[發(fā)明專利]低滲透強(qiáng)吸附性煤體注熱封孔器

在審

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• 申請日: 2021-08-31
• 公開（公告）號: CN113586130A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李守瑞;王廣宏;陳亮;徐彬;趙坤;汪長明;歐聰;何明川;張勁松;李向往;趙華軍;陶冬;張君平;張堯;劉建華;周中強(qiáng);李文;于寶種;黃森林;王正帥;張志剛;張沖;王建軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21F17/00;E21B33/13;E21B43/00;E21B43/24
• 代理公司: 重慶強(qiáng)大凱創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50217
• 代理人: 陳家輝

本發(fā)明涉及瓦斯抽采領(lǐng)域，具體涉及低滲透強(qiáng)吸附性煤體注熱封孔器，包括注熱管、注氣管和排氣管，注熱管上套有若干封孔袋，封孔袋通過注氣管連通，排氣管位于注熱管內(nèi)，排氣管包括進(jìn)氣端和排氣端，進(jìn)氣端和排氣端均貫穿注熱管的側(cè)壁，進(jìn)氣端位于封孔袋和注熱管的末端之間。采用本技術(shù)方案時(shí)，便于對煤層的鉆孔進(jìn)行封堵，另外便于抽出已降溫空氣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及瓦斯抽采領(lǐng)域，具體涉及低滲透強(qiáng)吸附性煤體注熱封孔器。

背景技術(shù)

煤層瓦斯預(yù)抽是解決煤礦瓦斯事故的根本措施之一。煤體中賦存的瓦斯以吸附態(tài)和游離態(tài)為主，吸附態(tài)瓦斯轉(zhuǎn)化為游離態(tài)瓦斯主要受控于兩個(gè)因素：煤儲(chǔ)層壓力和溫度。目前，我國大部分煤礦均采用降低煤儲(chǔ)層壓力的方法預(yù)抽瓦斯。針對煤體注熱治理瓦斯技術(shù)，國內(nèi)外技術(shù)人員開展了一系列研究工作，并取得了大量的研究成果。

已有研究成果表明：溫度是影響煤層瓦斯吸附、解吸、滲流作用的一個(gè)重要因素。如：馬東民等進(jìn)行了等溫條件下煤層瓦斯吸附解吸試驗(yàn)，分析認(rèn)為提高儲(chǔ)層溫度能促進(jìn)煤層瓦斯解吸過程，在理論上可行，工程中應(yīng)該受到重視；梁冰等根據(jù)瓦斯的吸附解吸規(guī)律和煤與瓦斯固流耦合作用的機(jī)制，建立了非等溫條件下瓦斯流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，并給出用有限元求其數(shù)值解的方法及程序；王軼波等通過試驗(yàn)證明在低溫條件下煤層瓦斯解吸速度比常溫和變溫條件下慢；易俊等通過聲場轉(zhuǎn)化為熱能以提高煤層系統(tǒng)的溫度，實(shí)現(xiàn)了聲場促進(jìn)煤層瓦斯解吸擴(kuò)散的數(shù)值模擬；何滿潮等通過物理模擬單軸應(yīng)力–溫度作用下吸附瓦斯運(yùn)移過程，得出溫度升高是誘發(fā)煤體中吸附瓦斯大量解吸因素之一；彭守建等通過開展不同初始瓦斯壓力和不同地應(yīng)力水平下抽采瓦斯的物理模擬試驗(yàn)，得出抽采瓦斯流量和溫度的變化具有很好的相關(guān)性，表現(xiàn)出在抽采初期下降較快，后期下降緩慢，其中溫度隨時(shí)間的下降量符合對數(shù)函數(shù)關(guān)系；楊新樂等建立了以孔隙流體壓力、煤巖骨架質(zhì)點(diǎn)位移、絕對溫度為基本變量的熱-流-固耦合模型，揭示了煤層注熱后煤層氣滲流、應(yīng)力、傳熱之間的內(nèi)在聯(lián)系，表明注熱后煤層氣產(chǎn)量大幅增加，是低滲透煤層氣增產(chǎn)的有效途徑。

注熱方式通常是采用注熱管插入煤層的鉆孔內(nèi)，然后將加熱設(shè)備內(nèi)的熱空氣注入輸送管，注熱管與輸送管連接后，熱空氣經(jīng)輸送管和注熱管注入鉆孔內(nèi)；但是由于注熱管和鉆孔的孔壁之間存在間隙，瓦斯容易經(jīng)間隙逸出，另外，熱空氣經(jīng)輸送管和注熱管注入鉆孔內(nèi)后溫度已經(jīng)降低，溫度降低后的空氣不及時(shí)從鉆孔內(nèi)大量排出，會(huì)影響熱空氣將吸附態(tài)瓦斯轉(zhuǎn)化為游離態(tài)瓦斯，從而影響瓦斯的解吸量和排出效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種便于對煤層的鉆孔進(jìn)行封堵，另外便于抽出已降溫空氣的封孔器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供低滲透強(qiáng)吸附性煤體注熱封孔器，包括注熱管、注氣管和排氣管，注熱管上套有若干封孔袋，封孔袋通過注氣管連通，排氣管位于注熱管內(nèi)，排氣管包括進(jìn)氣端和排氣端，進(jìn)氣端和排氣端均貫穿注熱管的側(cè)壁，進(jìn)氣端位于封孔袋和注熱管的末端之間。

本方案的技術(shù)效果是：將注熱管、封孔袋、注氣管和排氣管送入鉆孔內(nèi)后，向注氣管內(nèi)注氣，待封孔袋注氣膨脹并將鉆孔完全封堵后，停止向封孔袋內(nèi)注氣；然后向注熱管內(nèi)通入熱空氣，熱空氣經(jīng)注熱管和鉆孔進(jìn)入煤層后，將吸附態(tài)瓦斯轉(zhuǎn)化為游離態(tài)瓦斯，由于封孔袋已將鉆孔完全封堵，所以瓦斯不會(huì)從注熱管和鉆孔的側(cè)壁之間逸出；而且向煤層內(nèi)注入熱空氣時(shí)，隨著鉆孔內(nèi)瓦斯解吸量增多，鉆孔內(nèi)壓力增大，熱空氣的注入量明顯減少，則使用抽采設(shè)備與排氣管連接將鉆孔內(nèi)氣體抽出，確保鉆孔內(nèi)壓力穩(wěn)定；另外向鉆孔內(nèi)注入熱空氣時(shí)，由于熱空氣經(jīng)注熱管注入鉆孔內(nèi)后溫度已經(jīng)降低，因此，抽采時(shí)還可以將已降溫的空氣抽出，達(dá)到熱空氣不斷注入鉆孔內(nèi)的目的，從而提高瓦斯的解吸量和排出效率。

進(jìn)一步的，封孔袋兩端側(cè)壁的厚度大于周向側(cè)壁的厚度。本方案的技術(shù)效果是：確保封孔袋在注氣時(shí)實(shí)現(xiàn)徑向膨脹。

進(jìn)一步的，封孔袋與注熱管粘接。本方案的技術(shù)效果是：有利于提高封孔袋的穩(wěn)定性。