本发明属于低渗透煤层的增透技术领域，尤其涉及一种电脉冲协同液氮冻融增透煤层的装置及方法。
背景技术：
我国地质条件复杂，多属于低渗透瓦斯煤层，随着开采深度和开采规模的增大，地应力、瓦斯含量及瓦斯压力的增高，煤层赋存条件及开采环境恶劣势必影响煤矿安全生产。如何快速、高效、高产的抽采瓦斯，成为能源开发和利用的关键。现如今国内外的增透方式也进行着革命，水力压裂增透、深孔爆破、密集钻孔或是不能满足现在低渗透煤层的要求，或是存在一定的缺陷，例如水力压裂形成的裂缝少，且浪费水资源；深孔爆破对钻孔工艺要求高，污染性大；密集钻孔增透工艺复杂。现如今的液氮冻融增透简洁方便，且增透效果极佳，但液氮需要煤储层饱水，如何使煤储层更有效的储存水，成为液氨冻融增透的难点。本发明使用电脉冲技术，首先对煤储层进行初步致裂，使水能够进入到更深的煤层中，再注入液氮，进行液氮增透。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种可使煤层裂隙增多、提高液氮冻融效果、可循环作业、增透效果佳的电脉冲协同液氮冻融增透煤层的装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：电脉冲协同液氮冻融增透煤层的装置，包括脉冲放电反应器、电缆、高压脉冲发生器、高压注水管、封孔装置、注氮管、水源、高压水泵、液氮泵和液氮源；
高压注水管、电缆和注氮管伸入到冻融钻孔内，封孔装置设置在冻融钻孔的孔口处将高压注水管、电缆和注氮管的外部进行密封，脉冲放电反应器通过连接架固定设置在高压注水管的出口端，电缆在冻融钻孔内部的一端与脉冲放电反应器连接，电缆在冻融钻孔外部的一端与高压脉冲发生器连接，高压注水管的进口端与水源连接，高压水泵设置在高压注水管上并邻近水源，注氮管的进口端与液氮源连接，液氮泵设置在注氮管上并邻近液氮源。
高压注水管上设置有注水阀和压力表，注氮管上设置有注氮阀，注水阀、压力表和注氮阀均位于在冻融钻孔外部。
在封孔装置的外部到高压注水管的出口端之间，电缆沿高压注水管的外壁设置并通过防水胶布粘接，电缆与脉冲放电反应器的连接处绝缘密封。
电脉冲协同液氮冻融增透煤层的装置进行冻融增透煤层的方法，包括以下步骤：
（1）、选择施工地点的煤层，向煤层施工钻出一个冻融钻孔；
（2）、将脉冲放电反应器通过连接架装在高压注水管的一端，将电缆一端与脉冲放电反应器连接，然后将电缆沿高压注水管的长度方向使用防水胶布固定到高压注水管上，将高压注水管装有脉冲放电反应器的一端和注氮管的一端一起送入冻融钻孔中，将电缆另一端与外面的高压脉冲发生器连接，将高压注水管、高压水泵和水源连接，并在高压注水管上安装注水阀和压力表，将注氮管、液氮泵和液氮源相连，在液氮罐上安装注氮阀，最后采用封孔装置在冻融钻孔的孔口处进行封孔；
（3）、开启注水阀，启动高压水泵，高压水泵将水由高压注水管向冻融钻孔内注水，当压力表显示压力达到5-10mpa停止注水，关闭高压水泵和注水阀；
（4）、开启高压脉冲发生器的电源，对脉冲放电反应器进行充电，电压达到30-350kv时，脉冲放电反应器开始放电，在冻融钻孔内水电之间产生液电效应，发出冲击波，冲击波对煤层进行破坏，形成裂隙网，放电40-60次后关闭高压脉冲发生器；
（5）、开启注氮阀，启动液氮泵，液氮泵将液氮由注氮管向冻融钻孔内注入液氮，使产生裂隙网的煤层形成温度梯度，低温液氮和水分接触，液氮迅速汽化，汽化的氮气体积膨胀冲击煤壁；冻融钻孔内的液氮量达到能够使煤层中的水全部冻结成冰，关闭注氮阀，停止注液氮，增透煤层；
（6）、重复步骤（3）~（5），直至达到预定的增透效果和增透范围；
（7）、将高压水泵和液氮泵移除，打开注水阀，将冻融钻孔中高压水放出，然后关闭注水阀；
（8）、将脉冲放电反应器与高压注水管移出冻融钻孔，再安装瓦斯抽采管，与外置的瓦斯抽采管网连接，进行瓦斯抽采。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
（1）在注入液氮之前，先进行电脉冲增透，对煤层进行首次致裂，进而增大了煤层的饱水率，进而提高液氮冻融范围和煤体增透效果。因此本发明对低渗透煤层的渗透性能有很大的改善。
（2）由于低温影响瓦斯的解吸，且单纯的液氮增透，升温时间慢，循环时间长。电脉冲可以在短时间内提高煤层中水的温度，对煤体的增透和瓦斯的解吸有很大的改善。
综上所述，本发明主要针对液氮冻融增透需要煤层有较多的裂隙，有利于水分充分进入，且液氮冻融后温度影响瓦斯解吸的问题。本发明设计合理、结构简单、易于操作，在首先对煤层进行注水，然后进行电脉冲冲击煤层，能够使煤层裂隙增多，提高液氮冻融效率，并进行循环作业，有利于裂隙中的冰溶化，大大改善低渗透煤层的渗透性，有助于提高瓦斯抽排的效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的电脉冲协同液氮冻融增透煤层的装置，包括脉冲放电反应器1、电缆2、高压脉冲发生器3、高压注水管4、封孔装置5、注氮管6、水源7、高压水泵8、液氮泵9和液氮源10；
高压注水管4、电缆2和注氮管6伸入到冻融钻孔11内，封孔装置5设置在冻融钻孔11的孔口处将高压注水管4、电缆2和注氮管6的外部进行密封，脉冲放电反应器1通过连接架固定设置在高压注水管4的出口端，电缆2在冻融钻孔11内部的一端与脉冲放电反应器1连接，电缆2在冻融钻孔11外部的一端与高压脉冲发生器3连接，高压注水管4的进口端与水源7连接，高压水泵8设置在高压注水管4上并邻近水源7，注氮管6的进口端与液氮源10连接，液氮泵9设置在注氮管6上并邻近液氮源10。
高压注水管4上设置有注水阀12和压力表13，注氮管6上设置有注氮阀14，注水阀12、压力表13和注氮阀14均位于在冻融钻孔11外部。
在封孔装置5的外部到高压注水管4的出口端之间，电缆2沿高压注水管4的外壁设置并通过防水胶布粘接，电缆2与脉冲放电反应器1的连接处绝缘密封。
本发明中的脉冲放电反应器1、高压脉冲发生器3、封孔装置5、高压水泵8、液氮泵9和液氮源10均为现有成熟技术，具体构造不再赘述。
电脉冲协同液氮冻融增透煤层的装置进行冻融增透煤层的方法，包括以下步骤：
（1）、选择施工地点的煤层15，向煤层15施工钻出一个冻融钻孔11；
（2）、将脉冲放电反应器1通过连接架装在高压注水管4的一端，将电缆2一端与脉冲放电反应器1连接，然后将电缆2沿高压注水管4的长度方向使用防水胶布固定到高压注水管4上，将高压注水管4装有脉冲放电反应器1的一端和注氮管6的一端一起送入冻融钻孔11中，将电缆2另一端与外面的高压脉冲发生器3连接，将高压注水管4、高压水泵8和水源7连接，并在高压注水管4上安装注水阀12和压力表13，将注氮管、液氮泵9和液氮源10相连，在液氮罐上安装注氮阀14，最后采用封孔装置5在冻融钻孔11的孔口处进行封孔；
（3）、开启注水阀12，启动高压水泵8，高压水泵8将水由高压注水管4向冻融钻孔11内注水，当压力表13显示压力达到5-10mpa停止注水，关闭高压水泵8和注水阀12；
（4）、开启高压脉冲发生器3的电源，对脉冲放电反应器1进行充电，电压达到30-350kv时，脉冲放电反应器1开始放电，在冻融钻孔11内水电之间产生液电效应，发出冲击波，冲击波对煤层15进行破坏，形成裂隙网，放电40-60次后关闭高压脉冲发生器3；
（5）、开启注氮阀14，启动液氮泵9，液氮泵9将液氮由注氮管向冻融钻孔11内注入液氮，使产生裂隙网的煤层15形成温度梯度，低温液氮和水分接触，液氮迅速汽化，汽化的氮气体积膨胀冲击煤壁；冻融钻孔11内的液氮量达到能够使煤层15中的水全部冻结成冰，关闭注氮阀14，停止注液氮，增透煤层15；
（6）、重复步骤（3）~（5），直至达到预定的增透效果和增透范围；
（7）、将高压水泵8和液氮泵9移除，打开注水阀12，将冻融钻孔11中高压水放出，然后关闭注水阀12；
（8）、将脉冲放电反应器1与高压注水管4移出冻融钻孔11，再安装瓦斯抽采管，与外置的瓦斯抽采管网连接，进行瓦斯抽采。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。