[發(fā)明專利]一種高瓦斯煤層原位熱解瓦斯流態(tài)化開采方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911385708.2
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111119982B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翟成;徐吉釗;辛海會;宋正昶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21F17/00;E21F17/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

一種高瓦斯煤層原位熱解瓦斯流態(tài)化開采方法，適用于低滲透性、低溫強氧化性、高瓦斯含量煤層或封閉采空區(qū)遺留煤層使用。從地面向目標(biāo)煤層或封閉采空區(qū)遺留煤層鉆取水平鉆井和瓦斯抽采鉆井，利用爆破方式使得水平鉆井周圍產(chǎn)生大量的裂隙，豎井封孔，將適當(dāng)流速的空氣注入水平鉆井內(nèi)，當(dāng)目標(biāo)煤層或遺留煤層與少量空氣接觸一定時間后，使用擊火器使煤層發(fā)生陰燃，升高的溫度可誘發(fā)大量多尺度孔裂隙間的貫通，促進(jìn)煤層中的吸附瓦斯解吸，同時，陰燃產(chǎn)生的CO₂氣體可有效驅(qū)替煤基質(zhì)內(nèi)吸附態(tài)瓦斯，使其沿著裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)生滲流擴散，最終經(jīng)由瓦斯抽采鉆井進(jìn)行負(fù)壓抽采。該方法可行性高，操作簡單，能夠最大限度地實現(xiàn)煤炭資源高效利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高瓦斯煤層原位熱解瓦斯流態(tài)化開采方法，尤其適用于低滲透性、低溫強氧化性、高瓦斯含量煤層或封閉采空區(qū)遺留煤層使用的高瓦斯煤層原位熱解瓦斯流態(tài)化開采方法。

背景技術(shù)

隨著開采深度的不斷增加，高地應(yīng)力使得高強度煤層普遍具有變質(zhì)程度高、結(jié)構(gòu)致密且孔隙度低、滲透性差等特性，且由于開采技術(shù)的限制，許多封閉采空區(qū)通常存在大量的遺留煤層。相應(yīng)地，待開采煤層需要滿足先瓦斯抽采后采煤的施工順序，另一方面遺留煤層內(nèi)含有大量的瓦斯氣體，為提高這兩類煤層區(qū)域內(nèi)的瓦斯抽采與利用效率，目前主要水力壓裂技術(shù)、注熱技術(shù)(微波、注熱氣等形式)等增透方式。

然而，常規(guī)煤層增透方式存在著一定的缺陷性，例如，水力壓裂技術(shù)需要提供較大體積量的水資源，增加了缺水地區(qū)的用水壓力，對于水敏性較強的煤層，大量的壓力水注入煤層后會導(dǎo)致煤層內(nèi)孔裂隙結(jié)構(gòu)發(fā)生水鎖反應(yīng)，堵塞CH₄氣體流動通道，大大降低了CH₄抽采效率；注熱技術(shù)需要借助大量的水蒸氣、微波輻射等加熱方法使煤層內(nèi)的溫度升高，從而產(chǎn)生許多不同尺度的孔裂隙結(jié)構(gòu)，促進(jìn)吸附態(tài)瓦斯解吸成為游離態(tài)，沿著孔裂隙結(jié)構(gòu)發(fā)生滲流擴散，但是也存在一定的應(yīng)用限制，例如，提高煤體溫度使其達(dá)到破碎的溫度時所需的水蒸氣或電能消耗量極大，對現(xiàn)場應(yīng)用缺乏一定的可行性；其次，較高的溫度容易引發(fā)煤體自燃或瓦斯爆炸，具有較差的災(zāi)變可控性。因此，針對上述存在的技術(shù)問題和應(yīng)用限制，亟需一種新型的瓦斯抽采方法，不僅能夠高效率提高瓦斯抽采效率，而且能夠保證增加資源的高效低碳應(yīng)用，減少遺留煤炭資源和CH₄氣體的浪費。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種操作簡便、成本低、效果較好的高瓦斯煤層原位熱解瓦斯流態(tài)化開采方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的高瓦斯煤層原位熱解瓦斯流態(tài)化開采方法，使用多功能組配裝置，多功能組配裝置內(nèi)分別固定有溫度傳感器、氣體探測器、擊火器頭和壓力傳感器，多功能組配裝置設(shè)置在銅管的頭部，銅管內(nèi)設(shè)有溫度傳感器線、氣體探測器線、擊火器線和壓力傳感器線，銅管尾部設(shè)有溫度監(jiān)測裝置、多組分氣體監(jiān)測裝置及壓力監(jiān)測裝置，銅管內(nèi)其他空間提供空氣流動空間，銅管的空氣流動空間通過三向閥通過空氣注入管與氣體壓縮泵和多組分氣體混合槽車進(jìn)行連接；

其特征在于步驟如下：

a首先利用鉆機穿過地層向目標(biāo)煤層或采空區(qū)遺留煤層鉆取豎向鉆井，并利用轉(zhuǎn)向鉆頭在豎向鉆井的鉆孔底部沿煤層走向鉆取水平鉆井，并在豎向鉆井旁平行設(shè)置瓦斯抽采鉆井，并確保瓦斯抽采鉆井底端位于水平鉆井上側(cè)方向，使用液態(tài)CO₂相變致裂技術(shù)對水平鉆井進(jìn)行聚能爆破，使水平鉆井井壁產(chǎn)生大量的裂隙；

b將銅管沿豎向鉆井給入到水平鉆井內(nèi)三分之二設(shè)計長度位置，將瓦斯抽采管插入瓦斯抽采鉆井內(nèi)，利用帶有高精計數(shù)單向閥門的封孔器分別對豎向鉆井和瓦斯抽采鉆井進(jìn)行常規(guī)密封；

c啟動氣體壓縮泵，將多組分氣體混合槽車中的空氣以特定流速和流量沿銅管持續(xù)注入水平鉆井內(nèi)，利用氣體探測器持續(xù)讀取水平鉆井內(nèi)氧氣濃度，待水平鉆井內(nèi)氧氣濃度大于20％時，啟動擊火器頭產(chǎn)生火花，使得水平鉆井內(nèi)的破碎煤體發(fā)生陰燃；