CN106285605B - 一种微波液氮协同冻融煤层增透方法 - Google Patents
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Abstract
一种微波液氮协同冻融煤层增透方法，向煤层施工一个冻融钻孔，并在冻融钻孔两侧施工两个瓦斯抽采钻孔。将微波天线、同轴波导、注水管和液氮管一起送入冻融钻孔内；首先，打开注水泵，向冻融钻孔内注水；然后，打开液氮泵，向冻融钻孔内注液氮，将孔内水冻结为冰，致裂煤层；最后，打开微波发生器，产生的微波通过矩形波导、波导转换器、同轴波导到达微波天线并由微波天线向冻融钻孔辐射，使孔内的冰快速消融并气化，高温高压水蒸气继续致裂煤层，瓦斯在高温下不断解吸并沿着煤中裂隙涌向瓦斯抽采钻孔。本发明将微波辐射与液氮冻融相结合，大大提高了煤层孔隙率、渗透率，促进了瓦斯解吸，从而大幅度提高了瓦斯抽采效果，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波液氮协同冻融煤层增透方法，属于煤矿井下增透相关技术领域，尤其适用于松软高瓦斯煤层。
背景技术
煤中瓦斯是既是煤矿井下危险源之一，又是一种清洁能源，瓦斯的井下抽采能够有效消除瓦斯事故威胁并加以开发利用，然而，我国煤层具有高吸附、微孔隙、低渗透的特点，瓦斯抽采困难，瓦斯事故频发。国内外开发了很多煤层增透措施，如：水力压裂、水力割缝、水力冲孔、控制***等，近年来，利用水力相变的煤层冻融致裂技术逐渐发展，然而，冻结煤层势必会降低煤层温度，严重抑制了瓦斯解吸，同时，常规冻融技术中的冰常温融化较慢，煤中的残余水分还会引发水锁效应，堵塞瓦斯运移通道，这些都不利于瓦斯抽采。因此，亟需研究一种新型技术，能够解决煤层冻融的技术瓶颈。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中存在的不足之处，提供一种方法简单、能够大幅提高瓦斯抽采效率的微波液氮协同冻融煤层增透方法。
技术方案：本发明的微波液氮协同冻融煤层增透方法，包括以下步骤：
a、在巷道内向煤层施工一个冻融钻孔，并在冻融钻孔两侧施工两个瓦斯抽采钻孔，冻融钻孔和瓦斯抽采钻孔的两端分别位于顶板和底板内；
b、向瓦斯抽采钻孔内送入抽采管，向冻融钻孔内送入注水管、液氮管和连有微波天线的同轴波导，之后利用封孔器对冻融钻孔和瓦斯抽采钻孔进行密封；
c、将同轴波导的外端部连接到波导转换器上，波导转换器经矩形波导与微波发生器相连接；将注水管的外端部与注水泵相连接，注水泵经管线与水箱连接；将液氮管的外端部与液氮泵相连接，液氮泵经管线与液氮罐连接；
d、管路连接完成后，打开注水泵，向冻融钻孔内注水，当注水泵压力开始上升时关闭注水泵，停止注水；
e、打开液氮泵，向冻融钻孔内注液氮，将注入孔内水冻结为冰，致裂煤层；
f、打开微波发生器，产生的微波通过矩形波导、波导转换器、同轴波导到达微波天线并由微波天线向冻融钻孔内辐射，使孔内的冰快速消融并气化，所产生的高温高压水蒸气继续致裂煤层，瓦斯在高温下不断解吸并沿着煤中裂隙涌向瓦斯抽采钻孔；
g、重复步骤e～f，将瓦斯抽采管与井下瓦斯管网连接，进行瓦斯抽采。
所述的微波发生器的工作频率为2.45GHz，功率为2kW。
所述的冻融钻孔与瓦斯抽采钻孔的距离为3.5-4.5m。
有益效果：本发明将微波辐射与煤层冻融相结合，在煤层冻结致裂后，利用微波辐射加热煤层，使冰迅速消融并气化，高温高压水蒸气继续致裂煤层，瓦斯在高温下不断解吸，本发明消除了水锁效应，大大提高了煤层孔隙率、渗透率，促进了瓦斯解吸，从而大幅度提高了瓦斯抽采效果，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的微波液氮协同冻融煤层增透方法布置示意图。
图中：1-煤层，2-冻融钻孔，3-瓦斯抽采钻孔，4-顶板，5-底板，6-抽采管，7-微波天线，8-同轴波导，9-注水管，10-液氮管，11-封孔器，12-波导转换器，13-矩形波导，14-微波发生器，15-注水泵，16-水箱，17-液氮泵，18-液氮罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如图1所示，本发明的微波液氮协同冻融煤层增透方法，包括以下步骤：
首先，在巷道内向煤层1施工一个冻融钻孔2，并在冻融钻孔2两侧3.5-4.5m处施工两个瓦斯抽采钻孔3，冻融钻孔2和瓦斯抽采钻孔3的两端分别位于顶板4和底板5内。将抽采管6一端送入瓦斯抽采钻孔3，将微波天线7与同轴波导8连接，并将微波天线7、同轴波导8、注水管9和液氮管10一起送入冻融钻孔2内，利用封孔器11对冻融钻孔2和瓦斯抽采钻孔3进行密封。同时，将同轴波导8的外端部连接波导转换器12，波导转换器12与矩形波导13连接，矩形波导13与微波发生器14连接，其中，微波发生器10的工作频率为2.45GHz，功率为2kW。另外，将注水管9的外端部连接注水泵15，注水泵15与水箱16连接。然后，将液氮管10的外端部连接液氮泵17，液氮泵17与液氮罐18连接。管路连接完成后，打开注水泵15，向冻融钻孔2内注水，当注水泵15压力开始上升时关闭注水泵15，停止注水。此时，打开液氮泵17，向冻融钻孔2内注液氮，将孔内水冻结为冰，致裂煤层1，之后，打开微波发生器14，微波发生器14所产生的微波通过矩形波导13、波导转换器12、同轴波导8到达微波天线7并由微波天线7向冻融钻孔2辐射，使孔内的冰快速消融并气化，高温高压水蒸气继续致裂煤层1，瓦斯在高温下不断解吸并沿着煤中裂隙涌向瓦斯抽采钻孔3，将瓦斯抽采管6与井下瓦斯管网连接，进行瓦斯抽采。
Claims (1)
1.一种微波液氮协同冻融煤层增透方法，其特征在于，将微波辐射与煤层冻融相结合，在煤层冻结致裂后，利用微波辐射加热煤层，使冰迅速消融并气化，高温高压水蒸气继续致裂煤层，瓦斯在高温下不断解吸，消除了水锁效应，提高了煤层孔隙率、渗透率，促进了瓦斯解吸，从而提高了瓦斯抽采率，具体步骤如下：
a、在巷道内向煤层（1）施工一个冻融钻孔（2），并在冻融钻孔（2）两侧3.5-4.5m处施工两个瓦斯抽采钻孔（3），冻融钻孔（2）和瓦斯抽采钻孔（3）的两端分别位于顶板（4）和底板（5）内；
b、向瓦斯抽采钻孔（3）内送入抽采管（6），向冻融钻孔（2）内送入注水管（9）、液氮管（10）和连有微波天线（7）的同轴波导（8），之后利用封孔器（11）对冻融钻孔（2）和瓦斯抽采钻孔（3）进行密封；
c、将同轴波导（8）的外端部连接到波导转换器（12）上，波导转换器（12）经矩形波导（13）与微波发生器（14）相连接；将注水管（9）的外端部与注水泵（15）相连接，注水泵（15）经管线与水箱（16）连接；将液氮管（10）的外端部与液氮泵（17）相连接，液氮泵（17）经管线与液氮罐（18）连接；所述的微波发生器（14）的工作频率为2.45 GHz，功率为2 kW;
d、管路连接完成后，打开注水泵（15），向冻融钻孔（2）内注水，当注水泵（15）压力开始上升时关闭注水泵（15），停止注水；
e、打开液氮泵（17），向冻融钻孔（2）内注液氮，将注入孔内水冻结为冰，致裂煤层（1）；
f、打开微波发生器（14），微波发生器（14）所产生的微波通过矩形波导（13）、波导转换器（12）、同轴波导（8）到达微波天线（7）并由微波天线（7）向冻融钻孔（2）内辐射，使孔内的冰快速消融并气化，所产生的高温高压水蒸气继续致裂煤层（1），瓦斯在高温下不断解吸并沿着煤中裂隙涌向瓦斯抽采钻孔（3）；
g、重复步骤e~f，将瓦斯抽采管（6）与井下瓦斯管网连接，进行瓦斯抽采。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lin Baiquan Inventor after: Li He Inventor after: Hong Yidu Inventor after: Yang Wei Inventor after: Liu Tong Inventor after: Wang Rui Inventor after: Huang Zhanbo Inventor before: Li He Inventor before: Lin Baiquan Inventor before: Hong Yidu Inventor before: Yang Wei Inventor before: Liu Tong Inventor before: Wang Rui Inventor before: Huang Zhanbo |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |