技术领域 [0001]本发明涉及煤矿开采技术领域，特别涉及一种基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理系统及方法。 背景技术 [0002]针对煤矿井下松软低透煤层，透气性系数低导致仅靠瓦斯抽采不能高效实现抽采达标，必须进行煤层增透。通常煤层增透措施包括机械震动增透、水力化增透及气相致裂增透等。机械震动增透措施以深孔预裂爆破为代表，由于火工产品在井下应用风险极大，管制严格，且易出现“哑炮”难以处理，因此实用性受到限制。水力化增透措施以水力压裂及水力割缝为代表，但水力化增透实施需要引入大量的水，对于松软煤层来说遇水更易垮塌，导致排水排渣难、抽采效果差等问题。气相致裂增透措施以二氧化碳相变致裂为代表，在松软煤层中适应性较好，但煤质松软叠加巷道掘进及钻孔施工扰动效应，导致煤体成孔后易跨孔、塌孔，裸孔下放致裂装置难以送到钻孔深处，因此，二氧化碳致裂不能实现顺层孔全孔段均匀增透或多煤层同时增透。 [0003]因此，如何提高松软煤层增透效果，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。 发明内容 [0004]本发明提出了一种基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理系统及方法，以提高松软煤层增透效果。 [0005]为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案： [0006]本发明提供了一种基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法，包括以下步骤： [0007]钻孔施工：采用配置有中空钻杆和开闭钻头的成套钻进设备在煤巷顺煤层钻孔或在岩巷穿多煤层钻孔，记录钻孔情况；当钻孔到设计深度时，停止钻进，退钻并拆卸若干根钻杆； [0008]二氧化碳致裂器组装送放：按顺序组装孔底固定装置、二氧化碳致裂器和连接杆以形成致裂工具串，孔底固定装置安装在首端的二氧化碳致裂器上；组装后的致裂工具串通过钻杆内部送入，顶开钻头横梁，继续送至钻孔孔底，确保孔底固定装置的伞爪打开，并向后拉动至受力，确保孔底固定装置伞爪倒挂在煤壁上，检查二氧化碳致裂器的安全性能；退出所有钻杆和钻头； [0009]二氧化碳相变致裂临时封阻：连接临时封阻装置与二氧化碳致裂器，送入预定位置，将临时封阻装置的进水管和致裂器母线引出孔口，避免封阻后卡在孔内；进水管连接至水箱，对临时封阻装置的橡胶袋打压至膨胀，卡在孔壁上，形成临时封堵，同时，孔外使用顶杆一头顶住临时封阻装置、一头顶在钻孔对面巷道壁上，保证二氧化碳相变致裂时，临时封堵装置不会被高压压出，提升临时封堵质量； [0010]二氧化碳相变致裂增透：检查致裂器无失爆后，启动起爆器，二氧化碳致裂器释放出高压二氧化碳气体致裂煤层，致裂后预设保压时间；其中，致裂过程中，二氧化碳致裂器与孔底固定装置连接处的销钉被冲击波打开，二氧化碳致裂器与孔底固定装置脱离； [0011]二氧化碳致裂器拆除回收：通风调度查看巷道内的第一瓦斯浓度，当巷道内第一瓦斯浓度小于第一阈值时，对临时封堵装置泄压，囊袋收缩，钻孔内瓦斯及二氧化碳气体涌出，检查钻孔附近预设距离内第二瓦斯浓度和二氧化碳浓度，当第二瓦斯浓度小于第二阈值，且二氧化碳浓度小于第三阈值时，进行拆除工作； [0012]钻孔固定封孔及接抽：二氧化碳致裂器拆除后，安装带有抽采管的囊袋封孔装置，囊袋封孔装置前后两端带有两个囊袋，使用注浆泵对囊袋封孔装置两端囊袋打压注浆，待囊袋膨胀支撑在煤壁上后，通过注浆管向中间空白区域注入膨胀水泥进行带压封堵，以形成固定封堵段，水泥凝固后，将抽采管连接至抽采系统进行抽采。 [0013]优选的，本发明基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法中，所述钻进设备为全液压坑道钻进设备，所述钻杆为浅叶中空螺旋钻杆，所述钻进设备的钻头为大通孔开闭式PDC钻头； [0014]所述记录钻孔情况，包括见煤、见岩、瓦斯和压力； [0015]在见煤前1-2m的伟指出，采用中风压压风排渣，风压采用井下防爆移动空气压缩机供风，中风压1.0-1.2MPa。 [0016]优选的，本发明基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法中，所述按顺序组装孔底固定装置、二氧化碳致裂器和连接杆包括：边送边连接所述连接杆和所述二氧化碳致裂器；其中，当所述钻孔为顺层钻孔时，每隔一定数量的连接杆布置一个二氧化碳致裂器；当钻孔为多煤层穿层孔时，在煤层段布置二氧化碳致裂器。 [0017]优选的，本发明基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法中，所述检查二氧化碳致裂器的安全性能包括：检测二氧化碳致裂器的电路是否正常；和检查二氧化碳致裂器是否存在漏气现象。 [0018]优选的，本发明基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法中，所述封孔的深度不小于15m。 [0019]优选的，本发明基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法中，所述预设时间不少于60min。 [0020]优选的，本发明基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法中，所述第一瓦斯浓度、所述第二瓦斯浓度和所述二氧化碳浓度为体积浓度，所述第一阈值、所述第二阈值和所述第三阈值为0.5％；所述预设距离为50m。 [0021]优选的，本发明基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法中，所述抽采管的长度≥15m；所述囊袋封孔装置长度≥15m。 [0022]本发明还公开了一种基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理系统，包括按照上述基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法中对应步骤执行的配置有中空钻杆、开闭钻头的成套钻进设备、孔底固定装置、二氧化碳致裂器、连接杆、临时封堵装置、第一瓦斯浓度检测器、二氧化碳浓度检测器、第二瓦斯浓度检测器、囊袋封孔装置和抽采管。 [0023]优选的，上述基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理系统中，所述孔底固定装置靠近所述二氧化碳致裂器的一端套设在所述二氧化碳致裂器的泄爆口端，并通过销钉连接，并在致裂过程中，所述销钉被冲击波打开，所述二氧化碳致裂器与孔底固定装置脱离。 [0024]由上述技术方案可以看出，本发明所提供的基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法中，当对松软煤层采用二氧化碳相变致裂进行增透时，由于组装后的二氧化碳致裂器通过钻杆内部送入钻孔。即便出现煤质松软叠加巷道掘进及钻孔施扰动效应，导致煤体成孔后易跨孔、塌孔的情况时，二氧化碳致裂器仍然能够送到钻孔深处，从而提高了松软煤层增透效果。 附图说明 [0025]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例或实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，而且还可以根据提供的附图将本发明应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。 [0026]图1是本发明所提供的一种基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法的流程示意图； [0027]图2是本发明所提供的钻孔施工的示意图； [0028]图3和图4是本发明所提供的二氧化碳致裂器组装送放示意图； [0029]图5是本发明所提供的二氧化碳相变致裂临时封堵示意图； [0030]图6是本发明所提供的二氧化碳相变致裂增透示意图； [0031]图7是本发明所提供的二氧化碳致裂器拆除示意图； [0032]图8是本发明所提供的一种基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理系统的示意图； [0033]图9是本发明所提供的二氧化碳致裂器与孔底固定装置的连接示意图； [0034]其中：1为钻进设备、2为二氧化碳致裂器、3为孔底固定装置、4为临时封堵装置、5为顶杆、6为抽采管、11为钻杆、12为钻头、13为横梁、10为煤层、20为囊袋封孔装置、30为巷道。 具体实施方式 [0035]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0036]名词解释： [0037]1、顺层钻孔：煤矿井下沿着煤层布置的瓦斯抽采钻孔。 [0038]2、多煤层穿层钻孔：煤矿井下在岩石巷道施工穿透多个煤层的钻孔。 [0039]3、二氧化碳相变致裂煤层驱替甲烷：二氧化碳在31℃以下，7.2MPa压力时以液态形式存在，当温度超过31℃时，1kg液态二氧化碳吸收60kJ热量会在40ms内汽化。将液态二氧化碳充装入二氧化碳致裂器并置入煤层钻孔中，利用液态二氧化碳受热成为气体后体积膨胀600倍的相变特性，致裂煤层，在钻孔周围煤层形成一片透气性高、裂隙发育的区域。同时利用气态二氧化碳对煤体吸附性比瓦斯高8倍的亲煤特性，大量吸附瓦斯被气态二氧化碳驱替变为游离瓦斯，使煤层透气性和瓦斯游离度双重提高，达到安全快速抽采和消突的目标。 [0040]参阅图1，本发明提供了一种基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法，包括以下步骤：步骤S100钻孔施工、步骤S200二氧化碳致裂器2组装送放、步骤S300二氧化碳相变致裂临时封堵、步骤S400二氧化碳相变致裂增透、步骤S500二氧化碳致裂器2拆除回收和步骤S600钻孔固定封孔及接抽。参见图2，其中，步骤S100在钻孔施工中包括：采用配置有中空钻杆11的钻进设备1在巷道30顺煤层10处钻孔或在岩巷穿多煤层钻孔，记录钻孔情况；当钻孔终孔到设计深度时，停止钻进，退钻并拆卸若干根钻杆11。 [0041]本发明所提供的基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法中，当对松软煤层10采用二氧化碳相变致裂进行增透时，由于组装后的二氧化碳致裂器2通过钻杆11内部送入钻孔。即便出现煤质松软叠加巷道30掘进及钻孔施扰动效应，导致煤体成孔后易跨孔、塌孔的情况时，二氧化碳致裂器2仍然能够送到钻孔深处，从而提高了松软煤层10增透效果。 [0042]需要说明的是，钻进设备1包括钻杆11、钻头12和动力头，其中，动力头通过钻杆11带动钻头12高速旋转。较优的，钻进设备1为全液压坑道钻进设备，钻杆11为浅叶中空螺旋钻杆，钻进设备1的钻头12为大通孔开闭式PDC(聚晶金刚石复合片)钻头。其中钻杆11为中空钻杆。当二氧化碳致裂器2通过钻头12时，钻头12处的横梁13被顶起，二氧化碳致裂器2得以钻出。钻杆11：整体式宽翼片螺旋钻杆11(规格参数：钻杆11外径Φ108mm，内孔Φ50.8mm，长度1.0m或1.5m或定制)；钻头12：大通孔开闭式PDC钻头12(规格参数：钻头12外径Φ133mm，内孔Φ50mm)，中风压(风压≥1.2MPa)钻进施工。 [0043]在见煤前1-2m的位置处，采用中风压压风排渣，风压采用井下防爆移动空气压缩机供风，中风压1.0-1.2MPa。施工过程中要严格按设计参数施工，岩石段采用水排渣，采用慢速推进的施工方式，确保孔身直、内壁光滑、孔内干净。施工过程中须详细记录钻孔各类情况，记录钻孔情况，包括见煤、见岩、瓦斯和压力。当钻孔终孔到设计深度时，停止钻进，退钻并拆卸若干根钻杆11。其中，退钻并拆卸3～5根钻杆11，将液压钻进设备1动力头退至机架底部，以免影响二氧化碳致裂器2的下放。 [0044]参见图3和图4，步骤S200二氧化碳致裂器2组装送放包括：按顺序组装孔底固定装置3、二氧化碳致裂器2和连接杆以形成致裂工具串，孔底固定装置3安装在首端的二氧化碳致裂器2上；组装后的致裂工具串(孔底固定装置3、二氧化碳致裂器2和连接杆)通过钻杆内部送入，顶开钻头横梁13，继续送至钻孔孔底，确保孔底固定装置3的伞爪打开，并向后拉动至受力，确保孔底固定装置伞爪倒挂在煤壁上，检查二氧化碳致裂器2的安全性能；退出所有钻杆11和钻头12。 [0045]按顺序组装孔底固定装置3、二氧化碳致裂器2和连接杆包括：边送边连接连接杆和二氧化碳致裂器2；其中，当钻孔为顺层钻孔时，每隔预设根连接杆布置一个二氧化碳致裂器2，例如每隔10根连接杆布置一个二氧化碳致裂器2；二氧化碳致裂器2送到钻孔底部，顶开钻头12的横梁13，将二氧化碳致裂器2送入钻孔底部，向后拉动，确保孔底固定装置3固定在钻孔的底部，防止拆卸钻杆11过程中致裂器被带出。当钻孔为多煤层10穿层孔时，在煤层10段布置二氧化碳致裂器2。 [0046]检查二氧化碳致裂器2的安全性能包括：检测二氧化碳致裂器2的电路；和检查二氧化碳致裂器2是否存在漏气现象。其中，检测二氧化碳致裂器2的电路，包括使用万用表对致裂器进行电路检测，以确保使用的二氧化碳致裂器2电阻不大于500Ω/根。检查二氧化碳致裂器2是否存在漏气现象，以避免使用漏气严重的二氧化碳致裂器2。将所需二氧化碳致裂器2数量逐根进行电路连接并测量电阻正常后，二氧化碳致裂器2累计长度应覆盖见煤段。 [0047]参见图5，步骤S300二氧化碳相变致裂临时封堵：连接临时封阻装置4与二氧化碳致裂器2，送入预定位置，将临时封阻装置4的进水管和致裂器母线引出孔口，避免封阻后卡在孔内；进水管连接至水箱，对临时封阻装置4的橡胶袋打压至膨胀，卡在孔壁上，形成临时封堵，同时，孔外使用顶杆一头顶住临时封阻装置、一头顶在钻孔对面巷道30壁上，保证二氧化碳相变致裂时，临时封堵装置不会被高压压出，提升临时封孔质量。较优的，上述封孔的深度不小于15m。 [0048]参见图6，步骤S400二氧化碳相变致裂增透：检查二氧化碳致裂器无失爆后，启动起爆器，二氧化碳致裂器2释放出高压二氧化碳气体致裂煤层10，致裂后预设保压时间；其中，致裂过程中，二氧化碳致裂器2与孔底固定装置3连接处的销钉被冲击波打开，二氧化碳致裂器2与孔底固定装置3脱离。具体的，为保证致裂期间的安全，施工时必须将其他作业人员撤至施工地点后100m以外，启动致裂时要设置警戒线，安排专人在警戒线处设置警戒，严禁其他人员进入，警戒人员未得到技术人员撤除警戒命令前，不得私自撤除警戒。致裂实施前，由专职瓦斯检查员测量作业地点附近的瓦斯、二氧化碳浓度，待瓦斯浓度不超过0.5％、二氧化碳浓度不超过0.5％方可开始作业。并指定专人检查工作面的电器设备，确保警戒区内的电器设备完好无失爆，方可启动致裂。实施时停掉钻孔施工巷道30内所有非本质安全型电源。由技术人员检查电路系统完好无失爆后，启动二氧化碳致裂器2，释放出高压二氧化碳气体致裂煤层10，第一根致裂器与孔底固定装置3连接处销钉被冲击波打开，致裂器与孔底固定装置3脱离。致裂后保压时间不少于预设时间，在此时间段内，致裂范围内不允许人员进入及启动带点设备。较优的，预设保压时间为60min。 [0049]参见图7，步骤S500二氧化碳致裂器2拆除回收：通风调度查看巷道30内的第一瓦斯浓度，当巷道30内第一瓦斯浓度小于第一阈值时，对临时封堵装置泄压，囊袋收缩，钻孔内瓦斯及二氧化碳气体涌出，检查钻孔附近预设距离内第二瓦斯浓度和二氧化碳浓度，当第二瓦斯浓度小于第二阈值，且二氧化碳浓度小于第三阈值时，进行拆除工作。具体的，保压时间结束后通风调度查看巷道30内探头瓦斯浓度，巷道30内第一瓦斯浓度在第一阈值以下，专职瓦斯检查员方可进入工作面检查钻孔附近预设距离内第二瓦斯浓度和二氧化碳浓度，当第二瓦斯浓度小于第二阈值，且二氧化碳浓度小于第三阈值时，相关技术人员进入致裂地点开始拆除工作。较优的，第一阈值、第二阈值和第三阈值为0.5％；预设距离为50m。需要说明的是，上述第一瓦斯浓度、第二瓦斯浓度和二氧化碳浓度为体积浓度、质量浓度或者摩尔浓度，较优的为体积浓度。 [0050]当致裂孔内压力降至0.2Mpa时，打开低压测试阀门，直至其降低到小于0.1Mpa，保证孔内无压力后开始拆除。将临时封堵装置4卸压，在卸压期间致裂孔孔口50m范围内严禁非相关人员进入。临时封堵装置4卸压完毕后，启动钻进设备1将临时封堵装置4及致裂器一起退出，留孔底固定装置3在孔内。若致裂器卡在钻孔内，必须采取措施处理，不可强行硬拔。清点使用过“二氧化碳致裂器2”并将其回收至地面。 [0051]步骤S600钻孔固定封孔及接抽：二氧化碳致裂器拆除后，安装带有抽采管的囊袋封孔装置，囊袋封孔装置前后两端带有两个囊袋，使用注浆泵对囊袋封孔装置两端囊袋打压注浆，待囊袋膨胀支撑在煤壁上后，通过注浆管向中间空白区域注入膨胀水泥进行带压封堵，以形成固定封堵段，水泥凝固后，将抽采管连接至抽采系统进行抽采。 [0052]致裂后应及时封孔接抽，安装抽采管6，抽采管6的长度大于20m，采用膨胀水泥“两堵一注”带压封孔工艺，固定封堵段长度≥12m。由于钻孔单孔流量数据难以测定，采用汇流管进行测定，5个钻孔通过软管连接至汇流装置，汇流装置上开孔眼，安装孔板流量计或V锥流量计，以方便测定抽采浓度及流量，汇流管连接抽采系统进行抽采，联抽负压不小于13Kpa。 [0053]参见图8，本发明还公开了一种基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理系统，包括按照如上述的基于二氧化碳相变致裂的新型煤矿瓦斯治理方法中对应步骤执行的配置有中空钻杆11、开闭钻头12的成套的钻进设备1、孔底固定装置3、二氧化碳致裂器2、连接杆、临时封堵装置4、第一瓦斯浓度检测器、二氧化碳浓度检测器、第二瓦斯浓度检测器、囊袋封孔装置20和抽采管6。由于上述治理方法具有以上有益效果，执行上述治理方法的治理系统具有相应的效果，此处不再赘述。 [0054]钻进设备1包括钻杆11、钻头12和动力头，其中，动力头通过钻杆11带动钻头12高速旋转。较优的，钻进设备1为全液压坑道钻进设备1，钻杆11为浅叶螺旋钻杆，钻进设备1的钻头12为大通孔开闭式PDC(聚晶金刚石复合片)钻头。其中钻杆11为中空钻杆11。当二氧化碳致裂器2通过钻头12时，钻头12处的横梁13被顶起，二氧化碳致裂器2得以钻出。钻杆11：整体式宽翼片螺旋钻杆11(规格参数：钻杆11外径Φ108mm，内孔Φ50.8mm，长度1.0m或1.5m或定制)；钻头12：大通孔开闭式PDC钻头12(规格参数：钻头12外径Φ133mm，内孔Φ50mm)，中风压(风压≥1.2MPa)钻进施工。二氧化碳致裂器2的直径40mm或定制适合大通径钻杆11尺寸，长度1.0m或1.5m或定制。孔底固定装置3采用PE(聚乙烯)或者PVC(聚氯乙烯)材质，规格参数：翼片展开尺寸Φ140mm) [0055]参见图9，图9所示的连接结构中，孔底固定装置3靠近二氧化碳致裂器2的一端套设在二氧化碳致裂器2的泄爆口端，并通过销钉连接，并在致裂过程中，销钉被冲击波打开，二氧化碳致裂器2与孔底固定装置3脱离。 [0056]将孔底固定装置3套筒套在二氧化碳致裂器2的泄爆口端，其中，泄爆口及孔底固定装置3开孔均共4个，呈十字型，利用金属销钉插入固定，当二氧化碳致裂器2点火加热起爆时，冲击波冲破销钉，使致裂器与孔底固定装置3分离脱落。当然本发明还可以是其他数量的泄爆口以及开孔数量。 [0057]本发明又一些实施例中，二氧化碳致裂器2的泄爆口端套设在孔底固定装置3上，并通过销钉连接，并在致裂过程中，销钉被冲击波打开，二氧化碳致裂器2与孔底固定装置3脱离。 [0058]需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0059]应当理解，本发明中使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。 [0060]如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。 [0061]其中，在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本发明实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。 [0062]以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。 [0063]本发明中使用了流程图用来说明根据本发明的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。 [0064]以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。