一种低透气性煤层水力相变致裂强化瓦斯抽采方法

摘要

一种低透气性煤层水力相变致裂强化瓦斯抽采方法，将常温的水通过钻孔注入煤层，注水结束后关闭阀门；然后通过制冷冻结技术对注水钻孔周围煤层进行冻结，冻结过程中煤层裂隙中的自由水逐渐由液态转化为固态，水在相变过程中体积膨胀9.1％，对煤体产生膨胀破坏，促进煤体内部裂隙的产生和扩展；冻结结束后，煤层吸收井下环境热量逐渐融解，融解过程中进一步提高煤体孔隙贯通和裂隙的扩展，增强相变致裂的效果。冻融结束后将注水孔与瓦斯抽采管路连接进行瓦斯抽采、或者在相变致裂区域向煤层实施瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采。抽采过程中，根据瓦斯抽采效果变化，可以对钻孔进行重复水力相变致裂，达到提高煤层透气性和高效抽采瓦斯的目的。

主权项

一种低透气性煤层水力相变致裂强化瓦斯抽采方法，其特征在于，包括以下步骤：a．在煤层巷道内沿顺层向煤层（1）方向布置相变致裂单元，每个相变致裂单元包括一个注水孔（2）、两个冻结孔（3）和两个测温孔(4)，实施过程如下：首先按常规技术向煤层（1）内施工孔深为80~200m的注水孔（2），然后在注水孔（2）两侧间隔距离L为5~10m位置处分别施工一个与注水孔（2）相平行的冻结孔（3），在两个冻结孔（3）与注水孔（2）之间分别施工一个测温孔（4），测温孔（4）与注水孔（2）的距离N为3m，测温孔（4）的孔径为75mm、孔深为30m；b.向注水孔（2）中送入高压注水管（5），采用胶囊封孔器（6）对注水孔（2）进行封孔，然后向测温孔（4）内送入温度传感器（7），送入深度不小于20m，之后对对测温孔（4）进行注浆封孔，封孔段（10）的长度不小于12m；分别在两个冻结孔（3）内送入冻结管（11），送入深度不小于冻结孔（3）深度的80%，之后进行注浆封孔； c.将高压注水管（5）与高压注水泵（12）连接，通过高压注水管（5）向注水孔（2）中注入压力为3‑15MPa高压水，待注水孔（2）周围煤壁出现渗水现象或注水压力突然降低时或持续注水压力无明显变化时停止注水；d.将冻结孔（3）内的冻结管（11）与井下冻结系统（14）相连接，通过冻结管（11）对煤层（1）进行冻结相变致裂，相变致裂过程中，设在两个测温孔（4）内的温度传感器（7）分别经数据线（8）将煤层（1）内的温度信号传输给数字温度显示仪（9），通过数字温度显示仪（9）实时监测两个测温孔（4）内煤层的温度，当两个测温孔（4）内煤层的温度达到‑3℃时，则判断出该相变致裂单元内的煤层已经冻结；e.完成相变致裂之后，关闭冻结系统（14），冻结后的煤层（1）逐渐吸收井下环境热量开始融解，当数字温度显示仪（9）显示两个测温孔（4）内的温度均大于3℃时，则认为相变致裂范围内冻结煤层（1）中的水全部从固态转化为液态，完成一个单元的相变致裂过程；f．将注水孔（2）与瓦斯抽采管路相连，按常规技术在相变致裂后的单元内进行瓦斯抽采； g.重复步骤a、b、c、d、e、f，进行下一单元的相变致裂和瓦斯抽采，周而复始，直至完成所有单元内的相变致裂和瓦斯抽采。