一种液氮冻结联合二氧化碳爆破增透装置及增透方法,包括冻结管和增透组件;增透组件安装在冻结管内侧;增透组件包括柔性气囊、激发装置和密封定位环;密封定位环套接在柔性气囊的外侧,柔性气囊设置有外延段;密封定位环的外部套接安装有端头,密封定位环将外延段固定在端头上;端头的外部与冻结管固定连接;激发装置设置在柔性气囊的内部;激发装置上安装有引火线。通过液氮冻结优化改进煤体力学性质,使其力学强度得到加强,脆性大幅提高,而后进行CO<subgt;2</subgt;相变爆破致裂煤层;对于低渗松软煤层,避免了单一爆破由于煤质松软造成的塌孔,得CO<subgt;2</subgt;爆破后能够在煤层中产生更多的裂隙,极大提高了致裂增透效果,对抽采瓦斯具有良好的促进作用。
背景技术
煤矿是我国的主要能源来源,在煤矿开采过程中,煤层的瓦斯抽采,是确保矿井安全的重要环节。然而,针对低透气性且煤质松软的煤层,由于其特殊的物理性质,如煤体破碎、渗透性低、含气量大等特点,导致瓦斯抽采效率低下,甚至可能引发瓦斯积聚和瓦斯爆炸等安全隐患。
为了克服低渗松软煤层在瓦斯抽采中的困难,科研人员一直在探索新的煤层处理方法,目前采用的煤层增透技术主要有水力压裂、水力割缝、预裂爆破、松动爆破、水力冲孔、液氮冻融致裂等。上述方法均能在一定程度提高煤层透气性,强化瓦斯抽采,但这些方法自身也存在一定的局限性。
现有的爆破技术包括预裂爆破、松动爆破、聚能爆破以及CO2相变爆破,都存在容易造成松软煤层坍塌导致的致裂效果较差的问题,松动爆破和预裂爆破技术增透煤体产生的污染较大,并容易发生局部压力过高或产生明火、在巷道瓦斯超限的情况下发生瓦斯爆炸事故,且松动爆破技术大多用于弱突出强度的硬煤层。
近年来,液氮冷冻技术由于其低耗、无污染等技术优势,不断受到关注。相比于其他非常规油气储层,煤层的非均质性强且力学属性较弱,更有利于强化液氮低温的损伤效应。因此,将液氮应用于煤层增透会获得更好的效果。但现有的液氮致裂技术主要为液氮循环冻融,液氮循环冻融使得煤的力学性质劣化,促使煤岩孔隙和裂隙发育,增加渗透率,提高瓦斯抽采率。但液氮循环冻融技术由于需要数十次循环才能达到增透效果,因此存在着成本较高,时间较长,氮气过多使得氧气浓度下降等缺点。
实现思路