔水体12，所述注浆管6上设置有第一单向阀13，所述第一封孔袋10上设置有第二单向阀14。

作为本实施例的较佳实施方案，所述抽采管5上设置有抽采阀15。

作为本实施例的较佳实施方案，所述的爆破管3内设置有液态二氧化碳爆破引线16。

所述爆破管3与煤层1之间充满侵蚀性液体17。

一种侵蚀性液体协同液态二氧化碳增透促抽方法，包括以下步骤：

1)向煤层施工顺层钻孔，采用三花眼或五花眼布孔方式进行布孔；所有施工钻孔间隔布置瓦斯抽采孔和措施孔；

2)所有钻孔施工完毕后进行两堵一注封孔，确保封孔严密，并将抽采孔及时连接抽采系统，及时带抽；

3)将充满液态二氧化碳的爆破管通过注浆管送入已封孔的措施孔内，并连接好爆破引线；爆破管采用间隔布置的方式串联，即一根充满液态二氧化碳的爆破管串联一根常规钻杆依次连接，直至钻孔的孔底，且在距孔口20m范围内均为常规钻杆，不设置爆破管，以确保爆破安全；

4)将注液专用封孔器送入措施孔中，按照两堵一注方式进行封孔，然后将专用封孔器送入抽采管，连接注浆泵和注浆管，打开阀门第一单向阀对第一封孔袋和第二封孔袋两个封孔袋进行加压，压力不小于5MPa，确保两个封孔袋充分膨胀，将专用封孔器密封严密；当注浆泵压力达到5MPa以上时，第一封孔袋封孔袋上的第二单向阀打开，向第一封孔袋、第二封孔袋间的空间注浆，直至8MPa时停止注浆；

5)措施孔封孔后通过管路系统连接气动泵，通过气动泵将侵蚀性液体注入钻孔，且注入压力不低于3MPa，保证钻孔内充满侵蚀性液体；侵蚀性液体为水与盐酸的混合物，水与盐酸的体积配比为10:1，酸性较弱，对气动泵腐蚀性较小，确保设备安全；

6)侵蚀性液体在井下作业现场进行配比，并存储在储液罐中，储液罐内外部均涂有防腐蚀涂层，保证罐体不会被腐蚀；通过PVE管路连接气动泵和储液罐、措施孔和气动泵，确保管路不被腐蚀；

7)钻孔内注入侵蚀性液体结束后，立即对液态二氧化碳爆破管后方引线通电，瞬间加热爆破管内的液态二氧化碳，由液态相变为气态，产生巨大的压力；相变产生的压力将钻孔内的侵蚀性液体压入煤体内部，压裂煤体，并侵蚀煤体内的无机组分，进一步增加煤层透气性，强化致裂增透效果；

8)当液态二氧化碳措施10min后，打开封孔器上的卸压阀门，将封孔器中的封孔液放出，并将封孔器取出，以备下次封孔再用；

9)等钻孔内的侵蚀性液体完全放出后，将措施孔连接抽采系统，进行瓦斯抽采。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。