[发明专利]一种利用液氮-热气冷热循环冲击的高效增透煤体方法

权利要求书

1.一种利用液氮-热气冷热循环冲击的高效增透煤体方法，其特征在于，具体步骤为：

A、在巷道内打设至少一个穿层钻孔，该钻孔穿过岩层伸入煤层内；

B、采用水力割缝设备伸入穿层钻孔达到煤层内，以穿层钻孔为中心沿垂直于穿层钻孔的方向在煤层中等间距的割出多个圆盘形裂缝；

C、将液氮及热气输送管一端和排气管一端伸入穿层钻孔达到煤层内，然后对液氮及热气输送管和排气管与穿层钻孔岩层段进行密封；排气管另一端通过三通接头分别连接两个气体管路；两个气体管路上分别装有安全阀和截止阀门；液氮及热气输送管另一端通过三通接头分别与液氮注入管一端和热气注入管一端连接，液氮注入管另一端和热气注入管另一端分别与液氮泵站的出口和热气泵站的出口连接；液氮泵站的回流口与液氮回流管一端连接，液氮回流管另一端与液氮注入管的中部连接；在液氮注入管、液氮回流管和热气注入管均装有控制阀门；液氮注入管、热气注入管和排气管上均装有流量计压力表；处于煤层部分的排气管外表面设有温度检测装置；

D、打开截止阀门和液氮注入管上的控制阀门，然后启动液氮泵站，使液氮经过液氮注入管、液氮及热气输送管注入穿层钻孔内，并进入各个圆盘形裂缝内，液氮气化吸热使煤体温度快速降低，煤体内的水分结冰膨胀对煤体施加结冰膨胀力致裂；同时气化后的氮气体积快速膨胀对煤体施加气体膨胀力致裂，穿层钻孔内的气压快速增大，氮气经过排气管从截止阀门所处的气体管路排出穿层钻孔，从而降低穿层钻孔内的气压使液氮能持续注入；

E、液氮持续注入至截止阀门所处的气体管路有液氮流出时，停止液氮泵站工作并关闭截止阀门和液氮注入管上的控制阀门，设定安全阀的开启阈值，并打开液氮回流管上的控制阀门，液氮在穿层钻孔内持续气化膨胀，对煤体施加气体膨胀力致裂，气化后的氮气经过液氮及热气输送管、液氮注入管及液氮回流管回流入液氮泵站的回流口进行回收；若气化的氮气未及时进入液氮及热气输送管回流导致穿层钻孔内的气体压力超过安全阀的开启阈值，则安全阀自动开启使气化的氮气及时排出，压力低于阈值后自动关闭；

F、持续观察液氮注入管上的流量计压力表，待回流的氮气流量为零时，说明穿层钻孔内的气压降为常压；此时打开截止阀门和热气注入管上控制阀门，然后启动热气泵站，使热蒸气依次经过热气注入管、液氮及热气输送管注入穿层钻孔内，并进入各个圆盘形裂缝内；此时热蒸气对煤体施加气体冲击力致裂，同时使煤体温度快速升温利用温差对煤体致裂；然后热蒸气经过排气管从截止阀门所处的气体管路排出穿层钻孔，从而降低穿层钻孔内的气压使热蒸气能持续注入；温度检测装置实时监测穿层钻孔内的温度，当温度超过60℃时，关闭热气注入管上的控制阀门及停止热气泵站的工作，停止注入热蒸气，同时保持截止阀门的打开状态，使热蒸气从排气管排出，观察排气管上的流量计压力表，直至穿层钻孔内气压降为常压时，完成热蒸气的注入过程；在热蒸气注入过程中热蒸气未能及时通过截止阀门排出穿层钻孔，导致穿层钻孔内的气体压力超过安全阀的开启阈值，则安全阀自动开启使热蒸气及时排出，压力低于阈值后自动关闭，从而降低穿层钻孔内的气压使热蒸气能持续注入；

G、重复循环3～5次步骤D至F，完成该穿层钻孔的增透过程；

H、在穿层钻孔两侧向煤层打设两个瓦斯抽采钻孔、且两个瓦斯抽采钻孔均穿过各个圆盘形裂缝；最后通过两个瓦斯抽采钻孔对煤层进行瓦斯抽采；

I、完成该处的瓦斯抽采后，间隔一定距离在巷道另一位置重复步骤A至H，进行该位置的煤层增透及瓦斯抽采，如此循环，直至完成整个巷道的煤层增透及瓦斯抽采。

2.根据权利要求1所述利用液氮-热气冷热循环冲击的高效增透煤体方法，其特征在于，所述温度检测装置为热电偶或红外温度检测器。

3.根据权利要求1所述利用液氮-热气冷热循环冲击的高效增透煤体方法，其特征在于，所述安全阀的开启阈值为30MPa。