[发明专利]一种液氮与高温氮气冻融循环增加煤体透气性的方法

说明书

本发明公开了一种液氮与高温氮气冻融循环增加煤体透气性的方法，在工作面巷道内施工瓦斯抽采钻孔；通过磁化水注入管向瓦斯抽采钻孔内注入磁化水，然后磁化水向瓦斯抽采钻孔周围的煤体内渗流；液氮罐内的液氮向瓦斯抽采钻孔内注满液氮；液氮冻结渗入煤体内的磁化水，并且气化转变为氮气，使瓦斯抽采钻孔内压力升高；瓦斯抽采钻孔内已气化的氮气进入氮气加热罐内被收集；氮气加热罐对其内部收集的氮气进行加热，使高温氮气注入瓦斯抽采钻孔内，使高温氮气对冻结的煤体进行融化致裂；最后重复上述煤体冻结与煤体融化的步骤。本发明先使煤体冻结然后使冻结煤体与高温氮气接触形成温差效应，进行煤体致裂过程，能有效提高对煤体的增透范围。

技术领域

本发明涉及一种采用氮气增加煤体透气性的方法，具体是一种液氮与高温氮气冻融循环增加煤体透气性的方法。

背景技术

我国煤层的构造复杂，渗透率普遍较低，许多高瓦斯煤体均属于低透气性煤体。同时随着煤矿开采深度的逐步加大，应力的增高，进一步降低了煤体的透气性。在透气性差的矿井进行未卸压煤体瓦斯预抽效果往往都不理想，增加煤体透气性显得尤为重要。目前，我国增加煤体透气性过程中主要采用水力化措施，如水力压裂、水力切割。采用水力化增透措施时，煤体被水浸泡后易泥化，从而造成堵塞瓦斯流动通道，并且受到水的表面张力限制其增透范围有限；另外在进行水力化增透措施时，煤体起裂压力要求至少为25 MPa，因此在高压水作用下极易诱导煤与瓦斯突出，给煤矿高效生产带来严重的安全隐患。

申请号为201210056438.2的中国专利公开了一种注温度和压力耦合作用下的氮气增透抽采瓦斯的方法，该方法对增透孔注入温度和压力耦合作用下的氮气，通过温度和压力耦合作用下氮气的耦合作用，对煤体进行增透，具体原理为氮气压开煤体小尺度裂隙，使煤体中原始闭合裂隙展开裂隙进一步扩展，增透后气体会通过裂隙通道排出煤体，该方法虽然不会堵塞瓦斯流动通道，但是在增加煤体透气性的过程中，氮气需要很长的蓄热时间后才能导致煤体破裂而增透，另外其也存在注气时间长、增透范围有限的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种液氮与高温氮气冻融循环增加煤体透气性的方法，先使煤体冻结然后使冻结煤体与高温氮气接触形成温差效应，进行煤体致裂过程，从而不仅大大缩短氮气的蓄热时间并减少注气时间，同时有效提高对煤体的增透范围。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种液氮与高温氮气冻融循环增加煤体透气性的方法，采用的氮气增透装置包括液氮罐、液氮量观测仪、第一液氮输送绝热管、第一氮气回流管、液氮缓冲罐、第二液氮输送绝热管、第二控制阀、封孔管连接装置、氮气加热罐、第三控制阀、第二氮气回流管、高温氮气注入管、第四控制阀、三通阀、回流口连接管、磁化水注入管和第五控制阀，液氮量观测仪固定在液氮罐上，液氮罐的出口通过第一液氮输送绝热管与液氮缓冲罐的进口连通，液氮缓冲罐的回流口通过第一氮气回流管与液氮罐的回流口连通，液氮缓冲罐的出口通过第二液氮输送绝热管及封孔管连接装置与封孔管的进口连接，所述封孔管通过封孔段固定在瓦斯抽采钻孔内，封孔管的管壁上开设有氮气回流口和磁化水注入口，磁化水注入口与磁化水注入管的一端连通，氮气回流口通过回流口连接管与三通阀其中一个端口连通，三通阀另外两个端口分别通过第二氮气回流管和高温氮气注入管与氮气加热罐的回流口和氮气加热罐的出口连通；第一液氮输送绝热管上设有第一控制阀，第二液氮输送绝热管上设有第二控制阀，第二氮气回流管上设有第三控制阀，高温氮气注入管上设有第四控制阀，磁化水注入管路上设有第五控制阀；其工作时的具体步骤为：

A、在工作面巷道内根据煤体倾向施工向下的瓦斯抽采钻孔；

B、采用高压注浆法对瓦斯抽采钻孔进行密封并设置封孔管；

C、打开第五控制阀，通过磁化水注入管及封孔管向瓦斯抽采钻孔内注入磁化水，磁化水的注入压力为2～4MPa，持续时间为1～2h，然后磁化水向瓦斯抽采钻孔周围的煤体内渗流；