[發明專利]電脈沖激勵超臨界CO2

在審

• 申請號: 202110606038.3
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113389532A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 王海東;陳學習;張鳳巖;李雪冰;秦洪巖;楊濤;高佳慧
• 申請（專利權）人: 華北科技學院(中國煤礦安全技術培訓中心)
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21F7/00
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標代理有限公司 21209
• 代理人: 王東煜

本發明公開了一種電脈沖激勵超臨界CO₂相變壓力響應監測裝置及監測方法，包括高壓點火開關；高壓開關觸發裝置；電容儲能柜；壓力釜；甲烷氣瓶；液態CO₂加注裝置；加注頭；電極；壓力傳感器、數據收集系統；液態CO₂；通信電纜；空壓機。該發明利用高壓電脈沖代替傳統化學藥劑燃燒放熱來激勵超臨界CO₂，具體為通過高壓脈沖放電激勵超臨界CO₂壓力響應實驗裝置，對不同放電電壓等級、放電能量在等容液態CO₂相變為超臨界CO₂狀態壓力進行監測與研究，建立高壓脈沖放電激勵超臨界CO₂壓力響應的數學模型。為高壓電脈沖激勵超臨界CO₂致裂煤層增透技術的實際應用提供理論依據。

技術領域

本發明涉及煤礦安全技術領域，具體為一種電脈沖激勵超臨界CO₂相變壓力響應監測裝置及監測方法。

背景技術

煤炭是我國主要的一次能源。我國能源賦存特點為“富煤、貧油、少氣”，已探明的煤炭儲量占世界煤炭儲量的 33.8%，煤炭產量與消費量長期位居世界首位。2010年煤炭在能源消費中的比重為69.2%，2015年降至64%，2018年煤炭占一次能源消費比例首次低于60%；但未來煤炭仍將占我國能源構成的主體地位，煤炭對于保障我國國民經濟持續發展至關重要。我國煤層賦存條件復雜、煤層透氣性低，開采難度較大，并且我國煤礦產能的95%來自井工礦，大中型煤礦平均開采深度已經達到456m，其中開采深度大于600m的礦井產量占28.5%，礦井開采最深部已達1365m。隨著開采深度的增加，煤層地應力、瓦斯壓力也將隨之增大，煤礦瓦斯動力災害越來越嚴重。根據國家礦山安全監察局查詢系統，從2006年至2020年因瓦斯災害而死亡的人數逐年遞減，但進一步分析每年造成的各類災害死亡人數占比發現，以瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出、瓦斯中毒窒息為主的煤礦瓦斯災害造成的死亡人數仍占據主要煤礦災害總和的37%左右。國家礦山安全監察局對2020年發生的煤礦事故案例進行梳理，公布的2020年全國煤礦事故十大典型案例結果顯示，煤與瓦斯突出事故、瓦斯爆炸事故共占了三項，這提醒我們在瓦斯災害防治領域還有許多工作要做，尤其是高瓦斯低滲透性煤層瓦斯災害防治工作仍是重中之重。目前，低滲透煤層鉆孔壓裂增透技術方法主要是采用水力化增透、深孔爆破及高壓氣體致裂增透。水力化增透主要包括水力壓裂、水力割縫和水力沖孔等技術，高壓氣體致裂增透技術主要包括高壓空氣炮技術及液態CO₂相變氣爆致裂煤層增透技術。

高壓氣體致裂增透技術的現場應用主要是以液態CO₂相變氣爆致裂煤層增透技術為主，液態CO₂相變氣爆的原理是通過加熱藥劑對致裂器內液態CO₂進行瞬時加熱相變為100MPa以上高壓氣體，高壓氣體剪斷阻隔片后作用在鉆孔煤壁，利用瞬間釋放高壓氣體沖擊效應生成初始徑向裂紋，再依靠高壓氣體的尖劈壓裂效應擴展初始裂紋，提高煤層的滲透性。液態CO₂相變氣爆過程屬于低波速爆破，其克服了以往炸藥爆破過程中破壞性大、在煤層鉆孔周邊形成壓實區不利于煤層瓦斯釋放的缺點，應用液態CO₂相變氣爆致裂煤層后，煤層透氣性系數、鉆孔內瓦斯抽采流量及濃度等均得到顯著提高，增透防突效果顯著，該技術為物理爆破，爆破過程本質安全 ；但在應用液態CO₂相變氣爆致裂煤層增透過程中發現該技術存在致裂壓力作用煤壁時間短、增透影響半徑小、設備電阻值受煤層鉆孔內環境影響不穩定及井下環境影響存在拒爆的缺點；通過起爆器激發點火藥頭的引燃方式在煤礦井下運輸過程中存在閃爆的可能；以上這些特點限制了該技術在煤礦井的推廣與應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電脈沖激勵超臨界CO₂相變壓力響應監測裝置及監測方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

本發明采用的技術方案是：