[发明专利]冷热空气循环致裂煤体抽采瓦斯的方法

说明书

本发明涉及一种冷热空气循环致裂煤体抽采瓦斯的方法，属于煤矿安全领域，本发明通过将涡流管与空气加压装置相配合，使得高压空气进行冷、热分离，依据现场煤层的情况，往相邻的钻孔内注入分离后的高压冷、热空气，进而使得注入的空气与煤层间的温度形成极大的温差，从而使得煤体的抗压强度降低，力学性能变差，进而产生大量的裂隙，拓展或增加瓦斯气体在煤层内流动的路径，提高瓦斯的流动性。本发明解决了深部矿井的瓦斯灾害高效治理难题。

技术领域

本发明属于煤矿安全领域，涉及一种冷热空气循环致裂煤体抽采瓦斯的方法。

背景技术

随着浅部煤炭资源的逐渐减少甚至枯竭，地下开采的深度越来越大，越来越多的矿井将面临严峻的深部开采问题，例如：矿井高温、巷道变形剧烈、采场矿压剧烈、采场失稳加剧、岩爆与冲击地压聚增、瓦斯高度聚积、瓦斯压力增大、突水事故几率增大、突水事故趋于严重等灾害。与此同时，随着我国经济的持续繁荣发展，煤炭消费需求总量的不断增加，华东和华中地区的煤炭资源开采由浅部地层逐渐向深部地层延伸，同时煤炭资源开发战略目标早已向西部矿区转移，西部矿区经过十几年的发展，开采深度也早已超过1000m。多数深部矿井的地应力、瓦斯压力数值大，垂向应力达22～27MPa，煤层瓦斯压力达6～8MPa，瓦斯含量达20～30m³/t，渗透率仅为10-¹⁸～10^-19m²，瓦斯抽采困难，煤与瓦斯突出灾害严重。目前，针对深部矿井的瓦斯高效治理难题，已先后形成了以“水力压裂”、“水力割缝”、“CO₂相变致裂煤岩体”、“N₂或CO₂驱替”为主要构成的技术体系，并在诸多的工程实际中取得了较好的应用效果。但与此同时，以上技术也存在部分与现场工程地质条件不适应的问题。例如：1)水力压裂工艺中对水压的控制往往凭借经验选取，致使在应用的过程中易破坏煤层的顶板或底板岩层，故将对后期工作面的回采造成安全隐患；2)目前水力割缝工艺可将水压提升至100MPa以上，但在部分中硬或硬煤层的增渗改造工程中其对煤体的切割效果有限；3)CO₂相变致裂煤岩体虽可以大幅度的提高煤体的渗透特性，但由于需配置专门的液态CO₂储集装置与相变的触发机构，故实际的应用成本较高，且工艺复杂，对煤矿现场的作业人员而言较难掌握，该种问题同样也存在于N₂或CO₂驱替技术的应用中。因此，寻求某种适宜的工艺实现低渗高瓦斯或煤与瓦斯突出煤层的瓦斯灾害高效治理便成为目前我国煤矿安全技术工作者亟需解决的关键技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种冷热空气循环致裂煤体抽采瓦斯的方法，解决深部矿井的瓦斯灾害高效治理难题；通过将涡流管与空气加压装置相配合，使得高压空气进行冷、热分离，依据现场煤层的情况，往相邻的钻孔内注入分离后的高压冷、热空气，进而使得注入的空气与煤层间的温度形成极大的温差，从而使得煤体的抗压强度降低，力学性能变差，进而产生大量的裂隙，拓展或增加瓦斯气体在煤层内流动的路径，提高瓦斯的流动性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种冷热空气循环致裂煤体抽采瓦斯的方法，包括以下步骤：

S1：在煤矿井下回采工作面的运输顺槽内沿煤层的倾向方向施工三个瓦斯抽采钻孔，将PE瓦斯抽采管材分别放入三个瓦斯抽采钻孔内并进行密封；而后将带有固定楔块、活动楔块与紧固螺母的密封钢管自孔口放入瓦斯抽采钻孔内，并将聚氨酯浆液袋放入到密封钢管与瓦斯抽采钻孔内壁的环形空间内，送至靠近密封钢管与PE瓦斯抽采管材的接触处；