[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

说明书

一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，先用水力压裂对煤体进行压裂作业，然后采用激光发生器产生激光对煤体进行割缝，形成的缝槽能有效增加煤体的开裂而增加透气性，并利用高吸水材料粉末吸收水蒸气，液氮雾的喷射，能在送入管的旋转下喷到激光切割煤体处，既能温度过高引发的煤自燃隐患，还能对煤体进行冷冲击，煤体循环受到热冲击和冷冲击的作用，形成局部进一步的致裂增透；密封外接管，有助于液氮雾气化产生的氮气压裂出煤体中小裂隙。本发明不但有效解决了低透气煤层增透范围小、增透效果差的难题，还能解决水力压裂的“水锁”效应，实现区域增透与局部致裂增透相结合，提高瓦斯抽采浓度并加快低透气性煤层瓦斯抽采速率。

技术领域

本发明涉及一种瓦斯抽采方法，具体是一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，属于瓦斯抽采技术领域。

背景技术

中国工程院《国家能源发展战略2030～2050》报告提出2050年煤炭年产量控制在30亿吨，煤炭将长期作为我国的主导能源。但是，我国煤矿地质条件复杂，高瓦斯煤层占50％～70％，而高瓦斯低透气性煤层又占其中的70％左右。我国高瓦斯低透气性煤层赋存特征是微孔隙性、低渗透率和高吸附性，导致在开采过程中往往伴随着大量瓦斯涌出，特别是随着煤炭生产的高效集约化和开采深度的增加，瓦斯涌出量越来越大，瓦斯爆炸和瓦斯突出危险的威胁越来越严重。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，增加煤体透气性强化瓦斯抽采显得尤为重要。

水力压裂技术作为水力化增透措施已被煤矿广泛应用；但是水力压裂技术存在效果不稳定、卸压不充分、抽采效率低等现象，不仅费工费时、工作量大，而且危险性高、成本高，主要是因为传统的水力压裂技术裂隙扩展不充分，没有实现区域的裂隙网络化；而且，传统水力压裂技术实施后水分的存在封堵了瓦斯流动的通道，产生抑制瓦斯解吸、扩散和渗透的作用，出现“水锁”效应，导致水力压裂技术逐渐受到限制。因此，解决现有水力压裂技术缺陷，同时解除水力压裂带来的“水锁”效应，进一步提高煤层的增透效果强化瓦斯抽采成为了亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，能够有效解决低透气煤层增透范围小、增透效果差的难题，还能解决水力压裂的“水锁”效应，实现区域增透与局部致裂增透相结合，提高瓦斯抽采浓度并加快低透气性煤层瓦斯抽采速率。

为了实现上述目的，本发明提供一种水力压裂与激光割缝热驱协同强化瓦斯抽采的方法，实现该方法的装置包括水箱、高压水泵、激光发生器、液氮雾发生器以及三通阀，三通阀的其中一端口与处于水力压裂钻孔外部的水力压裂管的一端连接，水力压裂管的另一端延伸至水力压裂钻孔内部，并在水力压裂钻孔内部的水力压裂管的前部分套装若干个高吸水材料粉末袋；

三通阀的另外两个端口分别与第二注水管的一端和外接管的一端连接，第二注水管的另一端与高压水泵的出口连接，水箱通过第一注水管与高压水泵的进口连接，第一注水管上安装第二控制阀；送入管沿着外接管延伸至水力压裂钻孔内部，通过送入管将激光头携带装置、液氮雾喷头送入到距离水力压裂管前端1～2m处，激光头携带装置的另一端通过光纤与激光发生器相连，液氮雾喷头的另一端通过液氮雾输送管与液氮雾发生器相连，并将外接管密封，在外接管上安装第一控制阀和压力表；

所述方法包括如下步骤：

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

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

③关闭高压水泵和第二控制阀，并拆除水力压裂设备和三通阀，通过送入管将激光头携带装置、液氮雾喷头送入到距离水力压裂管前端1～2m处，密封外接管；