[发明专利]一种液氮与高温氮气冻融循环增加煤体透气性的方法

摘要

本发明公开了一种液氮与高温氮气冻融循环增加煤体透气性的方法，在工作面巷道内施工瓦斯抽采钻孔；通过磁化水注入管向瓦斯抽采钻孔内注入磁化水，然后磁化水向瓦斯抽采钻孔周围的煤体内渗流；液氮罐内的液氮向瓦斯抽采钻孔内注满液氮；液氮冻结渗入煤体内的磁化水，并且气化转变为氮气，使瓦斯抽采钻孔内压力升高；瓦斯抽采钻孔内已气化的氮气进入氮气加热罐内被收集；氮气加热罐对其内部收集的氮气进行加热，使高温氮气注入瓦斯抽采钻孔内，使高温氮气对冻结的煤体进行融化致裂；最后重复上述煤体冻结与煤体融化的步骤。本发明先使煤体冻结然后使冻结煤体与高温氮气接触形成温差效应，进行煤体致裂过程，能有效提高对煤体的增透范围。

主权项

1.一种液氮与高温氮气冻融循环增加煤体透气性的方法，其特征在于，采用的氮气增透装置包括液氮罐（1）、液氮量观测仪（2）、第一液氮输送绝热管（3）、第一氮气回流管（6）、液氮缓冲罐（8）、第二液氮输送绝热管（9）、第二控制阀（10）、封孔管连接装置（11）、氮气加热罐（12）、第三控制阀（13）、第二氮气回流管（15）、高温氮气注入管（16）、第四控制阀（17）、三通阀（20）、回流口连接管（21）、磁化水注入管（22）和第五控制阀（23），液氮量观测仪（2）固定在液氮罐（1）上，液氮罐（1）的出口通过第一液氮输送绝热管（3）与液氮缓冲罐（8）的进口连通，液氮缓冲罐（8）的回流口通过第一氮气回流管（6）与液氮罐（1）的回流口连通，液氮缓冲罐（8）的出口通过第二液氮输送绝热管（9）及封孔管连接装置（11）与封孔管（24）的进口连接，所述封孔管（24）通过封孔段（25）固定在瓦斯抽采钻孔（26）内，封孔管（24）的管壁上开设有氮气回流口（19）和磁化水注入口，磁化水注入口与磁化水注入管（22）的一端连通，氮气回流口（19）通过回流口连接管（21）与三通阀（20）其中一个端口连通，三通阀（20）另外两个端口分别通过第二氮气回流管（15）和高温氮气注入管（16）与氮气加热罐（12）的回流口和氮气加热罐（12）的出口连通；第一液氮输送绝热管（3）上设有第一控制阀（4），第二液氮输送绝热管（9）上设有第二控制阀（10），第二氮气回流管（15）上设有第三控制阀（13），高温氮气注入管（16）上设有第四控制阀（17），磁化水注入管（22）上设有第五控制阀（23）；其工作时的具体步骤为：A、在工作面巷道内根据煤体倾向施工向下的瓦斯抽采钻孔（26）；B、采用高压注浆法对瓦斯抽采钻孔（26）进行密封并设置封孔管（24）；C、打开第五控制阀（23），通过磁化水注入管（22）及封孔管（24）向瓦斯抽采钻孔（26）内注入磁化水，磁化水的注入压力为2～4MPa，持续时间为1～2h，然后磁化水向瓦斯抽采钻孔（26）周围的煤体内渗流；D、关闭第五控制阀（23），静置6～8h，然后打开第一控制阀（4）和第二控制阀（10），液氮罐（1）内的液氮经第一液氮输送绝热管（3）、液氮缓冲罐（8）、第二液氮输送绝热管（9）、封孔管连接装置（11）及封孔管（24）向瓦斯抽采钻孔（26）内注入液氮，直至注满； E、关闭第一控制阀（4）和第二控制阀（10），静置2～3h，使瓦斯抽采钻孔（26）内形成相对封闭的空间，液氮冻结渗入煤体（27）内的磁化水，并且一部分液氮经气化转变为氮气；F、打开第三控制阀（13），使瓦斯抽采钻孔（26）内已气化的氮气经氮气回流口（19）、回流口连接管（21）、三通阀（20）及第二氮气回流管（15）进入氮气加热罐（12）内，直至瓦斯抽采钻孔（26）内的液氮完全气化后关闭第三控制阀（13）；G、氮气加热罐（12）对其内部收集的氮气进行加热，使氮气的加热温度达到60～100℃的高温氮气，然后打开第四控制阀（17），使高温氮气经高温氮气注入管（16）、三通阀（20）及封孔管（24）注入瓦斯抽采钻孔（26）内，使高温氮气与冻结后的煤体接触后形成温差效应，完成一次煤体的致裂过程；H、重复步骤D～G，对瓦斯抽采钻孔（26）实施多次液氮冻结与高温氮气融化形成的温差效应，从而对煤体完成多次致裂过程，最终达到增加煤体（27）的透气性。