[发明专利]一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法

权利要求书

1.一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，其特征在于，实现该方法的装置包括水箱(18)、高压水泵(21)、激光发生器(17)、液氮雾发生器(15)以及三通阀(10)，三通阀(10)的其中一端口与处于水力压裂钻孔(2)外部的水力压裂管(9)的一端连接，水力压裂管(9)的另一端延伸至水力压裂钻孔(2)内部，并在水力压裂钻孔(2)内部的水力压裂管(9)的前部分套装若干个高吸水材料粉末袋(8)；

三通阀(10)的另外两个端口分别与第二注水管(22)的一端和外接管(11)的一端连接，第二注水管(22)的另一端与高压水泵(21)的出口连接，水箱(18)通过第一注水管(20)与高压水泵(21)的进口连接，第一注水管(20)上安装第二控制阀(19)；送入管(12)沿着外接管(11)延伸至水力压裂钻孔(2)内部，通过送入管(12)将激光头携带装置(3)、液氮雾喷头(5)送入到距离水力压裂管(9)前端1～2m处，激光头携带装置(3)的另一端通过光纤(16)与激光发生器(17)相连，液氮雾喷头(5)的另一端通过液氮雾输送管(14)与液氮雾发生器(15)相连，并将外接管(11)密封，在外接管(11)上安装第一控制阀(13)和压力表(23)；

所述方法包括如下步骤：

①在工作面巷道内根据煤体(1)倾向施工水力压裂钻孔(2)，将水力压裂管(9)送入水力压裂钻孔(2)内，采用高压注浆法对水力压裂钻孔(2)进行密封并形成封孔段(7)；

②关闭第一控制阀(13)，打开第二控制阀(19)，启动高压水泵(21)，压力为10～15MPa高压水被注入水力压裂钻孔(2)中，对煤层实施水力压裂，压裂时间为2～4h；

③关闭高压水泵(21)和第二控制阀(19)，通过送入管(12)将激光头携带装置(3)、液氮雾喷头(5)送入到距离水力压裂管(9)前端1～2m处，密封外接管(11)；

④启动激光发生器(17)和液氮雾发生器(15)，旋转送入管(12)，激光将水力压裂管(9)前部分依次切断，并将高吸水材料粉末袋(8)切割开，然后在氮气的保护气体环境中对煤体进行切割，形成缝槽(6)，形成较大区域的煤体致裂；煤体(1)中富含的水分转化为水蒸气，被水力压裂钻孔(2)内飞扬的高吸水材料粉末吸收；液氮雾在送入管(12)的旋转下喷到激光切割煤体处，对裂缝处高温煤体进行冷冲击，煤体循环受到激光热冲击和液氮雾冷冲击的作用，形成进一步的局部致裂增透，液氮雾气化产生的氮气还能驱替煤体中的瓦斯；

⑤将送入管(12)向后移动0.8～1.2m，重复步骤④，直至完成水力压裂钻孔(2)内煤体的激光切割与热驱、液氮雾的冷冲击、激光与液态液氮雾循环热冷冲击致裂，实现区域增透与局部致裂增透相结合；并利用高吸水材料粉末避免了水蒸气再次凝结堵塞煤体裂隙的“水锁”问题；

⑥关闭激光发生设备，再次密封外接管(11)，继续向水力压裂钻孔(2)内喷射液氮雾，当压力表(23)读数为2MPa时，关闭液氮雾发生设备，外接管(11)密封时间为24～48h，使氮气充分驱替煤体中的瓦斯；

⑦打开外接管(11)密封处，水力压裂钻孔(2)中联入瓦斯抽采管网，进行瓦斯抽采。

2.根据权利要求1所述的一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，其特征在于，所述水力压裂管(9)由位于后侧的铁管(9-1)和位于前侧的PVC管(9-2)组成，铁管(9-1)长度比封孔段(7)长0.5～1m，PVC管(9-2)前端距离水力压裂钻孔(2)最深处1～2m。

3.根据权利要求1或2所述的一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，其特征在于，所述高吸水材料粉末袋(8)均匀套装在PVC管(9-2)外，且每个高吸水材料粉末袋(8)的长度为1～1.2m。

4.根据权利要求1或2所述的一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，其特征在于，液氮雾喷头(5)固定在送入管(12)上，与激光头携带装置(3)的距离为0.05～0.1m。

5.根据权利要求4所述的一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，其特征在于，所述激光头携带装置(3)的头部沿周向均匀设有8个激光头(4)。

6.根据权利要求5所述的一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，其特征在于，高吸水材料粉末的粒径为200-300目。