[發明專利]促進瓦斯抽采的液態CO2爆破后煤層注氣膨脹二次增透方法

在審

• 申請號: 201510425633.1
• 申請日: 2015-07-20
• 公開（公告）號: CN104989362A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發明（設計）人: 門金龍;周西華;趙海波;宋東平;薄其山;白剛
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: E21B43/263
• 分類號: E21B43/263;E21B43/16
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 陳磊

技術領域

本發明屬于煤礦安全技術領域，具體涉及一種促進瓦斯抽采的液態CO₂爆破后煤層注氣膨脹二次增透方法。

背景技術

煤層增透是提高瓦斯抽采效率的技術關鍵，現有技術中常用的煤層增透方法包括深孔預裂爆破、水力壓裂、水力沖孔和水力割縫等。由于煤層是由孔隙和裂隙構成的可壓縮各向異性雙重介質系統，在井下煤層各種水力化措施實施過程中，當水壓大于煤層地應力時，煤體破壞變形，產生裂隙，達到增透目的，當水排出煤層后，裂隙會重新閉合，增透效果不明顯。采用深孔預裂爆破和現有的液態CO₂爆破煤層增透，爆破后確實達到了一定的增透效果，但是煤層在吸附解吸甲烷過程中，煤體會發生膨脹和收縮變形，隨著煤層和煤層氣開采，瓦斯大量解吸，煤基質發生收縮變形，煤體內的裂隙通道縮小甚至閉合，煤層滲透率進一步降低，嚴重影響了煤層和煤層氣開采效率和安全生產。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種促進瓦斯抽采的液態CO₂爆破后煤層注氣膨脹二次增透方法，目的是在提高煤層透氣性系數的同時維持煤層裂隙、維持煤層瓦斯流動速度，提高瓦斯抽采純量和效率。

實現本發明目的的技術方案按照以下步驟進行：

（1）在工作面上施工爆破孔和瓦斯抽采孔，爆破孔和瓦斯抽采孔等距離間隔布置；

（2）在爆破器中充裝液態CO₂，在爆破孔中安裝液態CO₂爆破器，啟動爆破器，爆破器主管內液態CO₂氣化變為高壓氣體沖出，煤體開裂，完成第一次煤層增透，液態CO₂爆破器回收待下次使用；

（3）在瓦斯抽采孔內鋪設瓦斯抽采管路并封孔，以煤礦井下壓風系統的空氣作為注氣氣源，進行煤層注氣膨脹二次增透，注氣氣源接入爆破孔中并封孔，開啟注氣和瓦斯抽采系統，進行瓦斯抽采。

其中，所述的相鄰的爆破孔間隔7.5m，相鄰瓦斯抽采孔間隔7.5m。

與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是：

本發明首先進行液態CO₂爆破，煤體破碎，新裂隙產生，原裂隙二次擴展，增透效果明顯，然后進行低壓注氣抽采，注氣壓力直接采用井下壓風系統壓力維持爆破裂隙通道，減緩了抽采后煤體收縮變形導致裂隙閉合的速度，相當于進行了二次增透，比未爆破煤層注氣膨脹增透效果更明顯，而且井下有完善的壓風設備，低壓注氣抽采所需的注氣氣源及壓力設施使用簡單，投入成本較低，可以達到較好效果，可行性和可操作性優勢明顯。

本發明選用井下壓風系統空氣作為注氣源是基于在吸附過程中，煤對瓦斯的主要組成氣體的吸附能力由大到小依次為CO₂＞CH₄＞N₂，解吸過程中，大多情況下CH₄優先解吸，但因煤級差異，也有CO₂優先解吸的現象，所以煤層注氣首選氣源為CO₂，但是CO₂在井下制備、運輸極不方便，而且需求量較大，煤層中大量注入可能導致煤巖與CO₂的突出，由于CO₂的抑燃特性，大量注入CO₂可能導致抽采的煤層氣中CO₂濃度過高，失去燃燒性，故不宜選取CO₂作為注氣氣源；N₂有多種制取設備，但是經濟成本都較高，選取空氣作為注氣氣源具有較大的優勢，首先空氣無處不在，井下有完善的壓風設備，井下壓風的壓力一般在0.3~0.5MPa，可以進行低壓注氣，其次，空氣中含有大量N₂，依靠高濃度N₂對煤基質吸附N₂造成分壓比，N₂吸附導致吸附位的競爭，促進CH₄解吸，可以達到較好的注氣抽采效果。

本發明中采用低壓注氣是基于對于高地應力、高瓦斯壓力和含Ⅲ、Ⅳ類構造煤等的煤與瓦斯突出煤層，高壓注氣會增加煤層應力，大大增加煤與瓦斯突出的幾率和危險性。采用井下壓風系統的空氣作為注氣氣源在井下隨處可見，注氣壓力較低無突出危險性，經濟成本較低，可行性較高，整體瓦斯抽采效果明顯，可行性高，具有很好的推廣應用前景。