[發(fā)明專(zhuān)利]鉆孔加熱煤層抽采瓦斯方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010284979.1
• 申請(qǐng)日: 2010-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102400669A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田力龍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 田力龍
• 主分類(lèi)號(hào): E21B43/24
• 分類(lèi)號(hào): E21B43/24;E21F7/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種井下抽采煤層氣的開(kāi)采方法，特別適合利用煤層鉆場(chǎng)加熱煤層抽放煤層中瓦斯。

背景技術(shù)

礦井瓦斯是煤的伴生氣體產(chǎn)物，又稱(chēng)煤層氣或煤層甲烷。它是一種賦存于本煤層及其煤層圍巖石中的自生自儲(chǔ)或氣藏的天然氣。煤層中的瓦斯有三種賦存狀態(tài)，一是吸附狀態(tài)，它由煤的表面吸附力作用，在煤的微孔(煤是多孔隙物質(zhì))上所吸附，在一定溫度和卸壓的環(huán)境中，吸附瓦斯可解吸為游離瓦斯。二是游離瓦斯，它存在于煤的原生和次生裂隙內(nèi)和孔隙中，可以自由運(yùn)動(dòng)，是不被吸附力所聯(lián)系的部分瓦斯，以壓力狀態(tài)存在，壓力愈高煤的裂隙內(nèi)游離瓦斯含量愈高。三是吸收瓦斯，是深入在煤體膠粒結(jié)構(gòu)間的瓦斯，量很少。

礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)的一大危險(xiǎn)要素，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5％-16％時(shí)，遇到火源引起瓦斯爆炸，高瓦斯礦井在進(jìn)行回采之前必須對(duì)煤層進(jìn)行瓦斯抽采，目前已公知的主要抽采方法分為兩類(lèi)，一類(lèi)是地面鉆井實(shí)施瓦斯抽放，另一類(lèi)是對(duì)井下煤層鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放。對(duì)井下煤層瓦斯鉆孔抽放瓦斯的主要技術(shù)就是在煤層中鉆孔進(jìn)行負(fù)壓抽放，煤層裂隙中的游離瓦斯在負(fù)壓作用下進(jìn)入抽放管路中，由于煤層對(duì)瓦斯的吸附作用以及煤層的透氣性等問(wèn)題，往往這種負(fù)壓抽放達(dá)不到理想的效果，而且抽放時(shí)間較長(zhǎng)，其中煤對(duì)瓦斯的吸附力是一個(gè)重要原因。

瓦斯屬于原生氣體，它是被吸附在煤體內(nèi)的微小孔隙中，根據(jù)煤層氣開(kāi)采理論，由于瓦斯壓力的變化，瓦斯首行解吸為游離瓦斯，并逐漸由孔隙和不可滲流的微裂隙擴(kuò)散到大的裂隙中，這是瓦斯的擴(kuò)散階段，；其次在壓力梯度的作用下，有高壓力區(qū)向低壓力區(qū)流動(dòng)，這是瓦斯的滲流階段。在瓦斯抽采過(guò)程中，這兩步缺一不可，對(duì)于低滲透煤層，由于滲流階段無(wú)法進(jìn)行，因此驅(qū)替技術(shù)對(duì)于煤層氣開(kāi)采效果甚微。

煤的溫度對(duì)煤層瓦斯的吸附能力有顯著影響，在同一瓦斯壓力下，溫度越高，煤的吸附瓦斯量越小，隨著煤層溫度的升高，吸附瓦斯量減小。煤層瓦斯在0.1MPa壓力下煤層溫度從20℃提高到30℃，可以減小煤層對(duì)瓦斯吸附9％，用以下經(jīng)驗(yàn)公式確定溫度對(duì)吸附瓦斯量的影響：

X_t＝X₀e^-nt

式中X_t、X₀——溫度分別為t℃和0℃時(shí)煤的吸附瓦斯量，m3/t

t——煤的溫度，℃；

n——與瓦斯壓力有關(guān)的常數(shù)。

N＝0.02/(0.993+0.07P)

P——瓦斯壓力，MP；

煤層中的瓦斯氣體在高溫作用下，氣體膨脹，煤層瓦斯壓力增大，煤層瓦斯壓力增大容易引起煤與瓦斯突出事故，這是對(duì)煤層進(jìn)行加溫的一大弊端，采取的措施能夠有效的避免煤層突出，對(duì)把這種能量于對(duì)煤層裂隙能夠促進(jìn)裂隙的發(fā)育，促進(jìn)瓦斯流動(dòng)。

因此提高煤層的溫度不但有利于煤層中瓦斯的解吸，有利用瓦斯流動(dòng)，減少煤層抽放瓦斯的時(shí)間，提高瓦斯抽放的效果。[引自《煤與瓦斯突出防治手冊(cè)》李建銘2006中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社]。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述瓦斯抽采過(guò)程中遇到的問(wèn)題，提供了一種井下煤層加熱抽采煤層瓦斯的方法，該方法能夠有效的進(jìn)行瓦斯抽采，加快瓦斯的抽采速度和提高抽采效率。

本發(fā)明所述的加熱煤層抽采瓦斯的方法為：首先在被抽采煤層建立一個(gè)鉆場(chǎng)，然后在煤層表面及四周打上錨網(wǎng)及錨桿進(jìn)行煤層的加固，選擇其中至少一個(gè)鉆孔作為熱源孔，利用加熱設(shè)備對(duì)距熱源孔孔口一段深度的位置開(kāi)始對(duì)煤層進(jìn)行加熱，將煤層加熱到80℃～200℃以上，其它鉆孔作為抽放鉆孔利用抽放設(shè)備進(jìn)行負(fù)壓抽放煤層瓦斯，煤層被加熱以后，煤體熱脹冷縮，煤層裂隙增多，同時(shí)高溫下吸附的瓦斯將迅速解吸為游離瓦斯，游離的瓦斯體積增大，煤層中的瓦斯壓力增大，瓦斯壓力增大也促進(jìn)了煤層中裂隙的發(fā)育，有利于煤層瓦斯的流動(dòng)，在負(fù)壓抽放鉆孔的作用下實(shí)現(xiàn)迅速高效的抽采煤層氣的目的。

本發(fā)明所述的加熱煤層抽采瓦斯的方法，其特征在于：

(1)向被抽采煤層內(nèi)部打深層鉆孔，鉆孔間距依據(jù)被抽采煤層的性質(zhì)距離在0.5-10米之間，選擇其中的鉆孔為熱源孔對(duì)煤層進(jìn)行加熱。

(2)如果煤層為低滲透煤層或煤層的滲透系數(shù)較小，可以采用一些公知的煤層強(qiáng)化抽采方法對(duì)煤層進(jìn)行增透。

(3)對(duì)煤層進(jìn)行高溫加熱有利于煤層瓦斯解吸，驅(qū)動(dòng)煤層瓦斯向低壓孔流動(dòng)。

(4)采用在距孔口一段距離處進(jìn)行加熱，孔口至鉆孔開(kāi)始加熱間的煤層做為一個(gè)保護(hù)層煤層，同時(shí)采用錨網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，防止煤層加熱過(guò)程中由于煤層瓦斯壓力過(guò)大造成煤與瓦斯突出事故。