[发明专利]一种低透气倾斜煤层煤与瓦斯流态化共采系统及方法

说明书

一种低透气倾斜煤层煤与瓦斯流态化共采系统及方法，系统：液氮循环疲劳致裂增透单元中液氮输送管的出口端穿过封孔塞Ⅰ后延伸到底部，瓦斯抽采管Ⅰ的入口端穿过封孔塞Ⅰ后止于顶部；水力流态化开采与瓦斯抽采单元中的高压射流器安装在封孔塞Ⅱ处，高压射流器与高压输水管的出液端连接，瓦斯抽采管Ⅱ的入口端穿过封孔塞Ⅱ后止于顶部；水力流态化运输单元包括煤体流态化运输巷道和煤体流态化运输管；采空区膏体充填单元包括膏体泵送机和充填管。方法：巷道施工；煤层钻孔施工；液氮循环疲劳致裂增透与瓦斯抽采；水力流态化开采与瓦斯抽采；水力流态化运输；采空区膏体充填。该系统及方法能高效的实现低透气倾斜煤层煤与瓦斯的流态化共采作业。

技术领域

本发明属于采煤技术领域，具体涉及一种低透气倾斜煤层煤与瓦斯流态化共采系统及方法。

背景技术

现阶段，中国煤矿的开采主要为井工开采模式，井工开采需要从地面向地下开掘出一系列的掘进巷道，其生产过程是地下作业，自然条件比较复杂。随着矿井开采深度增加的同时，煤矿地质条件的复杂程度也在增加，在深部煤炭资源的开采中，大部分煤层都不是水平的，以倾斜煤层居多，而对于倾斜煤层而言，其地质条件的复杂使得开采难度大幅增加。开采倾斜煤层时，为了能够有效处理突出煤层的瓦斯，需要开掘出辅助巷道，并钻取大量的抽采孔，这不仅会导致巷道掘进量的增加，还会导致开采成本的极大提高。

为了有效解决这些问题，同时，为了能够提高开采的安全性，一些研究人员提出了将煤层资源流态化开采的方法，即使用设备将煤层资源转化为气态、液态或气固液混态物质形式进行流态化开采，并以流态化形式高效智能传输至地表。目前，有关煤炭资源流态化开采方面的技术研究还处于预研阶段，资源流态化开采的理论与技术体系尚未建立，新理论、新技术需要不断的探索与完善，持续优化煤炭资源的开采方式。

发明内容

针对上述现有技术问题，本发明提供一种低透气倾斜煤层煤与瓦斯流态化共采方法，该系统能助于高效的实现低透气煤层煤与瓦斯的流态化共采作业，其有利于降低开采成本，并能有效提高开采过程中的安全系数；该方法操作步骤简单，实施成本低，作业过程安全系数高，能解决采用传统方式开采低透气倾斜煤层资源存在的瓦斯抽采难、巷道掘进量大、过程难于控制、资源回收率低、开采成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种低透气倾斜煤层煤与瓦斯流态化共采系统，包括开设在煤层开采条带中的钻孔一和钻孔二、分别开设在煤层开采条带上方和边界的开采巷道和轨道巷道、液氮循环疲劳致裂增透单元、水力流态化开采与瓦斯抽采单元、水力流态化运输单元以及采空区膏体充填单元；

所述液氮循环疲劳致裂增透单元包括液氮泵送机、抽气泵Ⅰ、封孔塞Ⅰ、液氮输送管和瓦斯抽采管Ⅰ；所述液氮泵送机和抽气泵Ⅰ均安装在轨道巷道中；所述封孔塞Ⅰ安装于钻孔一的顶部；所述液氮输送管和瓦斯抽采管Ⅰ均铺设在开采巷道中，液氮输送管的入口端与液氮泵送机的出口连接，其出口端穿过封孔塞Ⅰ后延伸到钻孔一的底部，瓦斯抽采管Ⅰ的出口端与抽气泵Ⅰ的抽气口连接，其入口端穿过封孔塞Ⅰ后止于钻孔一的顶部；

所述水力流态化开采与瓦斯抽采单元包括注水泵、抽气泵Ⅱ、封孔塞Ⅱ、高压射流器、高压输水管、瓦斯抽采管Ⅱ和管路升降机构；所述注水泵和抽气泵Ⅱ均安装在轨道巷道中；所述封孔塞Ⅱ安装于钻孔二的顶部；所述高压射流器由高压射流管、旋转机构和射流喷嘴及激光测距传感器和射流控制器组成；所述高压输水管和瓦斯抽采管Ⅱ 均铺设在开采巷道中，高压输水管的进液端与注水泵的出水口连接，其出液端与高压射流器的入水口连接；所述瓦斯抽采管Ⅱ的出口端与抽气泵Ⅱ的抽气口连接，其入口端穿过封孔塞Ⅱ后止于钻孔二的顶部；所述高压射流管的出液端通过封孔塞Ⅱ中心的通孔伸入到钻孔二中；所述旋转机构可转动的安装在高压射流管的出液端；所述射流喷嘴安装在旋转机构上，并通过旋转机构与高压射流管相连通；所述激光测距传感器安装在射流喷嘴旁，用于实时测量射流喷嘴到煤壁的距离信号；射流控制器安装在旋转机构中，用来根据激光测距传感器反馈的距离信号即时调整射流强度；所述管路升降机构固定连接在封孔塞Ⅱ上，并与高压输水管、高压射流管连接，用于对高压射流管进行升降控制，以实现高压射流管的出液端在钻孔二中位置的改变；