[發明專利]本煤層水力造穴結合鉆孔注熱增透促抽方法

有效

• 申請號: 202011223132.2
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112412417B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 袁軍偉;蔣曉改;李志強;許彥鵬;呂閏生;岳高偉;夏靜怡;王遙
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/00;E21B7/18;E21B33/13;E21B33/138;E21B36/00
• 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

本煤層水力造穴結合鉆孔注熱增透促抽方法，包括以下步驟，在工作面順槽施工順槽鉆孔，相鄰兩個鉆孔之間的距離為7?10m，任意相鄰兩個鉆孔分別命名為注熱孔和抽采孔。對鉆孔進行設置抽采管，將專用封孔器送入第二抽采管內封孔；通過專用封孔器向注熱孔內注入高溫、高壓的氮氣，鄰近的抽采孔一直在正常瓦斯抽采，保證加熱后煤體逸出氣體被及時抽走；將該注熱孔內的抽采管連接抽采系統，進行瓦斯抽采工作，進一步強化瓦斯抽采效果。綜上所述，本發明原理科學，封孔嚴實，安全可靠，與水力沖孔相結合，注熱強化促抽效果大大增強，可廣泛應用于石門揭煤、過斷層、采掘工作面增透促抽、強化瓦斯抽采等工作，應用前景廣闊。

技術領域

本發明屬于煤礦安全生產技術領域，具體涉及一種本煤層水力造穴結合鉆孔注熱增透促抽方法。

背景技術

我國大部分煤層具有“三低一高”（低滲透性、低飽和度、低儲層壓力，高變質程度）的特征。煤層的低滲透性導致瓦斯抽采困難，造成礦井“抽-掘-采”失調，形成重大安全生產隱患，為煤礦瓦斯事故的發生埋下隱患。因此，國內外學者研究提出了水力割縫、保護層開采、深孔爆破、CO₂相變致裂等煤層增透促抽技術措施。但由于種種原因所限，從技術和經濟角度衡量，目前所常用的各種技術措施增透效果尚需進一步提升。

煤體瓦斯解吸速度與煤體溫度密切相關。相關研究結果表明，煤體溫度升高1℃，煤體瓦斯解吸能力提升8%左右。因此，可以通過對煤體加熱的辦法，強化煤體瓦斯解吸，提升瓦斯抽采效果。但現有的煤體加熱技術多采用紅外、微波等非接觸式加熱方式，這些方法雖然可快速加熱煤體，但具有衰減速度快、耗能高、易損壞、設備無法重復利用等缺點，難以大范圍推廣應用；也有部分學者提出向煤層注入過熱水或水蒸汽的方法加熱煤體，雖可有效加熱煤體，但水蒸汽及熱水進入煤體后，會在煤體孔隙內形成“水鎖效應”，抑制了煤體瓦斯的解吸，反而降低了瓦斯抽采效果。此外，若向煤體內注入高溫介質具有氧化性（如空氣），則有可能造成鉆孔內煤體發火現象，從而帶來新的安全問題。因此，采取注熱強化促抽技術措施時，亟需尋求新的注熱方法、注熱介質和注熱途徑，以期避免產生“水鎖效應”，加強對煤體瓦斯的熱驅作用和增透促抽作用，有效提升瓦斯抽采效果，緩解礦井“抽-掘-采”平衡問題，且可避免鉆孔發火。

氮氣具有良好的化學穩定性，是一種常見的惰性氣體，本身不燃燒也不助燃，且非常容易制備，造價很低。如果將氮氣加熱后通過鉆孔注入煤體，則可有效提高煤體溫度，可加強對煤體的熱驅作用，強化瓦斯抽采效果；較高的氮氣氣體分壓，可對煤體瓦斯形成置換和驅替效應，進一步強化瓦斯抽采效果；而且氮氣的惰性特征，可以防止鉆孔發火，杜絕火災、瓦斯爆炸、煤塵爆炸等事故。因此，利用高溫氮氣作為介質進行煤層鉆孔注熱強化促抽經濟可行。

對于在井下對注入煤體介質加熱的方法，一般采用發熱電纜、電阻絲等方法進行。但該方法將加熱電纜、電阻絲等直接暴露在空氣或煤體中，在煤礦瓦斯濃度高、煤塵濃度高的氛圍中，存在誘發瓦斯爆炸、煤塵爆炸的危險，容易造成惡性事故。

水力造穴是近幾年新興的增透促抽技術。對于不具備穿層鉆孔水力造穴條件的煤層而言，水力造穴技術是一種在煤層內施工順層鉆孔、通過水力在煤體內掏出一個洞穴，從而使得煤體充分卸壓的一種技術措施。其具體技術原理為：通過在煤層內施工順層鉆孔后實施水力造穴，人為的在煤體沖出一定量的煤炭形成洞穴，為煤體膨脹變形提供了充分的空間；孔周煤體在強大地應力的作用下發生蠕變，使煤體及瓦斯由遠處向洞穴運移，引起洞穴影響范圍內地應力降低、煤層充分卸壓、裂隙增加，使煤層透氣性大幅度增高，促進瓦斯解吸和抽采，進而提高瓦斯抽采效果。水力造穴技術不需要施工額外的巖巷和鉆孔，大大減少了工程量，有效降低了工程費用。

但僅靠水力造穴技術措施，較難實現區域卸壓，且由于卸壓不均時易造成抽采空白帶，為礦井瓦斯災害防治帶來隱患；而如果要實施大面積水力造穴，則增加了大量的造穴工程量和造穴時間。因此，亟需尋求一種新的技術措施，在保證煤層瓦斯抽采效果和不增加水力造穴工程量的前提下，有效的解決前述問題。