[發明專利]逐級增透煤層強化瓦斯抽采裝置及其使用方法

在審

• 申請號: 201910365855.7
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN109915199A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 楊明;柳磊;張學博;劉佳佳;賈智偉;毛俊睿;柴沛
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/26
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

逐級增透煤層強化瓦斯抽采裝置，包括注水泵、水箱、超聲波發射器、超聲波控制開關、超聲波發生器、液氮泵、制氮機、抽采泵和儲氣罐，煤層內鉆設有至少兩個凍融鉆孔，相鄰兩個凍融鉆孔中間的煤層內鉆設有一個瓦斯抽采鉆孔；每個凍融鉆孔內均插設有一根注水管和液氮管，各根注水管與注水泵連接，注水泵與水箱連接；超聲波發射器在每個凍融鉆孔內均設置有若干個并與超聲波控制開關連接，超聲波控制開關與超聲波發生器連接；各根液氮管與液氮泵連接，液氮泵與制氮機連接；瓦斯抽采鉆孔內均插設有一根抽采管，抽采管與抽采泵連接，抽采泵與儲氣罐連接。本發明能夠使煤層裂隙數量及裂縫長度大幅度提升，增加煤層透氣性，提供良好的瓦斯抽采條件。

技術領域

本發明涉及煤層瓦斯抽采技術領域，具體的說，涉及一種逐級增透煤層強化瓦斯抽采裝置及其使用方法。

背景技術

我國是一個煤炭資源大國，富含充足的煤層氣資源。煤層氣儲量與天然氣相當，隨著全球變暖問題的嚴重性，煤層氣作為一種清潔能源受到越來越多的關注。美國、加拿大等國家以低階煤煤層氣開發為主，其煤層氣產業發展好。而我國煤層氣開發主要集中于高階煤，煤層氣產業發展較落后。由于高階煤埋藏深、地壓高，煤的滲透率低，瓦斯大多集中于微小孔隙，瓦斯抽采效果很差，導致我國煤層氣產業相對落后。為了提高瓦斯抽采率，國內外相繼提出多種增透方法：水力壓裂增透方法、水力割縫增透方法、氣體爆炸增透方法、松動爆破增透方法、水力沖孔增透方法等。但隨著井下的深部開采，現有的增透方法已經無法滿足現代礦井的生產需求。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

發明內容

本發明的目的是提供一種逐級增透煤層強化瓦斯抽采裝置及其使用方法，本發明能夠使煤層裂隙數量及裂縫長度大幅度提升，增加煤層透氣性，提供良好的瓦斯抽采條件。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

逐級增透煤層強化瓦斯抽采裝置，包括水力壓裂模塊、超聲波致裂模塊、液氮凍融模塊和瓦斯抽采模塊，煤層內間隔鉆設有至少兩個凍融鉆孔，相鄰兩個凍融鉆孔中間的煤層內鉆設有一個瓦斯抽采鉆孔，凍融鉆孔和瓦斯抽采鉆孔的外端均通過封孔器封堵；

水力壓裂模塊包括注水泵和水箱，每個凍融鉆孔內沿凍融鉆孔的長度方向均插設有一根注水管，每根注水管的外端均穿過對應的封孔器并伸出對應的凍融鉆孔，各根注水管的外端并聯并與注水泵的出口端連接，注水泵的出口端設有注水控制閥門，注水泵的進口端與水箱連接；

超聲波致裂模塊包括超聲波發射器、超聲波控制開關和超聲波發生器，超聲波發射器分別在每個凍融鉆孔內沿凍融鉆孔的長度方向均勻布置有若干個，每個凍融鉆孔內的各個超聲波發射器通過導線依次并聯并與超聲波控制開關連接，超聲波控制開關與超聲波發生器連接；

液氮凍融模塊包括液氮泵和制氮機，每個凍融鉆孔內沿凍融鉆孔的長度方向均插設有一根液氮管，每根液氮管的外端均穿過對應的封孔器且伸出對應的凍融鉆孔，各根液氮管的外端并聯并與液氮泵的出口端連接，液氮泵的出口端設有液氮控制閥門，液氮泵的進口端與制氮機連接；

瓦斯抽采模塊包括抽采泵和儲氣罐，每個瓦斯抽采鉆孔內沿瓦斯抽采鉆孔的長度方向均插設有一根抽采管，每根抽采管的外端均穿過對應的封孔器并伸出對應的瓦斯抽采鉆孔，各根抽采管的外端并聯并與抽采泵的進口端連接，抽采泵的進口端設有抽采控制閥門，抽采泵的出口端與儲氣罐連接。

每個凍融鉆孔內沿凍融鉆孔的長度方向安裝有一根支撐管，支撐管的一端插接在封孔器上，每個凍融鉆孔內的各個超聲波發射器等間距安裝在支撐管的外側壁上，導線穿設在支撐管內部；注水管的出口端和支撐管的另一端位于凍融鉆孔的內端頂部，液氮管的出口端位于封孔器內側且臨近封孔器。

相鄰兩個凍融鉆孔的間距為6m，凍融鉆孔和瓦斯抽采鉆孔的間距為3m。

超聲波發生器的工作頻率為20-30kHz，最大輸出功率1000W。