1.本发明属于煤矿井下煤层增透技术领域，具体涉及一种气液联合致裂装置及方法。
背景技术：
2.我国煤层赋存条件复杂，很多煤矿同时面临瓦斯、水、火、粉尘等灾害，其中，瓦斯问题是煤矿安全生产中最普遍、最不易解决的问题之一。目前，针对于煤矿瓦斯问题，最主要技术措施就是进行瓦斯抽采，包括煤层瓦斯预抽、采空区卸压瓦斯抽采等。由于我国大多数煤层透气性较低，从而导致瓦斯抽采效率低下，因此，为了提高煤层瓦斯抽采效率，众多专家学者研究、开发了很多煤层增透方法和技术装备，包括水力化增透技术(水力割缝、水力冲孔、水力压裂等)和相关装备、爆破增透技术(深孔预裂爆破、co2相变致裂、松动爆破等)和相关装备以及化学改性增透技术(煤层酸化、煤层增渗液等)和相关装备等。但是每个单向增透措施均存在一定程度的缺陷，例如水力压裂技术可以实现大范围煤层增透，但是压裂产生的裂隙不可控；co2相变致裂可以实现煤层致裂和驱替煤层瓦斯，但是其致裂范围有限。
技术实现要素：
3.本发明拟提出一种气液联合致裂装置，不仅能实现水力化增透技术，还能实现爆破增透技术，将两者进行结合，使得煤层的增透效果好，范围大。
4.为此，本发明所采用的技术方案为：一种气液联合致裂装置，包括端头封孔器、前端致裂管、加长连接管、后端致裂管和后接封孔器，所述前端致裂管、加长连接管、后端致裂管和后接封孔器通过螺纹相互连接的，所述端头封孔器和后接封孔器上均套有能膨胀的高压胶囊，所述前端致裂管和后端致裂管上均设置有用于喷射气体致裂介质的气体射孔和用于喷射液体致裂介质的液体射孔，所述前端致裂管上设置有用于液体压裂时的前端液体出口；
5.所述液体射孔和前端液体出口均配备有相应的堵头，当气体致裂介质从气体射孔内喷出时，此时为气体致裂状态；当用堵头堵住前端液体出口，使液体致裂介质从液体射孔喷出时，此时为液体致裂状态；当用堵头堵住液体射孔，使液体致裂介质从前端液体出口流出时，此时为液体压裂状态。
6.作为上述方案的优选，所述端头封孔器包括从前到后依次设置的锥形头、端头封孔段和端头连接段，所述端头封孔段的外侧固定套有端头高压胶囊，所述端头高压胶囊的后端配有用于使端头高压胶囊膨胀的端头高压管，所述端头连接段的后端设置有用于与前端致裂管前端连接的端头螺纹孔；
7.所述前端致裂管的前端设置有用于与端头封孔器后端连接且带有外螺纹的前端致裂连接头，所述前端致裂管上设置有供液体致裂介质通过的前端致裂孔，所述前端致裂管中部靠近前端的位置处沿直径方向设置有与前端致裂孔前端连通的前端压裂出口，所述
前端致裂管的中部沿轴线方向设置有一排与前端致裂孔连通的前端液体射孔，所述前端致裂管的后端设置有用于与加长连接管前端连接的前端致裂螺纹孔，且前端致裂孔与前端致裂螺纹孔连通，所述前端致裂管的中部还设置有供前端致裂气体管装入的前端压裂凹槽，所述前端致裂管的中部还沿轴线方向设置有一排用于致裂气体射出的前端气体射孔，且前端气体射孔与前端致裂气体管连通，所述前端气体射孔与前端液体射孔环向错位设置，所述前端致裂气体管配有能将致裂气体充入到前端致裂气体管内的前端高压管；
8.所述加长连接管的前端设置有用于与前端致裂管后端连接且带外螺纹的加长连接头，所述加长连接管的后端设置有用于与后端致裂管前端连接的加长螺纹孔，所述加长连接管内设置有供液体致裂介质通过的加长通孔；
9.所述后端致裂管的前端设置有用于与加长连接管后端连接且带有外螺纹的后端致裂连接头，所述后端致裂管上设置有供液体致裂介质通过的后端致裂通孔，所述后端致裂管的中部沿轴线方向设置有一排与后端致裂孔连通的后端液体射孔，所述后端致裂管的后端设置有用于与后接封孔器前端连接的后端致裂螺纹孔，所述后端致裂管的中部还设置有供后端致裂气体管装入的后端压裂凹槽，所述后端致裂管的中部还沿轴线方向设置有一排用于致裂气体射出的后端气体射孔，且后端气体射孔与后端致裂气体管连通，所述后端气体射孔与后端液体射孔环向错位设置，所述后端致裂气体管配有能将致裂气体充入到后端致裂气体管内的后端高压管；
10.所述后接封孔器内设置有前后延伸且供液体致裂介质通过的后接通孔，所述后接封孔器包括从前到后依次设置的封孔连接头、后接封孔段和后接连接段，所述后接封孔段的外侧固定套有后接高压胶囊，所述后接高压胶囊的后端配有用于使后接高压胶囊膨胀的后接高压管，所述后接连接段的后端设置有用于与加长连接管前端连接的后接螺纹孔。
11.进一步优选，所述前端致裂气体管和后端致裂气体管的结构相同，均包括前后设置的用于容纳气态气体的集气室和用于液体气体储存的储存室，气体射孔与集气室相通，所述集气室和储存室前后设置且通过泄能片隔开，所述储存室螺旋缠绕有加热环，所述加热环配有加热线；当加热环被加热后，会对液体的气体进行加热，使其汽化成气体，从而导致储存室内压力增大，当压力达到一定值后会冲破泄能片，使集气室和储存室连通。
12.进一步优选，所述前端压裂凹槽和后端压裂凹槽的深度均大于对应致裂管的半径，所述集气室和储存室均套装在中间支撑筒上，在中间支撑筒内设置有供液体致裂介质通过的致裂通孔，所述中间支撑筒的前后两端均通过螺纹与对应致裂管的前后两端连接。
13.进一步优选，所述前端致裂管、加长连接管、后端致裂管和后接封孔器上设置有用于供端头高压管通过的管道缺槽，每个管道缺槽均配有相应的密封盖，在每个管道缺槽上的两侧设置有密封凹槽，密封盖上与其相对应的位置处设置有密封凸起，当密封凸起，被卡入到密封凹槽内时，能将密封盖扣在管道缺槽的缺口上，从而将电线或管道固定在管道缺槽内。
14.进一步优选，所述端头封孔段和后接封孔段上设置有方便对应胶囊套装的环形凹槽。
15.进一步优选，还配备有用于与液体致裂介质管道连通的变径接头。
16.进一步优选，所述堵头伸入到对应孔内的部分设置有环形凸起，所述液体射孔和前端液体出口对应环形凸起设置有环形凹槽，当环形凸起卡在环形凹槽内时，堵头卡紧在
对应孔内。
17.同时还公开了一种气液联合致裂的方法，基于上述的致裂装置，能进行气液联合致裂，所述气液联合致裂包括气体致裂和液体压裂，并包括以下步骤：
18.s1：在煤层内施钻孔，在煤层内施工一个钻孔，并将其冲洗完成；
19.s2：致裂装置的组装，将端头封孔器、前端致裂管、加长连接管、后接封孔器、后端致裂管、后接封孔器和加长连接管连接，并保证前端致裂管的前后侧有封孔器，每个后端致裂管的前后侧均有封孔器，再在前端液体射孔和后端液体射孔均安装上堵头，同时根据钻孔的深度，增加或减少加长连接管的数量，使前端致裂管和后端致裂管在钻孔内设计的位置处，并将端头高压管和后接高压管分别与对应的手动加压泵连接，将前端高压管和后端高压管与盛放有致裂气体的致裂气瓶连接，将最后侧的加长连接管通过变径接头与带高压泵的液体压裂箱连接；
20.s3：完成气体致裂，先通过手动加压泵，向端头高压胶囊和后接高压胶囊内充入膨胀介质，使其膨胀完成封孔，再使致裂气体沿着气体射孔被射出，完成致裂；
21.s4：完成液体压裂，在液体压裂时采用分段式压裂，包括以下步骤：
22.s41：第一段压裂，通过加压泵向最后侧的加长连接管内输送压裂液体，使压裂液体沿着液体压裂介质管道到达前端致裂孔内，最后沿着前端压裂出口排出，对s3中前端致裂管排出的致裂气体造成的缝隙进行压裂；
23.s42：第二段压裂，第一段压裂完成后，让端头高压胶囊和后接高压胶囊泄压，解除封孔状态，然后使致裂装置的后端向外移动，并取下部分加长连接管或后接封孔器或后端致裂管后，让前端致裂管的位置处于步骤s3中第二段被致裂的位置处，各个管道的连接不变，然后进行步骤s41中的步骤，完成第二段的压裂；
24.s43：完成压裂，重复步骤s42，改变前端致裂管的位置，至完成所有被致裂段的压裂，完成后收回整个致裂装置。
25.进一步优选，所述致裂装置在送入钻孔或取出时采用钻机或推送装置。
26.本发明的有益效果：采用一个装置能同时实现气体致裂和液体压裂，使得在致裂时，能将气体致裂和液体压裂的优点有效结合，使致裂的煤层增透效果好、范围大；本装置结构简单、操作方便、劳动强度低、机械化程度高，且装置能被重复复利用，实现投出少、效果好的目的；通过增减加长连接管的数量，使本装置能适用与各个长度的钻孔。
附图说明
27.图1为本发明中端头封孔器的示意图。
28.图2为本发明中前端致裂管的示意图。
29.图3为本发明中加长连接管的示意图。
30.图4为本发明中后端致裂管的示意图。
31.图5为本发明中后接封孔器的示意图。
32.图6为本发明中堵头的示意图。
33.图7为本发明中密封盖的示意图。
34.图8为本发明在致裂时的效果示意图。
35.图9为本发明在最前端压裂时的效果示意图。
36.图10为本发明在中部压裂时的安装示意图。
37.附图标记说明：1-端头封孔器、101-锥形头、102-端头封孔段、103-端头连接段、104-端头高压胶囊、105-端头高压管、106-端头螺纹孔、2-前端致裂管、201-前端致裂连接头、202-前端致裂孔、203-前端压裂出口、204-前端液体射孔、205-前端致裂螺纹孔、206-前端致裂气体管、207-前端压裂凹槽、208-前端气体射孔、209-前端高压管、210-前端集气室、211-前端储存室、212-前端泄能片、213-前端加热环、214-前端加热线、215-前端管道缺槽、3-加长连接管、301-加长连接头、302-加长螺纹孔、303-加长通孔、304-加长管道缺槽、4-后端致裂管、401-后端致裂连接头、402-后端致裂通孔、403-后端液体射孔、404-后端致裂螺纹孔、405-后端致裂气体管、406-后端压裂凹槽、407-后端气体射孔、408-后端高压管、409-后端集气室、410-后端储存室、411-后端泄能片、412-后端加热环、413-后端加热线、414-后端管道缺槽、5-后接封孔器、501-后接通孔、502-封孔连接头、503-后接封孔段、504-后接连接段、505-后接高压胶囊、506-后接高压管、507-后接螺纹孔、508-管道通孔、6-堵头、7-中间支撑筒、8-变径接头、9-钻孔、10-手动加压泵、11-高压泵、12-液体压裂箱、13-推送装置、14-加热控制器。
具体实施方式
38.下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
39.如图1-10所示，一种气液联合致裂装置，主要由端头封孔器1、前端致裂管2、加长连接管3、后端致裂管4和后接封孔器5组成，且端头封孔器1、前端致裂管2的数量设置为1，但是加长连接管3、后端致裂管4和后接封孔器5均设置有若干根，其中前端致裂管2、加长连接管3、后端致裂管4和后接封孔器5通过螺纹相互连接的。为实现封孔，在端头封孔器1和后接封孔器5上均套有能膨胀的高压胶囊。为实现气体或液体的致裂，在前端致裂管2和后端致裂管4上均设置有用于喷射气体致裂介质的气体射孔和用于喷射液体致裂介质的液体射孔。为实现液体的压裂，在前端致裂管2上设置有用于液体压裂时的前端液体出口203。
40.前端液体出口203和所有的液体射孔均配备有相应的堵头6，当气体致裂介质从气体射孔内喷出时，此时为气体致裂状态。当用堵头6堵住前端液体出口203，使液体致裂介质从液体射孔喷出时，此时为液体致裂状态。当用堵头6堵住液体射孔，使液体致裂介质从前端液体出口203流出时，此时为液体压裂状态。
41.端头封孔器1的具体结构包括从前到后依次设置的锥形头101、端头封孔段102和端头连接段103，在端头封孔段102的外侧固定套有端头高压胶囊104，在端头高压胶囊104的后端配有用于使端头高压胶囊104膨胀的端头高压管105，在端头连接段103的后端设置有用于与前端致裂管前端连接的端头螺纹孔106。为减轻重量，可将端头封孔器1设置为中空结构。
42.在前端致裂管2的前端设置有用于与端头封孔器1后端连接且带有外螺纹的前端致裂连接头201，在前端致裂管2上设置有供液体致裂介质通过的前端致裂孔202，且前端致裂管2中部靠近前端的位置处沿直径方向设置有与前端致裂孔202前端连通的前端压裂出口203。在前端致裂管2的中部沿轴线方向设置有一排与前端致裂孔202连通的前端液体射孔204，在前端致裂管2的后端设置有用于与加长连接管3前端连接的前端致裂螺纹孔205，且前端致裂孔202与前端致裂螺纹孔205连通。为实现气体致裂介质的供给和射出，在前端
致裂管2的中部还设置有供前端致裂气体管206装入的前端压裂凹槽207，还可以是前端致裂管2可由前后两端组成，且前端致裂气体管206直接设置在前端致裂管2的前端和后端之间。在前端致裂管的中部还沿轴线方向设置有一排用于致裂气体射出的前端气体射孔208，且前端气体射孔208与前端致裂气体管206连通，最好是，前端气体射孔208与前端液体射孔208环向错位设置，且错开的角度为90度，同时前端致裂气体管206上配有能将致裂气体充入到前端致裂气体管206内的前端高压管209。
43.在加长连接管3的前端设置有用于与前端致裂管2后端连接且带外螺纹的加长连接头301，在加长连接管3的后端设置有用于与后端致裂管4前端连接的加长螺纹孔302，同时加长连接管3内设置有供液体致裂介质通过的加长通孔303。
44.在后端致裂管4的前端设置有用于与加长连接管3后端连接且带有外螺纹的后端致裂连接头401，在后端致裂管4上设置有供液体致裂介质通过的后端致裂通孔402，在后端致裂管4的中部沿轴线方向设置有一排与后端致裂孔连通的后端液体射孔403，在后端致裂管4的后端设置有用于与后接封孔器5前端连接的后端致裂螺纹孔404。为实现致裂气体的供给和射出，在后端致裂管4的中部还设置有供后端致裂气体管405装入的后端压裂凹槽406，还可以是后端致裂管4可由前后两端组成，且前端致裂气体管206直接设置在后端致裂管4的前端和后端之间。在后端致裂管4的中部还沿轴线方向设置有一排用于致裂气体射出的后端气体射孔407，且后端气体射孔407与后端致裂气体管405连通，最好是，后端气体射孔407与后端液体射孔403环向错位设置，且错开的角度为90度。后端致裂气体管405配有能将致裂气体充入到后端致裂气体管405内的后端高压管408。
45.在后接封孔器5内设置有前后延伸且供液体致裂介质通过的后接通孔501，后接封孔器5的具体结构包括从前到后依次设置的封孔连接头502、后接封孔段503和后接连接段504，在后接封孔段503的外侧固定套有后接高压胶囊505，在后接高压胶囊505的后端配有用于使后接高压胶囊505膨胀的后接高压管506，在后接连接段504的后端设置有用于与加长连接管3前端连接的后接螺纹孔507。
46.前端致裂气体管206和后端致裂气体管405的结构相同，均包括前后设置的用于容纳气态气体的集气室和用于液体气体储存的储存室，且气体射孔与集气室相通，集气室和储存室前后设置且通过泄能片隔开，在储存室外螺旋缠绕有加热环，且加热环配有加热线，在具体使用中，可预先将液态气体提供存储在储存室内。当加热环被加热后，会对液体的气体进行加热，使其汽化成气体，从而导致储存室内压力增大，当压力达到一定值后会冲破泄能片，到达集气室，然后沿着气体射孔被喷射到致裂管外。前端致裂气体管206上的集气室、储存室、泄能片、加热环和加热线对应为前端集气室210、前端储存室211、前端泄能片212、前端加热环213和前端加热线214。后端致裂气体管405上的集气室、储存室、泄能片、加热环和加热线对应为后端集气室409、后端储存室410、后端泄能片411、后端加热环412和后端加热线413。
47.为方便安装，前端压裂凹槽207和后端压裂凹槽406的深度均大于对应致裂管的半径，同时集气室和储存室均套装在中间支撑筒7上，在中间支撑筒7内设置有供液体致裂介质通过的致裂通孔。
48.为方便固定管道和导线，在前端致裂管2、加长连接管3和后端致裂管4上设置有管道缺槽，每个管道缺槽均配有相应的密封盖。为方便将密封盖固定在管道缺槽上，在每个管
道缺槽上的两侧设置有密封凹槽，密封盖上与其相对应的位置处设置有密封凸起，当密封凸起，被卡入到密封凹槽内时，能将密封盖扣在管道缺槽的缺口上，从而将电线或管道固定在管道缺槽内。还可在密封盖和管道缺槽上均设置有凹槽，在两个凹槽之间设置有密封圈。后接封孔器5上设置有供前侧高压管通过的管道通孔508。前端致裂管2上的管道缺槽对应为前端管道缺槽215，加长连接管3上的管道缺槽对应为加长管道缺槽304，后端致裂管4上的管道缺槽对应为后端管道缺槽414。
49.为方便固定封孔器上的胶囊，在端头封孔段102和后接封孔段503上均设置有方便对应胶囊套装的环形凹槽，胶囊刚好卡在环形凹槽上。
50.为方便将本装置与盛放有液体致裂介质的箱体相连，还配备有用于与液体致裂介质管道连通的变径接头8。
51.为保证堵头安装的牢固性和堵头安装后的密封，在堵头6伸入到对应孔内的部分设置有环形凸起601，液体射孔和前端液体出口对应环形凸起601设置有环形凹槽，当环形凸起601卡在环形凹槽内时，堵头6卡紧在对应孔内。
52.基于上述的气液联合致裂装置，还包括一种气液联合致裂方法，其具体包括以下步骤：
53.第一步：在煤层内施钻孔9，具体是在煤层内施工一个钻孔9，并将其冲洗完成；
54.第二步：致裂装置的组装，将端头封孔器1、前端致裂管2、加长连接管3、后端致裂管4和后接封孔器5连接，并保证前端致裂管2的前后侧有封孔器，每个后端致裂管4的前后侧均有封孔器，再在前端液体射孔204和后端液体射孔403均安装上堵头6，同时根据钻孔9的深度，增加或减少加长连接管3的数量，使前端致裂管2和后端致裂管4在钻孔9内设计的位置处，并将端头高压管105和后接高压管506分别与对应的手动加压泵10连接，将前端高压管209和后端高压管408与盛放有致裂气体的致裂气瓶连接，将最后侧的加长连接管3通过变径接头与带高压泵11的液体压裂箱12连接，加热线与加热控制器14电连接。在本实施例中，采用三段式致裂，整个装置的具体连接为端头封孔器1、前端致裂管2、加长连接管3、后接封孔器5、后端致裂管4、加长连接管3、后接封孔器5、加长连接管3、后端致裂管4、后端致裂管4、后接封孔器5和加长连接管3依次连接，其中加长连接管3的数量根据实际长度旋转。
55.第三步：完成气体致裂，先通过手动加压泵10，向端头高压胶囊104和后接高压胶囊505内充入膨胀介质，使其膨胀完成封孔，启动加热控制器，让位于储存室内的液态气体被加热汽化后到达集气室，或通过加压泵分别向前端致裂管2和后端致裂管4内输送致裂气体，使致裂气体沿着气体射孔被射出，完成致裂。
56.第四步：完成液体压裂，在液体压裂时采用分段式压裂，具体包括以下步骤：
57.1、第一段压裂，通过高压泵11向最后侧的加长连接管3内输送压裂液体，使压裂液体沿着液体压裂介质管道到达前端致裂孔202内，最后沿着前端压裂出口203排出，对s3中前端致裂管2排出的致裂气体造成的缝隙进行压裂。
58.2、第二段压裂，第一段压裂完成后，让端头高压胶囊104和后接高压胶囊505泄压，解除封孔状态，然后使致裂装置的后端向外移动，并取下部分加长连接管3或后接封孔器5或后端致裂管4后，让前端致裂管2的位置处于步骤s3中第一段后端致裂管4被致裂的位置处，然后进行步骤s41中的步骤，完成第二段的压裂。
59.3、完成压裂，重复上述步骤，通过改变前端致裂管2的位置，使其位于不同段，至完成所有被致裂段的压裂，完成后收回整个致裂装置。
60.在本实施例中，致裂装置的送入和取出均采用钻机27。致裂封孔胶囊9和压裂封孔胶囊17均配有压力传感器，通过压力传感器内的压力值判断，是否应该停止封孔。