CN114396244B - 一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法 - Google Patents
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Abstract
发明提供一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法。该方法利用水力割缝形成的多条卸压带进行分步注热，并利用蒸汽注热管前端的环式往复密封器使瓦斯向孔口方向流动，防止瓦斯在抽采范围外的区域积聚，以定向热驱瓦斯的形式，保证了瓦斯的抽采效率。该***的使用方法利用水力割缝与蒸汽注热的协同作用，从煤层高效致裂和瓦斯高效解吸两个方面着手，以分区致裂与定向热驱瓦斯的形式，有效解决了瓦斯抽采难度较大、抽采效率较低的难题。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采技术领域，特别涉及一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法。
背景技术
我国深部煤层普遍具有瓦斯压力高、含量大、渗透率低、吸附性强的特点。深部瓦斯抽采难度较大以致抽采效率较低的问题严重影响着煤矿开采的效率。
煤矿地面井瓦斯抽采工艺结合井下瓦斯抽采工艺(即井上下联合抽采)作为防治煤矿发生瓦斯灾害事故的重要措施之一，是目前应对深部高瓦斯、高地应力煤层群的有效方法。然而深部煤层群由于其层间距离不同，其抽采条件也相差较大。井上下联合抽采措施在工程中的应用效果并不理想，难以达到深部煤层群瓦斯充分解吸的目的，致使矿井突出危险性仍然存在。
因此，亟需开发一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采***，包括井上纳米流体压裂子***、井上瓦斯抽采子***、井下超高压纳米流体割缝子***、井下定向热驱子***和井下瓦斯抽采子***。
所述井上纳米流体压裂子***包括井上措施孔、压裂管柱、悬挂封隔器和纳米流体压裂车。深部矿区包括上层煤层和下层煤层。所述上层煤层上方为上覆岩层。所述上层煤层和下层煤层之间为层间岩层。所述下层煤层下方为下伏岩层。所述井上措施孔的终孔位置位于上层煤层或层间岩层中。所述压裂管柱伸入井上措施孔中。所述压裂管柱的柱身上布置有悬挂封隔器。所述压裂管柱的上端与纳米流体压裂车联通，下端依次设置有水力喷射器、筛管和引鞋。
所述井上瓦斯抽采子***包括孔口密封器、井上气渣分离器、井上瓦斯浓度检测器、井上瓦斯抽采管道阀门、井上瓦斯抽采管道。所述孔口密封器为管状体。所述孔口密封器的前端开口，并固定在井上措施孔孔口孔壁上，后端与井上气渣分离器连接。所述压裂管柱从孔口密封器的后端伸入井上措施孔中。所述井上气渣分离器与井上瓦斯抽采管道相连。所述井上气渣分离器与井上瓦斯抽采管道之间的管路上安装有井上瓦斯浓度检测器和井上瓦斯抽采管道阀门。
所述井下瓦斯抽采子***包括井下气渣分离器、井下瓦斯浓度检测器、井下瓦斯抽采管道阀门和井下瓦斯抽采管道。孔口密封器的前端开口固定在井下措施孔孔口孔壁上，后端与井下气渣分离器连接。所述井下气渣分离器与井下瓦斯抽采管道相连。所述井下气渣分离器与井下瓦斯抽采管道之间的管路上安装有井下瓦斯浓度检测器和井下瓦斯抽采管道阀门。
所述井下超高压纳米流体割缝子***包括钻头、钻机、钻杆、加压泵和纳米流体储藏罐。所述加压泵和纳米流体储藏罐之间的高压管路上设置有管道阀门。所述钻杆为中空圆管。钻机夹持钻杆尾端。钻杆从孔口密封器的后端伸入井下措施孔中。所述钻头的侧壁上设有供高压纳米流体射出的一对高压纳米流体流道。所述钻头安装在钻杆的首端。所述钻头的内腔与钻杆的内腔连通。水辫的输入端与加压泵通过高压管路连接，输出端与钻杆的尾端连接。钻机带动钻杆旋转并钻入煤岩层中。所述钻头在钻杆的旋转带动下自轴旋转。纳米流体通过加压泵和水辫进入钻杆的内腔。所述纳米流体经过内腔送入钻头。所述高压纳米流体流道形成水射流对煤岩体进行冲击。煤岩体经受水射流冲击而破碎或者由钻头研磨破碎。纳米颗粒粘附在煤岩屑表面。纳米流体携带煤岩渣返出至井下气渣分离器。
所述井下定向热驱子***包括蒸汽发生器和蒸汽注热管。所述蒸汽注热管从孔口密封器的后端伸入井下措施孔中。所述蒸汽发生器通过管道与蒸汽注热管的内腔连通。所述蒸汽发生器与蒸汽注热管之间的管道上设置有蒸汽发生器阀门。所述蒸汽注热管的首端外壁上设置有环式往复密封器和一对蒸汽喷嘴。所述蒸汽喷嘴与蒸汽注热管的内腔连通。所述环式往复密封器位于蒸汽喷嘴的前方。所述环式往复密封器可对钻孔孔壁与蒸汽注热管之间的空隙进行往复式密封。蒸汽发生器产生的热蒸汽沿蒸汽注热管和蒸汽喷嘴输送到井下措施孔中。通过热蒸汽携带的热量加热煤体。
进一步，所述蒸汽注热管的外壁上贴敷有玻璃棉保护层。
本发明还公开一种根据上述***的远距离深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法，包括以下步骤：
1)调研上层煤层和下层煤层的层位、厚度和强度参数。
2)根据地质资料和实际钻探资料确定井上下联合增透方法。
3)在上层煤层中布置井上措施孔的孔位，将依次将纳米流体压裂液喷口、压裂管柱、悬挂封隔器、纳米流体压裂车进行连接、调试。同时在井下施工井下措施孔，并将井下超高压纳米流体力割缝子***、井下瓦斯抽采子***依次进行连接、调试。
4)启动钻机，使其带动钻头进行钻孔作业，打开加压泵、管道阀门，调节加压泵压力至5-10MPa，使高压纳米流体通过钻头的高压纳米流体流道出口从钻头侧面喷出，冲击煤岩体，扩大钻孔直径，同时提高煤层导热性。钻进同时打开井下瓦斯抽采管道阀门，使瓦斯气体通过井下气渣分离器、井下瓦斯浓度检测器、井下瓦斯抽采管道阀门被抽至井下瓦斯抽采管道中。
5)当钻头穿过上覆岩层1m处时，停止钻进，关闭加压泵、管道阀门、钻机、将钻头向孔口方向退后3-5m置于上层煤层中。
6)启动纳米流体压裂车，使纳米流体压裂液从纳米流体压裂液喷口处喷出，对上层煤层进行持续压裂，同时使纳米颗粒吸附在煤层表面，提高煤层导热性。压裂的同时，打开井上瓦斯抽采管道阀门，使瓦斯通过井上气渣分离器、井上瓦斯浓度检测器、井上瓦斯抽采管道阀门进入井上瓦斯抽采管道中。
7)打开管道阀门，启动加压泵，调节加压泵压力至100-150MPa，使高压纳米流体通过钻头的高压纳米流体流道出口喷出，致裂煤岩体，同时启动钻机，使钻机带动钻头围绕轴心线旋转，对钻头所在位置的煤体进行割缝增透，同时使纳米颗粒吸附在煤层中提高煤层导热性。
8)割缝3h后，关闭加压泵、管道阀门、钻机。当井下瓦斯浓度检测器显示瓦斯浓度低于20％时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门，停止抽采瓦斯。
9)将钻头向孔口方向退后至下层煤层中，重复步骤7)和步骤8)，完成对下层煤层的超高压纳米流体割缝后，退钻。
10)将蒸汽注热管联入井下措施孔内，其前端部伸至上覆岩层后2-4m处，使一对蒸汽喷嘴位于第一条割缝卸压带处，前端的环式往复密封器对蒸汽注热管与井下措施孔之前的空隙进行密封，防治瓦斯在抽采孔内积聚，保证了解吸瓦斯的定向流动。
11)启动蒸汽发生器，打开蒸汽发生器阀门，使高压热蒸汽通过蒸汽注热管上端部的一对蒸汽喷嘴注入至临近割缝卸压带中，通过对临近的割缝卸压带加热致使煤体温度升高，吸附性瓦斯大量解吸。同时打开瓦斯抽采管道阀门，使瓦斯气体通过井下气渣分离器、井下瓦斯浓度检测器、井下瓦斯抽采管道阀门被抽至井下瓦斯抽采管道中：
12)注热3h后，关闭蒸汽发生器、蒸汽发生器阀门。当井下瓦斯浓度检测器显示瓦斯浓度始终在10％以下时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门，停止抽采瓦斯。
13)将蒸汽注热管向孔口方向后退至下层煤层中，使蒸汽喷嘴位于临近的卸压带处，环式往复密封器依然保持在蒸汽喷嘴前端0.5m处进行密封，重复步骤11)，当井下瓦斯浓度检测器显示瓦斯浓度始终在10％以下时，关闭蒸汽发生器、蒸汽发生器阀门。
14)关闭纳米流体压裂车，将压裂管柱、悬挂封隔器退出井上措施孔，保持井上瓦斯抽采管道阀门与井下瓦斯抽采管道阀门始终打开，持续抽采瓦斯。
本发明还公开一种上述***的近距离深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法，包括以下步骤：
1)调研上层煤层和下层煤层的层位、厚度和强度参数。
2)根据地质资料和实际钻探资料确定井上下联合增透方法。
3)在层间岩层中部布置井上措施孔的孔位，将依次将纳米流体压裂液喷口、压裂管柱、悬挂封隔器、纳米流体压裂车进行连接、调试。同时在井下施工井下措施孔，并将井下超高压纳米流体力割缝子***、井下瓦斯抽采子***依次进行连接、调试。
4)启动钻机，使其带动钻头进行钻孔作业，打开加压泵、管道阀门，调节加压泵压力至5-10MPa，使高压纳米流体通过钻头的高压纳米流体流道出口从钻头侧面喷出，冲击煤岩体，扩大钻孔直径，同时提高煤层导热性。钻进同时打开井下瓦斯抽采管道阀门，使瓦斯气体通过井下气渣分离器、井下瓦斯浓度检测器、井下瓦斯抽采管道阀门被抽至井下瓦斯抽采管道中。
5)当钻头穿过层间岩层1m处时，停止钻进，关闭加压泵、管道阀门、钻机、将钻头向孔口方向退后3-5m置于下层煤层中。
6)启动纳米流体压裂车，使纳米流体压裂液从纳米流体压裂液喷口处喷出，对层间岩层、上层煤层及下层煤层进行持续压裂，同时使纳米颗粒吸附在煤层表面，提高煤层导热性。压裂的同时，打开井上瓦斯抽采管道阀门，使瓦斯通过井上气渣分离器、井上瓦斯浓度检测器、井上瓦斯抽采管道阀门进入井上瓦斯抽采管道中。
7)打开管道阀门，启动加压泵，调节加压泵压力至100-150MPa，使高压纳米流体通过钻头的高压纳米流体流道出口喷出，致裂煤岩体，同时启动钻机，使钻机带动钻头围绕轴心线旋转，对钻头所在位置的煤体进行水力割缝，同时使纳米颗粒吸附在煤层中提高煤层导热性。
8)割缝3h后，关闭加压泵、管道阀门、钻机。当井下瓦斯浓度检测器显示瓦斯浓度低于20％时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门，停止抽采瓦斯。
9)将蒸汽注热管联入井下措施孔内，其前端部伸至上覆岩层后2-4m处，使一对蒸汽喷嘴位于第一条割缝卸压带处，前端的环式往复密封器对蒸汽注热管与井下措施孔之前的空隙进行密封，防治瓦斯在抽采孔内积聚，保证了解吸瓦斯的定向流动。
10)启动蒸汽发生器，打开蒸汽发生器阀门，使高压热蒸汽通过蒸汽注热管上端部的一对蒸汽喷嘴注入至临近割缝卸压带中，通过对临近的割缝卸压带加热致使煤体温度升高，吸附性瓦斯大量解吸。同时打开瓦斯抽采管道阀门，使瓦斯气体通过井下气渣分离器、井下瓦斯浓度检测器、井下瓦斯抽采管道阀门被抽至井下瓦斯抽采管道中：
11)注热3h后，关闭蒸汽发生器、蒸汽发生器阀门。当井下瓦斯浓度检测器显示瓦斯浓度始终在10％以下时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门，停止抽采瓦斯。
12)关闭纳米流体压裂车，将压裂管柱、悬挂封隔器退出井上措施孔，保持井上瓦斯抽采管道阀门与井下瓦斯抽采管道阀门始终打开，持续抽采瓦斯。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：针对深部煤层瓦斯难以抽采、煤层群难以协同消突等问题，将井上与井下煤层增透方法进行有机结合，提出一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采***及方法，实现了对深部煤层群的立体化多源抽采快速消突。该***通过将水力化增透措施与蒸汽注热进行高效配合，同时利用井上、井下的有机结合，实现了深部煤层群高效增透与快速消突。该方法基于近距离煤层群与远距离煤层群各自的特点，提出了适用于不同煤层群的***使用方法，即近距离煤层群“压中间、割一层”与远距离煤层群“压上层、割两层”，在快速多源抽采的基础上节省了施工成本。本发明提出的一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采***及方法科学高效地将井上措施与井下措施进行结合，实现了对深部煤层群的快速消突，为我国深部煤层群瓦斯问题的解决提供了思路。
附图说明
图1为远距离煤层群井上下联合增透瓦斯抽采示意图；
图2为近距离煤层群井上下联合增透瓦斯抽采示意图。
图中：上层煤层1、下层煤层2、上覆岩层Ⅰ3、层间岩层Ⅱ30、下伏岩层Ⅲ300、井上措施孔4、井下措施孔5、压裂管柱6、悬挂封隔器7、纳米流体压裂车8、纳米流体压裂液喷口9、钻头10、高压纳米流体流道10-1、钻机11、钻杆12、井下气渣分离器13、井下瓦斯浓度检测器14、井下瓦斯抽采管道阀门15、井下瓦斯抽采管道16、加压泵17、管道阀门18、纳米流体储藏罐19、蒸汽发生器阀门20、蒸汽发生器21、蒸汽注热管22、环式往复密封器22-1、蒸汽喷嘴22-2、井上气渣分离器23、井上瓦斯浓度检测器24、井上瓦斯抽采管道阀门25、井上瓦斯抽采管道26。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例提供一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采***，包括井上纳米流体压裂子***、井上瓦斯抽采子***、井下超高压纳米流体割缝子***、井下定向热驱子***和井下瓦斯抽采子***。
所述井上纳米流体压裂子***包括井上措施孔4、压裂管柱6、悬挂封隔器7和纳米流体压裂车8。深部矿区包括上层煤层1和下层煤层2。所述上层煤层1上方为上覆岩层3。所述上层煤层1和下层煤层2之间为层间岩层30。所述下层煤层2下方为下伏岩层300。所述井上措施孔4的终孔位置位于上层煤层1或层间岩层30中。所述压裂管柱6伸入井上措施孔4中。所述压裂管柱6的柱身上布置有悬挂封隔器7。所述压裂管柱6的上端与纳米流体压裂车8联通，下端依次设置有水力喷射器9、筛管和引鞋。
所述井上瓦斯抽采子***包括孔口密封器、井上气渣分离器23、井上瓦斯浓度检测器24、井上瓦斯抽采管道阀门25、井上瓦斯抽采管道26。所述孔口密封器为管状体。所述孔口密封器的前端开口，并固定在井上措施孔4孔口孔壁上，后端与井上气渣分离器23连接。所述压裂管柱6从孔口密封器的后端伸入井上措施孔4中。所述井上气渣分离器23与井上瓦斯抽采管道26相连。所述井上气渣分离器23与井上瓦斯抽采管道26之间的管路上安装有井上瓦斯浓度检测器24和井上瓦斯抽采管道阀门25。
所述井下瓦斯抽采子***包括井下气渣分离器13、井下瓦斯浓度检测器14、井下瓦斯抽采管道阀门15和井下瓦斯抽采管道16。孔口密封器的前端开口固定在井下措施孔5孔口孔壁上，后端与井下气渣分离器13连接。所述井下气渣分离器13与井下瓦斯抽采管道16相连。所述井下气渣分离器13与井下瓦斯抽采管道16之间的管路上安装有井下瓦斯浓度检测器14和井下瓦斯抽采管道阀门15。
所述井下超高压纳米流体割缝子***包括钻头10、钻机11、钻杆12、加压泵17和纳米流体储藏罐19。所述加压泵17和纳米流体储藏罐19之间的高压管路上设置有管道阀门18。所述钻杆12为中空圆管。钻机11夹持钻杆12尾端。钻杆12从孔口密封器的后端伸入井下措施孔5中。所述钻头10的侧壁上设有供高压纳米流体射出的一对高压纳米流体流道10-1。所述钻头10安装在钻杆12的首端。所述钻头10的内腔与钻杆12的内腔连通。水辫的输入端与加压泵17通过高压管路连接，输出端与钻杆12的尾端连接。钻机11带动钻杆12旋转并钻入煤岩层中。所述钻头10在钻杆12的旋转带动下自轴旋转。纳米流体通过加压泵17和水辫进入钻杆12的内腔。所述纳米流体经过内腔送入钻头10。所述高压纳米流体流道10-1形成水射流对煤岩体进行冲击。煤岩体经受水射流冲击而破碎或者由钻头10研磨破碎。纳米颗粒粘附在煤岩屑表面。纳米流体携带煤岩渣返出至井下气渣分离器13。
所述井下定向热驱子***包括蒸汽发生器21和蒸汽注热管22。所述蒸汽注热管22的外壁上贴敷有玻璃棉保护层。所述蒸汽注热管22从孔口密封器的后端伸入井下措施孔5中。所述蒸汽发生器21通过管道与蒸汽注热管22的内腔连通。所述蒸汽发生器21与蒸汽注热管22之间的管道上设置有蒸汽发生器阀门20。所述蒸汽注热管22的首端外壁上设置有环式往复密封器22-1和一对蒸汽喷嘴22-2。所述蒸汽喷嘴22-2与蒸汽注热管22的内腔连通。所述环式往复密封器22-1位于蒸汽喷嘴22-2的前方。所述环式往复密封器22-1可对钻孔孔壁与蒸汽注热管22之间的空隙进行往复式密封。蒸汽发生器21产生的热蒸汽沿蒸汽注热管22和蒸汽喷嘴22-2输送到井下措施孔5中。通过热蒸汽携带的热量加热煤体。
本实施例针对深部煤层群中瓦斯难以解吸，单一地面井抽采技术难以快速消突等问题，将井上地面井抽采措施与井下钻孔抽采措施进行有机结合，既保证了井上瓦斯抽采范围广的优势，又确保了井下瓦斯抽采的精确与高效。
利用水力割缝形成的多条卸压带进行分步注热，并利用蒸汽注热管前端的环式往复密封器使瓦斯向孔口方向流动，防止瓦斯在抽采范围外的区域积聚，以定向热驱瓦斯的形式，保证了瓦斯的抽采效率。将水力化增透措施与蒸汽注热措施进行有机结合，利用水力割缝与蒸汽注热的协同作用，从煤层高效致裂和瓦斯高效解吸两个方面着手，以“先致裂、后热驱”的瓦斯抽采手段，有效解决了深部煤层群瓦斯抽采难度较大、抽采效率较低的难题。利用水力割缝与蒸汽注热的协同作用，从煤层高效致裂和瓦斯高效解吸两个方面着手，以分区致裂与定向热驱瓦斯的形式，有效解决了瓦斯抽采难度较大、抽采效率较低的难题。
对于煤层导热性来说，井上及井下下组合增透***可以实现煤层导热性的大范围提升，而不是仅仅实现局部的导热性提升。对于瓦斯运移通道而言，井上措施与井下措施互为补充，会大大提升深部煤层的渗透性。
实施例2：
参见图1，本实施例提供一种根据实施例1所述***的远距离深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法，包括以下步骤：
1)调研上层煤层1和下层煤层2的层位、厚度和强度参数。
2)根据地质资料和实际钻探资料确定井上下联合增透方法。
3)在上层煤层1中布置井上措施孔4的孔位，将依次将纳米流体压裂液喷口9、压裂管柱6、悬挂封隔器7、纳米流体压裂车8进行连接、调试。同时在井下施工井下措施孔5，并将井下超高压纳米流体力割缝子***、井下瓦斯抽采子***依次进行连接、调试。
4)启动钻机11，使其带动钻头10进行钻孔作业，打开加压泵17、管道阀门18，调节加压泵17压力至5-10MPa，使高压纳米流体通过钻头10的高压纳米流体流道10-1出口从钻头侧面喷出，冲击煤岩体，扩大钻孔直径，同时提高煤层导热性。钻进同时打开井下瓦斯抽采管道阀门15，使瓦斯气体通过井下气渣分离器13、井下瓦斯浓度检测器14、井下瓦斯抽采管道阀门15被抽至井下瓦斯抽采管道16中。
5)当钻头10穿过上覆岩层31m处时，停止钻进，关闭加压泵17、管道阀门18、钻机11、将钻头10向孔口方向退后3-5m置于上层煤层1中。
6)启动纳米流体压裂车8，使纳米流体压裂液从纳米流体压裂液喷口9处喷出，对上层煤层1进行持续压裂，同时使纳米颗粒吸附在煤层表面，提高煤层导热性。压裂的同时，打开井上瓦斯抽采管道阀门25，使瓦斯通过井上气渣分离器23、井上瓦斯浓度检测器24、井上瓦斯抽采管道阀门25进入井上瓦斯抽采管道26中。
7)打开管道阀门18，启动加压泵17，调节加压泵17压力至100-150MPa，使高压纳米流体通过钻头10的高压纳米流体流道10-1出口喷出，致裂煤岩体，同时启动钻机11，使钻机11带动钻头10围绕轴心线旋转，对钻头10所在位置的煤体进行割缝增透，同时使纳米颗粒吸附在煤层中提高煤层导热性。
8)割缝3h后，关闭加压泵17、管道阀门18、钻机11。当井下瓦斯浓度检测器14显示瓦斯浓度低于20％时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门15，停止抽采瓦斯。
9)将钻头10向孔口方向退后至下层煤层2中，重复步骤7)和步骤8)，完成对下层煤层2的超高压纳米流体割缝后，退钻。
10)将蒸汽注热管22联入井下措施孔5内，其前端部伸至上覆岩层3后2-4m处，使一对蒸汽喷嘴22-2位于第一条割缝卸压带处，前端的环式往复密封器22-1对蒸汽注热管22与井下措施孔5之前的空隙进行密封，防治瓦斯在抽采孔内积聚，保证了解吸瓦斯的定向流动。
11)启动蒸汽发生器21，打开蒸汽发生器阀门20，使高压热蒸汽通过蒸汽注热管22上端部的一对蒸汽喷嘴22-2注入至临近割缝卸压带中，通过对临近的割缝卸压带加热致使煤体温度升高，吸附性瓦斯大量解吸。同时打开瓦斯抽采管道阀门15，使瓦斯气体通过井下气渣分离器13、井下瓦斯浓度检测器14、井下瓦斯抽采管道阀门15被抽至井下瓦斯抽采管道16中：
12)注热3h后，关闭蒸汽发生器21、蒸汽发生器阀门20。当井下瓦斯浓度检测器14显示瓦斯浓度始终在10％以下时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门15，停止抽采瓦斯。
13)将蒸汽注热管22向孔口方向后退至下层煤层2中，使蒸汽喷嘴22-2位于临近的卸压带处，环式往复密封器22-1依然保持在蒸汽喷嘴22-2前端0.5m处进行密封，重复步骤11)，当井下瓦斯浓度检测器14显示瓦斯浓度始终在10％以下时，关闭蒸汽发生器21、蒸汽发生器阀门20。
14)关闭纳米流体压裂车8，将压裂管柱6、悬挂封隔器7退出井上措施孔4，保持井上瓦斯抽采管道阀门25与井下瓦斯抽采管道阀门15始终打开，持续抽采瓦斯。
实施例3：
参见图2，本实施例提供一种根据实施1所述***的近距离深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法，包括以下步骤：
1)调研上层煤层1和下层煤层2的层位、厚度和强度参数。
2)根据地质资料和实际钻探资料确定井上下联合增透方法。
3)在层间岩层30中部布置井上措施孔4的孔位，将依次将纳米流体压裂液喷口9、压裂管柱6、悬挂封隔器7、纳米流体压裂车8进行连接、调试。同时在井下施工井下措施孔5，并将井下超高压纳米流体力割缝子***、井下瓦斯抽采子***依次进行连接、调试。
4)启动钻机11，使其带动钻头10进行钻孔作业，打开加压泵17、管道阀门18，调节加压泵17压力至5-10MPa，使高压纳米流体通过钻头10的高压纳米流体流道10-1出口从钻头侧面喷出，冲击煤岩体，扩大钻孔直径，同时提高煤层导热性。钻进同时打开井下瓦斯抽采管道阀门15，使瓦斯气体通过井下气渣分离器13、井下瓦斯浓度检测器14、井下瓦斯抽采管道阀门15被抽至井下瓦斯抽采管道16中。
5)当钻头10穿过层间岩层301m处时，停止钻进，关闭加压泵17、管道阀门18、钻机11、将钻头10向孔口方向退后3-5m置于下层煤层2中。
6)启动纳米流体压裂车8，使纳米流体压裂液从纳米流体压裂液喷口9处喷出，对层间岩层30、上层煤层1及下层煤层2进行持续压裂，同时使纳米颗粒吸附在煤层表面，提高煤层导热性。压裂的同时，打开井上瓦斯抽采管道阀门25，使瓦斯通过井上气渣分离器23、井上瓦斯浓度检测器24、井上瓦斯抽采管道阀门25进入井上瓦斯抽采管道26中。
7)打开管道阀门18，启动加压泵17，调节加压泵17压力至100-150MPa，使高压纳米流体通过钻头10的高压纳米流体流道10-1出口喷出，致裂煤岩体，同时启动钻机11，使钻机11带动钻头10围绕轴心线旋转，对钻头10所在位置的煤体进行水力割缝，同时使纳米颗粒吸附在煤层中提高煤层导热性。
8)割缝3h后，关闭加压泵17、管道阀门18、钻机11。当井下瓦斯浓度检测器14显示瓦斯浓度低于20％时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门15，停止抽采瓦斯。
9)将蒸汽注热管22联入井下措施孔5内，其前端部伸至上覆岩层3后2-4m处，使一对蒸汽喷嘴22-2位于第一条割缝卸压带处，前端的环式往复密封器22-1对蒸汽注热管22与井下措施孔5之前的空隙进行密封，防治瓦斯在抽采孔内积聚，保证了解吸瓦斯的定向流动。
10)启动蒸汽发生器21，打开蒸汽发生器阀门20，使高压热蒸汽通过蒸汽注热管22上端部的一对蒸汽喷嘴22-2注入至临近割缝卸压带中，通过对临近的割缝卸压带加热致使煤体温度升高，吸附性瓦斯大量解吸。同时打开瓦斯抽采管道阀门15，使瓦斯气体通过井下气渣分离器13、井下瓦斯浓度检测器14、井下瓦斯抽采管道阀门15被抽至井下瓦斯抽采管道16中：
11)注热3h后，关闭蒸汽发生器21、蒸汽发生器阀门20。当井下瓦斯浓度检测器14显示瓦斯浓度始终在10％以下时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门15，停止抽采瓦斯。
12)关闭纳米流体压裂车8，将压裂管柱6、悬挂封隔器7退出井上措施孔4，保持井上瓦斯抽采管道阀门25与井下瓦斯抽采管道阀门15始终打开，持续抽采瓦斯。
Claims (4)
1.一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采***，其特征在于：包括井上纳米流体压裂子***、井上瓦斯抽采子***、井下超高压纳米流体割缝子***、井下定向热驱子***和井下瓦斯抽采子***；
所述井上纳米流体压裂子***包括井上措施孔(4)、压裂管柱(6)、悬挂封隔器(7)和纳米流体压裂车(8)；深部矿区包括上层煤层(1)和下层煤层(2)；所述上层煤层(1)上方为上覆岩层(3)；所述上层煤层(1)和下层煤层(2)之间为层间岩层(30)；所述下层煤层(2)下方为下伏岩层(300)；所述井上措施孔(4)的终孔位置位于上层煤层(1)或层间岩层(30)中；所述压裂管柱(6)伸入井上措施孔(4)中；所述压裂管柱(6)的柱身上布置有悬挂封隔器(7)；所述压裂管柱(6)的上端与纳米流体压裂车(8)联通，下端依次设置有水力喷射器(9)、筛管和引鞋；
所述井上瓦斯抽采子***包括孔口密封器、井上气渣分离器(23)、井上瓦斯浓度检测器(24)、井上瓦斯抽采管道阀门(25)、井上瓦斯抽采管道(26)；所述孔口密封器为管状体；所述孔口密封器的前端开口，并固定在井上措施孔(4)孔口孔壁上，后端与井上气渣分离器(23)连接；所述压裂管柱(6)从孔口密封器的后端伸入井上措施孔(4)中；所述井上气渣分离器(23)与井上瓦斯抽采管道(26)相连；所述井上气渣分离器(23)与井上瓦斯抽采管道(26)之间的管路上安装有井上瓦斯浓度检测器(24)和井上瓦斯抽采管道阀门(25)；
所述井下瓦斯抽采子***包括井下气渣分离器(13)、井下瓦斯浓度检测器(14)、井下瓦斯抽采管道阀门(15)和井下瓦斯抽采管道(16)；孔口密封器的前端开口固定在井下措施孔(5)孔口孔壁上，后端与井下气渣分离器(13)连接；所述井下气渣分离器(13)与井下瓦斯抽采管道(16)相连；所述井下气渣分离器(13)与井下瓦斯抽采管道(16)之间的管路上安装有井下瓦斯浓度检测器(14)和井下瓦斯抽采管道阀门(15)；
所述井下超高压纳米流体割缝子***包括钻头(10)、钻机(11)、钻杆(12)、加压泵(17)和纳米流体储藏罐(19)；所述加压泵(17)和纳米流体储藏罐(19)之间的高压管路上设置有管道阀门(18)；所述钻杆(12)为中空圆管；钻机(11)夹持钻杆(12)尾端；钻杆(12)从孔口密封器的后端伸入井下措施孔(5)中；所述钻头(10)的侧壁上设有供高压纳米流体射出的一对高压纳米流体流道(10-1)；所述钻头(10)安装在钻杆(12)的首端；所述钻头(10)的内腔与钻杆(12)的内腔连通；水辫的输入端与加压泵(17)通过高压管路连接，输出端与钻杆(12)的尾端连接；钻机(11)带动钻杆(12)旋转并钻入煤岩层中；所述钻头(10)在钻杆(12)的旋转带动下自轴旋转；纳米流体通过加压泵(17)和水辫进入钻杆(12)的内腔；所述纳米流体经过内腔送入钻头(10)；所述高压纳米流体流道(10-1)形成水射流对煤岩体进行冲击；煤岩体经受水射流冲击而破碎或者由钻头(10)研磨破碎；纳米颗粒粘附在煤岩屑表面；纳米流体携带煤岩渣返出至井下气渣分离器(13)；
所述井下定向热驱子***包括蒸汽发生器(21)和蒸汽注热管(22)；所述蒸汽注热管(22)从孔口密封器的后端伸入井下措施孔(5)中；所述蒸汽发生器(21)通过管道与蒸汽注热管(22)的内腔连通；所述蒸汽发生器(21)与蒸汽注热管(22)之间的管道上设置有蒸汽发生器阀门(20)；所述蒸汽注热管(22)的首端外壁上设置有环式往复密封器(22-1)和一对蒸汽喷嘴(22-2)；所述蒸汽喷嘴(22-2)与蒸汽注热管(22)的内腔连通；所述环式往复密封器(22-1)位于蒸汽喷嘴(22-2)的前方；所述环式往复密封器(22-1)可对钻孔孔壁与蒸汽注热管(22)之间的空隙进行往复式密封；蒸汽发生器(21)产生的热蒸汽沿蒸汽注热管(22)和蒸汽喷嘴(22-2)输送到井下措施孔(5)中；通过热蒸汽携带的热量加热煤体。
2.根据权利要求1所述的一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采***，其特征在于：所述蒸汽注热管(22)的外壁上贴敷有玻璃棉保护层。
3.一种根据权利要求1所述***的远距离深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)调研上层煤层(1)和下层煤层(2)的层位、厚度和强度参数；
2)根据地质资料和实际钻探资料确定井上下联合增透方法；
3)在上层煤层(1)中布置井上措施孔(4)的孔位，将依次将纳米流体压裂液喷口(9)、压裂管柱(6)、悬挂封隔器(7)、纳米流体压裂车(8)进行连接、调试；同时在井下施工井下措施孔(5)，并将井下超高压纳米流体力割缝子***、井下瓦斯抽采子***依次进行连接、调试；
4)启动钻机(11)，使其带动钻头(10)进行钻孔作业，打开加压泵(17)、管道阀门(18)，调节加压泵(17)压力至5-10MPa，使高压纳米流体通过钻头(10)的高压纳米流体流道(10-1)出口从钻头侧面喷出，冲击煤岩体，扩大钻孔直径，同时提高煤层导热性；钻进同时打开井下瓦斯抽采管道阀门(15)，使瓦斯气体通过井下气渣分离器(13)、井下瓦斯浓度检测器(14)、井下瓦斯抽采管道阀门(15)被抽至井下瓦斯抽采管道(16)中；
5)当钻头(10)穿过上覆岩层(3)1m处时，停止钻进，关闭加压泵(17)、管道阀门(18)、钻机(11)、将钻头(10)向孔口方向退后3-5m置于上层煤层(1)中；
6)启动纳米流体压裂车(8)，使纳米流体压裂液从纳米流体压裂液喷口(9)处喷出，对上层煤层(1)进行持续压裂，同时使纳米颗粒吸附在煤层表面，提高煤层导热性；压裂的同时，打开井上瓦斯抽采管道阀门(25)，使瓦斯通过井上气渣分离器(23)、井上瓦斯浓度检测器(24)、井上瓦斯抽采管道阀门(25)进入井上瓦斯抽采管道(26)中；
7)打开管道阀门(18)，启动加压泵(17)，调节加压泵(17)压力至100-150MPa，使高压纳米流体通过钻头(10)的高压纳米流体流道(10-1)出口喷出，致裂煤岩体，同时启动钻机(11)，使钻机(11)带动钻头(10)围绕轴心线旋转，对钻头(10)所在位置的煤体进行割缝增透，同时使纳米颗粒吸附在煤层中提高煤层导热性；
8)割缝3h后，关闭加压泵(17)、管道阀门(18)、钻机(11)；当井下瓦斯浓度检测器(14)显示瓦斯浓度低于20％时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门(15)，停止抽采瓦斯；
9)将钻头(10)向孔口方向退后至下层煤层(2)中，重复步骤7)和步骤8)，完成对下层煤层(2)的超高压纳米流体割缝后，退钻；
10)将蒸汽注热管(22)联入井下措施孔(5)内，其前端部伸至上覆岩层(3)后2-4m处，使一对蒸汽喷嘴(22-2)位于第一条割缝卸压带处，前端的环式往复密封器(22-1)对蒸汽注热管(22)与井下措施孔(5)之前的空隙进行密封，防治瓦斯在抽采孔内积聚，保证了解吸瓦斯的定向流动；
11)启动蒸汽发生器(21)，打开蒸汽发生器阀门(20)，使高压热蒸汽通过蒸汽注热管(22)上端部的一对蒸汽喷嘴(22-2)注入至临近割缝卸压带中，通过对临近的割缝卸压带加热致使煤体温度升高，吸附性瓦斯大量解吸；同时打开瓦斯抽采管道阀门(15)，使瓦斯气体通过井下气渣分离器(13)、井下瓦斯浓度检测器(14)、井下瓦斯抽采管道阀门(15)被抽至井下瓦斯抽采管道(16)中；
12)注热3h后，关闭蒸汽发生器(21)、蒸汽发生器阀门(20)；当井下瓦斯浓度检测器(14)显示瓦斯浓度始终在10％以下时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门(15)，停止抽采瓦斯；
13)将蒸汽注热管(22)向孔口方向后退至下层煤层(2)中，使蒸汽喷嘴(22-2)位于临近的卸压带处，环式往复密封器(22-1)依然保持在蒸汽喷嘴(22-2)前端0.5m处进行密封，重复步骤11)，当井下瓦斯浓度检测器(14)显示瓦斯浓度始终在10％以下时，关闭蒸汽发生器(21)、蒸汽发生器阀门(20)；
14)关闭纳米流体压裂车(8)，将压裂管柱(6)、悬挂封隔器(7)退出井上措施孔(4)，保持井上瓦斯抽采管道阀门(25)与井下瓦斯抽采管道阀门(15)始终打开，持续抽采瓦斯；
4.一种根据权利要求1所述***的近距离深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)调研上层煤层(1)和下层煤层(2)的层位、厚度和强度参数；
2)根据地质资料和实际钻探资料确定井上下联合增透方法；
3)在层间岩层(30)中部布置井上措施孔(4)的孔位，将依次将纳米流体压裂液喷口(9)、压裂管柱(6)、悬挂封隔器(7)、纳米流体压裂车(8)进行连接、调试；同时在井下施工井下措施孔(5)，并将井下超高压纳米流体力割缝子***、井下瓦斯抽采子***依次进行连接、调试；
4)启动钻机(11)，使其带动钻头(10)进行钻孔作业，打开加压泵(17)、管道阀门(18)，调节加压泵(17)压力至5-10MPa，使高压纳米流体通过钻头(10)的高压纳米流体流道(10-1)出口从钻头侧面喷出，冲击煤岩体，扩大钻孔直径，同时提高煤层导热性；钻进同时打开井下瓦斯抽采管道阀门(15)，使瓦斯气体通过井下气渣分离器(13)、井下瓦斯浓度检测器(14)、井下瓦斯抽采管道阀门(15)被抽至井下瓦斯抽采管道(16)中；
5)当钻头(10)穿过层间岩层(30)1m处时，停止钻进，关闭加压泵(17)、管道阀门(18)、钻机(11)、将钻头(10)向孔口方向退后3-5m置于下层煤层(2)中；
6)启动纳米流体压裂车(8)，使纳米流体压裂液从纳米流体压裂液喷口(9)处喷出，对层间岩层(30)、上层煤层(1)及下层煤层(2)进行持续压裂，同时使纳米颗粒吸附在煤层表面，提高煤层导热性；压裂的同时，打开井上瓦斯抽采管道阀门(25)，使瓦斯通过井上气渣分离器(23)、井上瓦斯浓度检测器(24)、井上瓦斯抽采管道阀门(25)进入井上瓦斯抽采管道(26)中；
7)打开管道阀门(18)，启动加压泵(17)，调节加压泵(17)压力至100-150MPa，使高压纳米流体通过钻头(10)的高压纳米流体流道(10-1)出口喷出，致裂煤岩体，同时启动钻机(11)，使钻机(11)带动钻头(10)围绕轴心线旋转，对钻头(10)所在位置的煤体进行水力割缝，同时使纳米颗粒吸附在煤层中提高煤层导热性；
8)割缝3h后，关闭加压泵(17)、管道阀门(18)、钻机(11)；当井下瓦斯浓度检测器(14)显示瓦斯浓度低于20％时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门(15)，停止抽采瓦斯；
9)将蒸汽注热管(22)联入井下措施孔(5)内，其前端部伸至上覆岩层(3)后2-4m处，使一对蒸汽喷嘴(22-2)位于第一条割缝卸压带处，前端的环式往复密封器(22-1)对蒸汽注热管(22)与井下措施孔(5)之前的空隙进行密封，防治瓦斯在抽采孔内积聚，保证了解吸瓦斯的定向流动；
10)启动蒸汽发生器(21)，打开蒸汽发生器阀门(20)，使高压热蒸汽通过蒸汽注热管(22)上端部的一对蒸汽喷嘴(22-2)注入至临近割缝卸压带中，通过对临近的割缝卸压带加热致使煤体温度升高，吸附性瓦斯大量解吸；同时打开瓦斯抽采管道阀门(15)，使瓦斯气体通过井下气渣分离器(13)、井下瓦斯浓度检测器(14)、井下瓦斯抽采管道阀门(15)被抽至井下瓦斯抽采管道(16)中；
11)注热3h后，关闭蒸汽发生器(21)、蒸汽发生器阀门(20)；
当井下瓦斯浓度检测器(14)显示瓦斯浓度始终在10％以下时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门(15)，停止抽采瓦斯；
12)关闭纳米流体压裂车(8)，将压裂管柱(6)、悬挂封隔器(7)退出井上措施孔(4)，保持井上瓦斯抽采管道阀门(25)与井下瓦斯抽采管道阀门(15)始终打开，持续抽采瓦斯。
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