[發(fā)明專利]一種超聲激勵與水力割縫一體化裝置、復合強化瓦斯抽采系統(tǒng)及方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810091470.1 | 申請日： | 2018-01-30 |
| 公開（公告）號： | CN108194070A | 公開（公告）日： | 2018-06-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 宋超;王蘇健;鄧增社;王鵬;黃克軍;黃欣;王寧 | 申請（專利權(quán)）人： | 陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責任公司 |
| 主分類號： | E21B43/26 | 分類號： | E21B43/26;E21B43/16;E21B7/18;E21F7/00 |
| 代理公司： | 西安通大專利代理有限責任公司 61200 | 代理人： | 齊書田 |
| 地址： | 710077 陜西省西安市*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 水力割縫 鉆頭 超聲波換能器 超聲激勵 套管 瓦斯抽采系統(tǒng) 一體化裝置 復合強化 超聲波發(fā)生器 復雜地質(zhì)條件 單項技術(shù) 電纜連接 高壓軟管 技術(shù)難題 礦井瓦斯 煤層瓦斯 套管頂部 有機結(jié)合 有效促進 高壓泵 射流孔 滲透率 抽采 解吸 煤層 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明公開了一種超聲激勵與水力割縫一體化裝置、復合強化瓦斯抽采系統(tǒng)及方法，包括套管，套管頂部固定有水力割縫鉆頭，水力割縫鉆頭的周向上設(shè)有若干水力割縫鉆頭射流孔，套管底部通過高壓軟管連接至高壓泵，水力割縫鉆頭的下部設(shè)置有超聲波換能器，且超聲波換能器套設(shè)在套管上，所述超聲波換能器通過電纜連接至超聲波發(fā)生器。本發(fā)明通過超聲激勵與水力割縫的有機結(jié)合，實現(xiàn)了兩種單項技術(shù)的優(yōu)勢互補，有效促進煤層瓦斯解吸，提高煤層滲透率，解決礦井瓦斯抽采技術(shù)難題，且適用于各種復雜地質(zhì)條件，應(yīng)用范圍較廣。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及煤礦瓦斯治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲激勵與水力割縫一體化裝置、復合強化瓦斯抽采系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)
我國煤層瓦斯賦存地質(zhì)條件復雜，煤層滲透率低、瓦斯含量高，導致瓦斯難于抽采，嚴重制約了礦井的安全高效回采，同時，我國煤層氣埋深2000m 以內(nèi)的儲量約3.146×1013m3，該部分資源的開發(fā)利用既可以有效降低大氣溫室效應(yīng)，又可以降低煤礦瓦斯災(zāi)害。
為了高效抽采煤層瓦斯，國內(nèi)外學者開展了大量的煤層瓦斯激勵開采技術(shù)研究，主要包括：人工造穴、水力割縫、水力壓裂、注氣和物理場激勵等，但各種單項技術(shù)都有其優(yōu)缺點，不能滿足各種各樣的復雜瓦斯地質(zhì)條件。
超聲波在促進煤層瓦斯解吸擴散方面，其作用機理主要是超聲波的機械振動、熱效應(yīng)作用。首先，超聲波在煤體內(nèi)傳播過程中產(chǎn)生機械振動，煤體質(zhì)點發(fā)生位移并易破碎，使煤體中產(chǎn)生新的裂縫網(wǎng)，造成煤的裂隙和孔隙增多，有利于煤層氣的擴散和滲流；其次，實驗表明，聲波熱效應(yīng)可以促進瓦斯解吸擴散，降低煤對瓦斯的吸附能力。但受機械波特性限制，超聲波在煤體內(nèi)的傳播衰減速度快，因此其造縫效果有限。
水力割縫技術(shù)利用高壓水射流切割一條具有一定寬度和厚度的水平卸壓槽，形成煤體裂隙通道，但伴隨著裂隙形成的過程，大量的壓裂水進入到煤體的裂隙通道內(nèi)，水浸潤煤體后，堵塞煤體內(nèi)微觀孔隙，不利于瓦斯解吸，同時煤體裂隙通道內(nèi)的水也阻礙了煤層瓦斯的擴散。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超聲激勵與水力割縫一體化裝置、復合強化瓦斯抽采系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明通過超聲激勵與水力割縫技術(shù)的有機結(jié)合，不僅能夠解決各個單項技術(shù)存在的問題，而且能夠進一步提高瓦斯抽采效果。一方面超聲波借助水媒介能夠得到有效傳播，利于提高水力割縫后煤體微裂隙的進一步拓展；另一方面，超聲波能夠有效解除水封現(xiàn)象，破碎霧化煤體裂隙內(nèi)的水分，疏通瓦斯裂隙通道，有利于瓦斯的擴散。
為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種超聲激勵與水力割縫一體化裝置，包括套管，套管頂部固定有水力割縫鉆頭，水力割縫鉆頭的周向上設(shè)有若干水力割縫鉆頭射流孔，套管底部通過高壓軟管連接至高壓泵，水力割縫鉆頭的下部設(shè)置有超聲波換能器，且超聲波換能器套設(shè)在套管上，所述超聲波換能器通過電纜連接至超聲波發(fā)生器。
進一步地，超聲波換能器內(nèi)側(cè)與套管外側(cè)之間設(shè)有滾珠軸承。
進一步地，套管外側(cè)設(shè)有螺紋。
一種基于超聲激勵與水力割縫一體化裝置的復合強化瓦斯抽采系統(tǒng)，包括設(shè)置在煤層上的措施鉆孔，水力割縫鉆頭及超聲波換能器設(shè)置在措施鉆孔中，措施鉆孔的兩側(cè)對稱設(shè)置有抽采鉆孔，抽采鉆孔中設(shè)置有瓦斯抽采管路，瓦斯抽采管路的底部連接有瓦斯輸送管路。
進一步地，瓦斯抽采管路上設(shè)置有采樣口，采樣口上設(shè)置有截止閥。
進一步地，瓦斯抽采管路的底部通過法蘭盤連接有瓦斯輸送管路。
一種復合強化瓦斯抽采系統(tǒng)的瓦斯抽采方法，包括以下步驟：
步驟一：在煤層取煤樣進行不同頻率超聲波作用下瓦斯解吸實驗，確定最佳頻率范圍f0～f1；
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