一种热冷交替破煤增透瓦斯强化抽采系统的制作方法

本实用新型涉及一种煤层增透设备，确切地说是一种热冷交替破煤增透瓦斯强化抽采系统。

背景技术：

我国煤矿井下瓦斯抽采装备方法很多，当前的对高瓦斯低透气性本煤层主要采用的增透技术有大孔径钻孔、水力冲孔、水力割缝、水力压裂、深孔爆破、化学增透等，其中水力压裂措施是常用的煤层增透手段之一，但该措施存在增产效果不甚理想、水资源污染浪费等技术问题，同时当前在对瓦斯抽采钻孔进行增透作业时，往往均是对瓦斯抽采钻孔直接进行增透作业，虽然可以满足使用需要，但一方面易导致因瓦斯抽采孔结构损坏而造成瓦斯抽采孔密封受损，导致瓦斯气泄漏，另一方面在进行增透作业时，不能直接对瓦斯气进行抽采作业，在导致瓦斯气泄漏的同时，还严重影响了瓦斯气抽采作业的工作效率，因此当前所采用的增透技术在实施中，均不同程度造成了瓦斯气的泄漏，在造成资源浪费的同时，也增加了瓦斯抽采作业的危险性，同时还降低了瓦斯抽采作业的工作效率，因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的瓦斯抽采增透系统，以满足实际使用的需要。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本新型一方面有效提高了压裂增透作业的效果和效率，另一方面有效的实现在进行增透作业的同时，可同步进行瓦斯抽采作业，并极大的降低了增透作业对瓦斯抽采孔密封结构破坏现象发生，从而达到提高了瓦斯抽采作业安全性和可靠性的目的

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

一种热冷交替破煤增透瓦斯强化抽采系统，包括瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔、承载架、行走机构、液氮储存钢瓶、氮气储存钢瓶、高压热风机、液氮增压泵、温度传感器、压力传感器、瓦斯流量计、冲压管、泄压管、瓦斯抽采管、瓦斯抽采泵及控制电路，瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔均嵌于煤层壁内，且瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔轴线与煤层壁前表面90°夹角，瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔轴线间呈0°夹角，瓦斯抽采钻孔和冲击处理钻孔的孔径为60mm—100mm，深度为50m—80m，瓦斯抽采钻孔与瓦斯抽采钻孔之间及瓦斯抽采钻孔与冲击处理钻孔之间的间距为2—5m，其中瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔中，三条瓦斯抽采钻孔和一条冲击处理钻孔构成一个抽采作业组，且抽采作业组至少两个，并均布煤层壁上，抽采作业组中的三条瓦斯抽采钻孔间呈三角形结构分布，冲击处理钻孔位于三条瓦斯抽采钻孔构成的三角形结构中，且冲击处理钻孔轴线到三条瓦斯抽采钻孔轴线间距离相同，冲压管、泄压管、瓦斯抽采管均若干条，其中瓦斯抽采管嵌于瓦斯抽采钻孔内，并与瓦斯抽采钻孔同轴分布，冲压管、泄压管中，一条冲压管和一条泄压管构成一个冲击组，冲击组嵌于冲击处理钻孔内，且每个冲击处理钻孔内均设一个冲击组，冲击组与冲击处理钻孔同轴分布，瓦斯抽采管和冲击组分别通过压力自适应囊袋与瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔前端端口连接，并由压力自适应囊袋对钻孔进行密封，温度传感器、压力传感器分别均布在各冲击组的冲压管、泄压管的外表面上，瓦斯流量计安装在各瓦斯抽采管外表面上，冲压管通过导气管分别与液氮增压泵和高压热风机相互连通，其中液氮增压泵与液氮储存钢瓶相互连通，高压热风机与氮气储存钢瓶相互连通，泄压管一端嵌于冲击处理钻孔内，另一端位于冲击处理钻孔外，且位于冲击处理钻孔外部的泄压管上设泄压阀，瓦斯抽采管与瓦斯抽采泵相互连通，液氮储存钢瓶、氮气储存钢瓶、高压热风机、液氮增压泵、瓦斯抽采泵及控制电路均通过滑轨安装在承载架上表面并与承载架滑动连接，承载架下表面与行走机构相互连接，高压热风机、液氮增压泵与导气管、液氮储存钢瓶、氮气储存钢瓶连接位置处均设控制阀，控制电路分别与行走机构、高压热风机、液氮增压泵、温度传感器、压力传感器、瓦斯流量计和瓦斯抽采泵电气连接。

进一步的，所述的液氮储存钢瓶、氮气储存钢瓶均至少一个，且当液氮储存钢瓶、氮气储存钢瓶为两个或两个以上时，各液氮储存钢瓶、氮气储存钢瓶间相互并联。

进一步的，所述的冲击组中的冲压管、泄压管间通过至少两个定位箍连接。

进一步的，所述的承载架包括底座、工作面板、升降驱动机构、转台机构、导向块及导向轨，所述的底座为横截面为矩形的框架结构，所述的工作面板通过升降驱动机构安装在底座正上方并与底座同轴分布，所述的升降驱动机构分别与底座和工作面板相互垂直分布，所述的升降驱动机构末端通过转台机构与底座相互连接，所述的导向轨安装在底座上表面并环绕转台机构轴线呈环状结构分布，所述的导向块至少两个，环绕工作面板轴线分布在工作面板下表面，且所述的导向块末端与导向轨滑动连接。

进一步的，所述的导向块包括伸缩杆、导向轮、承载弹簧，其中所述的伸缩杆轴线与工作面板下表面铰接，并呈0°—90°夹角，所述的导向轮通过轮架与伸缩杆前端连接，且导向轮嵌于导向轨内，所述的承载弹簧包覆在伸缩杆外，且所述的承载弹簧两端分别与工作面板下表面和轮架相抵。

进一步的，所述的抽采作业组所覆盖的煤层壁总面积为煤层壁面积的90%以上。

本新型结构简单灵活，运行成本低廉，一方面有效提高了压裂增透作业的效果和效率，从而极大的提高了钻孔瓦斯抽采流量、抽采效率、增加了钻孔煤层瓦斯气抽采作业有效覆盖范围，在延长了抽采周期的同时，有效达到降低瓦斯抽采成本的目的，另一方面有效的实现在进行增透作业的同时，可同步进行瓦斯抽采作业，并极大的降低了增透作业对瓦斯抽采孔密封结构破坏现象发生，达到在提高瓦斯抽采作业效率的同时，另有效的降低瓦斯气泄漏而造成资源浪费现象、环境污染及易燃易爆风险，从而达到提高了瓦斯抽采作业安全性和可靠性的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型。

图1为瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔在煤层壁表面分布结构意图；

图2为瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔在煤层壁内部侧视分布结构图示意图；

图3为本新型系统结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1、2和3所述的一种热冷交替破煤增透瓦斯强化抽采系统，包括瓦斯抽采钻孔1、冲击处理钻孔2、承载架3、行走机构4、液氮储存钢瓶5、氮气储存钢瓶6、高压热风机7、液氮增压泵8、温度传感器9、压力传感器10、瓦斯流量计11、冲压管12、泄压管13、瓦斯抽采管14、瓦斯抽采泵15及控制电路16，瓦斯抽采钻孔1、冲击处理钻孔2均嵌于煤层壁17内，且瓦斯抽采钻孔1、冲击处理钻孔2轴线与煤层壁17前表面呈90°夹角，瓦斯抽采钻孔1、冲击处理钻孔2轴线间呈0°夹角，瓦斯抽采钻孔1和冲击处理钻孔2的孔径为60mm—100mm，深度为50m—80m，瓦斯抽采钻孔1与瓦斯抽采钻孔2之间及瓦斯抽采钻孔1与冲击处理钻孔2之间的间距为2—5m，其中瓦斯抽采钻孔1、冲击处理钻孔2中，三条瓦斯抽采钻孔1和一条冲击处理钻孔2构成一个抽采作业组，且抽采作业组至少两个，并均布煤层壁17上，抽采作业组中的三条瓦斯抽采钻孔1间呈三角形结构分布，冲击处理钻孔2位于三条瓦斯抽采钻孔1构成的三角形结构中，且冲击处理钻孔2轴线到三条瓦斯抽采钻孔1轴线间距离相同。

本实施例中，所述的冲压管12、泄压管13、瓦斯抽采管14均若干条，其中瓦斯抽采管14嵌于瓦斯抽采钻孔1内，并与瓦斯抽采钻孔1同轴分布，冲压管12、泄压管13中，一条冲压管12和一条泄压管13构成一个冲击组，冲击组嵌于冲击处理钻孔2内，且每个冲击处理钻孔2内均设一个冲击组，冲击组与冲击处理钻孔2同轴分布，瓦斯抽采管14和冲击组分别通过压力自适应囊袋18与瓦斯抽采钻孔1、冲击处理钻孔2前端端口连接，并由压力自适应囊袋18对钻孔进行密封。

本实施例中，所述的温度传感器9、压力传感器10分别均布在各冲击组的冲压管12、泄压管13的外表面上，瓦斯流量计11安装在各瓦斯抽采管14外表面上，冲压管12通过导气管19分别与液氮增压泵8和高压热风机7相互连通，其中液氮增压泵8与液氮储存钢瓶5相互连通，高压热风机7与氮气储存钢瓶6相互连通，泄压管13一端嵌于冲击处理钻孔2内，另一端位于冲击处理钻孔2外，且位于冲击处理钻孔2外部的泄压管13上设泄压阀20，瓦斯抽采管14与瓦斯抽采泵15相互连通，液氮储存钢瓶5、氮气储存钢瓶6、高压热风机7、液氮增压泵8、瓦斯抽采泵15及控制电路16均通过滑轨21安装在承载架3上表面并与承载架3滑动连接，承载架3下表面与行走机构4相互连接，高压热风机7、液氮增压泵8与导气管19、液氮储存钢瓶5、氮气储存钢瓶6连接位置处均设控制阀22，控制电路16分别与行走机构4、高压热风机7、液氮增压泵8、温度传感器9、压力传感器10、瓦斯流量计11和瓦斯抽采泵15电气连接。

本实施例中，所述的液氮储存钢瓶5、氮气储存钢瓶6均至少一个，且当液氮储存钢瓶5、氮气储存钢瓶6为两个或两个以上时，各液氮储存钢瓶5、氮气储存钢瓶6间相互并联。

本实施例中，所述的冲击组中的冲压管12、泄压管13间通过至少两个定位箍23连接。

本实施例中，所述的承载架3包括底座31、工作面板32、升降驱动机构33、转台机构34、导向块35及导向轨36，所述的底座31为横截面为矩形的框架结构，所述的工作面板32通过升降驱动机构33安装在底座31正上方并与底座31同轴分布，所述的升降驱动机构33分别与底座31和工作面板32相互垂直分布，所述的升降驱动机构33末端通过转台机构34与底座31相互连接，所述的导向轨35安装在底座上表面并环绕转台机构34轴线呈环状结构分布，所述的导向块35至少两个，环绕工作面板32轴线分布在工作面板32下表面，且所述的导向块35末端与导向轨36滑动连接。

本实施例中，所述的导向块35包括伸缩杆351、导向轮352、承载弹簧353，其中所述的伸缩杆351轴线与工作面板32下表面铰接，并呈0°—90°夹角，所述的导向轮352通过轮架354与伸缩杆351前端连接，且导向轮352嵌于导向轨36内，所述的承载弹簧353包覆在伸缩杆351外，且所述的承载弹簧353两端分别与工作面板32下表面和轮架354相抵。

本实施例中，所述瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔在煤层壁双侧同时开设时，则各瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔间隔分布，相邻的瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔末端位置处设有不少于10m的压茬长度

本实施例中，所述的抽采作业组所覆盖的煤层壁总面积为煤层壁面积的90%以上。

本新型在具体实施时，首先根据瓦斯抽采作业的需要，在作业面的煤层壁侧表面上开设若干瓦斯抽采钻孔、冲击处理钻孔，并若干构成一个抽采作业组然后将瓦斯抽采管和冲击组一同通过钻孔密封设备安装到钻孔内，然后将瓦斯抽采管与瓦斯抽采泵连通，将冲击组中的冲压管通过导气管与高压热风机、液氮增压泵相互连通，最后将高压热风机、液氮增压泵分别与液氮储存钢瓶、氮气储存钢瓶相互连通，并将控制电路与各电气设备进行电气连接，完成设备组装。

在进行瓦斯抽采时，首先由高压热风机将氮气储存钢瓶内的氮气升温至200℃—300℃，增压至2—5MPa，然后通过冲压管导入到冲击处理钻孔内，在向冲击处理钻孔注入氮气同时，通过瓦斯抽采泵对冲击处理钻孔周边的三条瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采，并当瓦斯抽采钻孔内温度达到100℃和瓦斯流量下降至0.003—0.009m³/min中任意一项时，关闭高压热风机，停止向冲击处理钻孔输送高温氮气作业，并同时通过液氮增压泵将液氮储存钢瓶内的液氮增压至2—5MPa并输送到冲击处理钻孔内，对冲击处理钻孔进行降温，在向在向冲击处理钻孔注入液氮同时，过瓦斯抽采泵对冲击处理钻孔周边的三条瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采，并当瓦斯抽采钻孔内瓦斯流量下降至0.003—0.009m³/min时，关闭液氮增压泵，从而完成一个冲击增透循环，并在完成一个冲击增透循环后，再次返回冲击增透循环中的启动压热风机运行状态，从而实现在进行瓦斯抽采同时，对冲击处理钻孔进行冷热循环冲击增透作业。

其中在向冲击处理钻孔内通入高温氮气和液氮作业时，冲击处理钻孔内压力大于泄压管上泄压阀设定压力后，由泄压管对冲击处理钻孔内高温氮气进行泄压。

本发明设备结构及实施方法简单灵活，运行成本低廉，一方面有效提高了压裂增透作业的效果和效率，从而极大的提高了钻孔瓦斯抽采流量、抽采效率、增加了钻孔煤层瓦斯气抽采作业有效覆盖范围，在延长了抽采周期的同时，有效达到降低瓦斯抽采成本的目的，另一方面有效的实现在进行增透作业的同时，可同步进行瓦斯抽采作业，并极大的降低了增透作业对瓦斯抽采孔密封结构破坏现象发生，达到在提高瓦斯抽采作业效率的同时，另有效的降低瓦斯气泄漏而造成资源浪费现象、环境污染及易燃易爆风险，从而达到提高了瓦斯抽采作业安全性和可靠性的目的。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。