[發明專利]一種基于四向布井的原位熱解流態化瓦斯抽采方法

有效

• 申請號: 201911373403.X
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111173554B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 翟成;徐吉釗;孫勇;叢鈺洲;李宇杰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/00;E21B43/12;E21B43/22;E21B43/243;E21B47/06;E21B47/07
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

一種基于四向布井的原位熱解流態化瓦斯抽采方法，適用于預開采低孔滲易自燃煤層或封閉采空區遺留煤層的瓦斯流態化高效抽采。鉆取四向水平鉆井和周圍四個瓦斯抽采鉆井組成的鉆井組，利用氣體聚能爆破方法對水平鉆井周圍煤體進行致裂破碎，然后將多功能組配裝置固定在可伸縮銅管前端并移動至適當位置；封孔后，將空氣注入水平鉆井內，啟動電極擊火器使破碎煤體發生陰燃。其步驟簡單，使用效果好，有效提高瓦斯的流態化開采和后續的煤體采掘，極大地增加了煤與瓦斯的利用率，具有應用普適性、操作簡單的優勢。

技術領域

本發明涉及一種基于四向布井的原位熱解流態化瓦斯抽采方法，尤其適用于預開采低孔滲易自燃煤層或封閉采空區遺留煤層的瓦斯流態化高效抽采。

背景技術

我國煤層普遍具有瓦斯含量高、滲透率差、埋藏深等特點，致使煤體無法依靠自然條件進行瓦斯抽采，且受到現有煤體開采技術的限制往往導致在采空區遺留大量的煤炭資源，造成遺留煤體及富含的瓦斯氣體等資源的浪費。針對預開采含瓦斯煤層，必須采取先抽瓦斯后采煤的技術方案，降低煤層內的瓦斯壓力和含量至安全界線以下；針對封閉采空區遺留煤層內瓦斯氣體的利用效率，需要采取相應的致裂手段強化瓦斯抽采。目前針對深部煤層及瓦斯氣體等資源的開采，常規手段包括水力壓裂技術、流態化開采相關技術等，在多個礦區開展了現場應用并取得了一定的成效。

然而，上述方法存在著一定的應用限制，例如，水力壓裂技術需要借助大量的高壓水對煤體進行致裂，現場應用對所在區域水資源的含量具有較高的要求；另一方面，對于富含粘土、膨脹土的煤層或潤濕性較強煤層而言，煤基質吸水膨脹行為和孔隙內水鎖效應會污染儲層環境及堵塞基質內瓦斯流動路徑，大大降低瓦斯抽采效率；流態化開采相關技術主要是將煤層溫度升高至上千度使得各種資源通過氣化方式進行開采，而該方法目前主要出于理論研究及概念性階段，受熱注入量、熱量控制、煤層氣化速率等因素的影響，現場應用還處于摸索階段。因此，針對上述存在的問題，需要采取一種新的瓦斯抽采方法，不僅能夠提高預開采煤層或采空區遺留煤層內部的裂隙貫通程度，而且可充分增加煤炭資源和瓦斯資源的最大化利用。

發明內容

技術問題：本發明的目的是克服現有技術所存在的不足之處，提供一種操作簡便、成本低、效果較好的流態化煤層開采的瓦斯抽采方法。

技術方案：本發明的基于四向布井的原位熱解流態化瓦斯抽采方法，其體步驟為：

a.利用鉆機向預開采煤層或封閉采空區遺留煤層內鉆取若干個鉆井組，每一個鉆井組包括一個四向水平鉆井和四個瓦斯抽采鉆井，四向水平鉆井包括一個垂直鉆孔，垂直鉆孔低端利用利用轉向鉆頭分別向四個方向水平布置鉆孔，四個瓦斯抽采鉆井分別與垂直鉆孔平行，并分別布置在四個方向水平布置鉆孔的水平延伸方向的延長路徑上方，每一個瓦斯抽采鉆井下鉆位置位于水平鉆井的軸線方向上，鉆井完成深度位于水平鉆井上側1-3m位置；

b.在四向水平鉆井的垂直鉆孔和四個方向水平布置鉆孔中布置伸縮銅管，垂直鉆孔中的可伸縮銅管一端通過設置在垂直鉆孔底部的五向分流閥門與分別四個方向水平布置鉆孔中的可伸縮銅管一端連接，四個方向水平布置鉆孔重布置的可伸縮銅管，另一端均設置有多功能組配裝置，在垂直鉆孔中可伸縮銅管頂端外側設置封孔器封孔，多功能組配裝置內設置有壓力傳感器、氣體探測器、溫度傳感器和擊火器，四個多功能組配裝置分別布置在四向水平鉆井內三分之二井長設計位置；

c.在四個瓦斯抽采鉆井中分別布置抽采管，并在抽采管頂端上設置封孔器封孔，抽采管通過管路連接負壓風機；

d.將多功能組配裝置的導線通過可伸縮銅管與地面主機連接，并使用三向閥將氣源與可伸縮銅管內連通，氣源包括氣體混合罐體，氣體混合罐體出口通過注氣管路設有空氣壓縮泵；

e.啟動空氣壓縮泵，將定量氣體按照設定好的流速從氣體混合罐體沿注入管路和可伸縮銅管持續注入到四向水平鉆井內，當壓力傳感器檢測到四向水平鉆井內氣體壓力值維持1h不變后，且溫度傳感器檢測到煤體溫度持續上升至200℃時，啟動擊火器使鉆孔周圍的煤體發生陰燃；