[发明专利]一种液氮联合激光冷热交变抽采瓦斯系统及方法

摘要

本发明公开一种液氮联合激光冷热交变抽采瓦斯系统及方法。针对液氮致裂煤体融化时间长而影响瓦斯抽采效率的问题，基于致裂和热驱联合强化瓦斯抽采的基本思想，提出一种液氮联合激光冷热交变抽采瓦斯系统及方法。该系统能够实现钻进和煤层切割的一体化作业，显著提高施工效率；能够充分发挥致裂和热驱的协同作用，即通过先速冻煤体再急剧升温，形成巨大的温度梯度变化速率，致使煤体内产生巨大的拉剪应力梯度，从而高效地致裂煤体，而激光诱导高温作用，能够显著提高煤体的温度，降低煤层瓦斯的吸附势，促进煤层瓦斯的快速解吸，显著降低煤层中的残余瓦斯含量，从而实现提高低透气性煤层的瓦斯抽采效率和有效防治低透气性煤层瓦斯灾害的目的。

主权项

1.一种液氮联合激光冷热交变抽采瓦斯系统，其特征在于:包括液氮罐(1)、加压泵(2)、激光发生器(3)、钻机(4)、气渣分离器(5)、钻杆(6)、孔口密封器(7)、光纤(8)、钻头(9)、瓦斯抽采管道(10)、瓦斯抽采管道阀门(11)、压风管道(12)、压风管道阀门(13)、三通(14)；液氮罐(1)连接液氮管道上的加压泵(2)；所述液氮管道和压风管道(12)分别连接三通(14)的一个入口分支；所述三通(14)的出口分支通过管道与钻机(4)连接；所述压风管道(12)安装有压风管道阀门(13)；所述钻机(4)带动钻杆(6)钻进；所述钻杆(6)中空，即具有容纳光纤(8)的轴向通道；所述钻杆(6)一端连接钻头(9)；所述钻头(9)的表面镶嵌有若干激光头；所述激光发生器(3)发射激光；所述激光通过钻杆(6)内部的光纤(8)导入所述激光头；所述钻头(9)在煤层或岩层中钻进时，所述激光射向钻头(9)周围的煤体或岩体；所述压风管道(12)内的加压气体进入钻杆(6)的中空内腔，并从钻头(9)的喷射孔(9‑7)射向煤体或岩体；所述液氮罐(1)内的液氮被加压后，进入钻杆(6)的中空内腔，并从钻头(9)的喷射孔(9‑7)射向煤体；所述孔口密封器(7)为一管状体；所述孔口密封器(7)的前端开口，并固定在钻孔孔口孔壁上，后端与气渣分离器(5)连接；所述钻杆(6)可以从孔口密封器(7)的后端伸入孔口密封器(7)内部，并进入所述钻孔钻进；在气渣分离时，通过所述瓦斯抽采管道(10)抽瓦斯；所述瓦斯抽采管道(10)安装有瓦斯抽采管道阀门(11)。