[发明专利]微波辅助预裂与高压脉冲协同的煤层弱化增透装置及方法

说明书

本发明公开的微波辅助预裂与高压脉冲协同的煤层弱化增透装置及方法，涉及煤矿瓦斯防治技术领域。该方法首先在煤层中钻孔，并将微波天线连接在同轴波导管的最内端并送入压裂钻孔；然后打开微波发生器，通过微波天线辐射钻孔；接着向钻孔中注入导电离子溶液，直至浸透煤层；最后通过可调控式电极放电，完成多次脉冲冲击。本发明中微波辐射为导电离子溶液渗入煤层提供渗流通道，导电离子溶液溶解煤中的有机小分子从而产生扩孔造缝的效应，同时通过高压电脉冲对正电极钻孔和负电极钻孔间的煤体进行多次放电击穿，使钻孔间煤体产生大量裂隙，形成可控裂隙区，达到煤层整体卸压弱化的效果，大大提高了煤层孔隙率、渗透率，促进了瓦斯解吸。

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯防治技术领域，具体涉及一种微波辅助预裂与高压脉冲协同的煤层弱化增透装置及方法。

背景技术

随着煤矿开采深度的不断增大，深部矿井的数量将成倍增加。深部矿井普遍具有微孔隙、低渗透、高吸附性的特点，导致大部分煤层瓦斯抽采困难，瓦斯灾害严重。

目前，低透气性煤层弱化增透措施主要有松动爆破、水力割缝以及高压注水致裂弱化等。其中，松动爆破、水力割缝、水力冲孔等技术存在影响范围小、施工量大且复杂等问题。煤层注水技术不能控制裂隙扩展方向，深部注水困难，弱化增透效果较差。

电脉冲致裂增透技术是提高煤层瓦斯抽采效果的有效技术措施之一。但是，现有的高压脉冲技术效果不稳定、存在能量损耗过快、脉冲电压过高，危险性较高等问题。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种新的煤层弱化增透方法，以达到煤层快速弱化、致裂、促解吸的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了微波辅助预裂与高压脉冲协同的煤层弱化增透装置及方法，在微波的辅助下，导电离子溶液能够更充分溶解煤中的有机化合物，疏通煤的孔裂隙，改善煤层的导电性，降低高压脉冲击穿场强。

根据本发明的目的提出的微波辅助预裂与高压脉冲协同的煤层弱化增透装置，包括微波发生器、微波转换器、同轴波导管、微波天线、蓄液抽气一体化装置、高压电源、蓄能电容器以及电极。

所述微波发生器与微波转换器连接，所述微波转换器与微波天线通过同轴波导管连接，所述微波天线放置于煤层压裂钻孔内；微波发生器所产生的微波依次通过微波转换器和同轴波导管到达微波天线辐射钻孔；所述同轴波导管连接微波天线的一端连接有温度传感器。

所述蓄液抽气一体化装置上连接有注液管路和抽采管，所述注液管路远离蓄液抽气一体化装置的一端伸入钻孔内且端部连接有自动注液喷头，所述注液管路上还设置有水泵。

所述高压电源与蓄能电容器电缆连接，所述蓄能电容器的正极和负极分别连接电极与静电屏蔽仪；所述电极设置于煤层压裂钻孔内，其与蓄能电容器连接的电缆上设置有放电开关和绝缘电缆护管。

优选的，所述电极为可调控式电极，包括铜棒和电极针；所述铜棒两端均设置有绝缘垫圈，铜棒外还套设有弹簧和滑块，所述滑块可沿铜棒滑动压缩弹簧，调节电极长度。

优选的，所述煤层内还设置有用于实时监测并记录煤层微震信号以及瓦斯抽采的数据信息的可视化监测处理器。

本发明另外公开的一种使用上述煤层弱化增透装置进行煤层弱化增透的方法，包括以下步骤：

步骤一：向低渗煤层施工多个压裂钻孔。

步骤二：将微波天线连接在同轴波导管前端，放入钻孔内，打开微波发生器，所产生的微波依次通过微波转换器和同轴波导管到达微波天线，并由微波天线向钻孔内进行微波辐射，温度传感器实时监测煤层温度变化。

步骤三：待发现煤层出现裂隙后，打开蓄液抽气一体化装置和水泵，蓄液抽气一体化装置中的导电离子溶液沿着注液管路流入自动注液喷头，自动注液喷头将导电离子溶液全方位、多角度注入钻孔直至浸透煤层。