[發(fā)明專利]一種基于輪替思想的瓦斯抽采設(shè)備與抽采方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610011768.8
• 申請(qǐng)日: 2016-01-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105443081B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙洪寶;張歡;胡桂林;李偉;陳磊;王飛虎;琚楠松;郭旭陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
• 主分類號(hào): E21B43/00
• 分類號(hào): E21B43/00;E21B43/16;E21B43/20;E21B43/08;E21F7/00;F16J15/32
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于輪替思想的瓦斯抽采設(shè)備與抽采方法。

背景技術(shù)

我國(guó)含瓦斯煤層普遍具有“兩低一高”的特點(diǎn)，即煤層瓦斯壓力較低，煤層的透氣性較低，煤層對(duì)瓦斯的吸附能力較高，這就造成了煤礦井下瓦斯治理困難和煤層瓦斯抽采效率低。目前，煤層注水防治煤與瓦斯突出和高壓水力壓裂提高煤層透氣性的技術(shù)正在諸多礦山得到廣泛應(yīng)用。煤中水的存在對(duì)瓦斯吸附量影響較大，水分子與煤表面的作用力比甲烷分子更強(qiáng)，煤層注水后可使煤裂隙中的瓦斯被驅(qū)替出來(lái)，水分子也可置換處于吸附狀態(tài)的甲烷分子，但煤層中的水進(jìn)入煤層裂隙、孔隙后，同時(shí)也會(huì)封堵瓦斯運(yùn)移的通道。因此，在煤層水力壓裂瓦斯抽采過(guò)程中，不僅要壓裂煤體增大煤層透氣性，還要考慮將煤體中的瓦斯逐級(jí)驅(qū)替出來(lái)。以往的煤體壓裂抽采設(shè)備大多只考慮了致裂增透，而沒(méi)有考慮對(duì)煤體中瓦斯的逐級(jí)驅(qū)替作用，瓦斯抽采效率較低。因此，需要一種基于輪替思想的煤體內(nèi)瓦斯分級(jí)驅(qū)替設(shè)備和方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤體中的瓦斯輪替抽采，同時(shí)避免水力壓裂煤體后水進(jìn)入煤層裂隙、孔隙封堵瓦斯運(yùn)移通道的弊端，從而提高瓦斯抽采效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有瓦斯抽采技術(shù)的不足，提供一種基于輪替思想的瓦斯抽采設(shè)備與抽采方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖體中瓦斯輪替抽采，提高瓦斯抽采效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于輪替思想的瓦斯抽采設(shè)備，包括密封腔體、加載機(jī)構(gòu)、瓦斯供給與控制系統(tǒng)、瓦斯輪替與控制系統(tǒng)、瓦斯流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)；所述密封腔體上端的腔體密封蓋中心有一圓孔，加載柱從圓孔穿過(guò)對(duì)密封腔體內(nèi)部煤巖體施加荷載；所述瓦斯輪替與控制系統(tǒng)包括負(fù)壓抽采子系統(tǒng)和致裂驅(qū)替子系統(tǒng)，負(fù)壓抽采子系統(tǒng)包括瓦斯抽采泵，致裂驅(qū)替子系統(tǒng)包括高壓水泵、充氣罐和致裂驅(qū)替篩管，高壓水泵、充氣罐和瓦斯抽采泵通過(guò)管路與插入煤巖體內(nèi)部的不同長(zhǎng)度致裂驅(qū)替篩管連接；所述瓦斯供給與控制系統(tǒng)、瓦斯流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別和充氣管路及抽采管路相連。

所述密封腔體為在一圓墩中間挖一圓柱形腔體，密封腔體與腔體密封蓋通過(guò)螺栓連接，所述腔體密封蓋內(nèi)圈鑲嵌有O型密封圈。

所述腔體密封蓋上豎向插有多個(gè)長(zhǎng)短相間的致裂驅(qū)替篩管，所述致裂驅(qū)替篩管從腔體密封蓋穿過(guò)插入密封腔體內(nèi)部煤巖體，且致裂驅(qū)替篩管與腔體密封蓋通過(guò)密封裝置和膠墊密封。

所述致裂驅(qū)替篩管為中空末端封閉的不銹鋼管，上部穿過(guò)腔體密封蓋與外部管路連接，下部插入密封腔體內(nèi)部的煤巖體中；所述致裂驅(qū)替篩管分長(zhǎng)、短兩種，長(zhǎng)致裂驅(qū)替篩管可插至密封腔體底部，且插入煤巖體的下半段有多個(gè)不同方向的橫向通孔，短致裂驅(qū)替篩管可插至密封腔體中部，且插入煤巖體部分有多個(gè)不同方向的橫向通孔。

所述瓦斯輪替與控制系統(tǒng)包括負(fù)壓抽采子系統(tǒng)和致裂驅(qū)替子系統(tǒng)，所述負(fù)壓抽采子系統(tǒng)包括瓦斯抽采泵，瓦斯抽采泵通過(guò)抽采管路與致裂驅(qū)替篩管上端接口連接，抽采管路上設(shè)有放氣管路開(kāi)關(guān)、數(shù)控氣體流量計(jì)和氣壓表，且抽采管路末端設(shè)有多個(gè)抽采管路接頭；所述致裂驅(qū)替子系統(tǒng)包括高壓水泵、充氣罐和致裂驅(qū)替篩管，所述高壓水泵一端與水箱連接，另一端通過(guò)充水管路與致裂驅(qū)替篩管上端接口連接，所述充水管路上設(shè)有充水管路開(kāi)關(guān)、水壓表、充水流量計(jì)，且充水管路末端設(shè)有多個(gè)充水管路接頭；所述充氣罐一端連接驅(qū)替氣體鋼瓶，另一端通過(guò)充氣管路與致裂驅(qū)替篩管上端接口連接，且充氣管路末端設(shè)有多個(gè)驅(qū)替氣體管路接頭。

所述加載機(jī)構(gòu)包括加載柱和位于密封腔體內(nèi)的加載頭，所述加載柱從腔體密封蓋中間圓孔穿過(guò)，腔體密封蓋與加載柱連接處有回彈性很好的XY型密封圈和O型密封圈，XY型密封圈在O型密封圈之上，所述加載柱側(cè)面有刻度，加載過(guò)程中可測(cè)出加載柱下降的位移，且加載柱中心有一輸氣孔，輸氣孔下端接有一個(gè)短抽采管，上端通過(guò)加載柱側(cè)面的出氣孔與抽采管路接頭連接；所述加載頭為多孔圓盤，與密封腔體內(nèi)壁滑動(dòng)連接，致裂驅(qū)替篩管可穿過(guò)加載頭穿孔插入煤巖體，加載頭中心與加載柱下端直接接觸。

所述密封腔體內(nèi)壁瓦斯進(jìn)氣口處裝有組合金屬篩網(wǎng)。

所述瓦斯流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)控氣體流量計(jì)和流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)軟件組成。

基于輪替思想的瓦斯抽采方法，包括如下步驟：

a、篩管安裝：向密封腔體內(nèi)裝入適量煤巖體，加載頭壓在煤巖體上方，致裂驅(qū)替篩管接到腔體密封蓋上，將腔體密封蓋蓋在密封腔體上，使致裂驅(qū)替篩管穿過(guò)加載頭插入煤巖體內(nèi)。