CN106499366A - 一种微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法 - Google Patents

一种微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法 Download PDF

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Abstract

一种微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法，尤其适用于松软高瓦斯煤层。将微波天线和超声波换能器送入地面井，并分别与微波发生器和超声波发生器连接，打开微波发生器和超声波发生器，通过弹性波扰动煤体，同时，微波加热促进煤层气解吸并在煤层内催生出孔裂隙，煤层气在微波和超声波的协同作用下向地面井运移，最后抽采煤层气。本发明对改进煤层气的抽采，提高煤矿开采的安全性具有重要的意义。

Description

一种微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法
技术领域
本发明涉及一种微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法，属于煤矿井下瓦斯解吸相关技术领域，尤其适用于松软高瓦斯煤层。
背景技术
我国大部分煤层为高瓦斯压力、高地应力和低渗透性煤层，煤层开采过程中瓦斯动力现象严重，同时煤层透气性差，导致大部分煤层抽采困难，严重影响瓦斯的抽采利用率煤。如何提高煤体的渗透性、促进煤层瓦斯解吸和开采是矿井瓦斯治理和煤层气开采中的关键理论和技术问题。随着煤层瓦斯治理研究工作的深入开展，很多学者达成了一定的共识，即通过水利化措施进行煤层的卸压增透，提高煤层渗透率，强化预抽煤层瓦斯。同时振动可促使煤体内的裂隙发育发展，受振后煤体的抗压强度和弹性模量降低。超声波作用于煤体后吸附甲烷量明显减少，吸附能力降低，从而促进煤层气解吸。水力化措施是瓦斯治理的有效方法，然而外来水的侵入易造成水锁效应，水锁效应是抑制瓦斯抽采的不良因素，如何快速、有效地解除水锁效应已成为实现煤矿提高瓦斯抽采中亟待解决的重大问题之一，因此，亟需研发一种新的微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法，以解决该项技术的应用瓶颈。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种方法简单、能够大幅提高促进煤层气解吸的微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法。
技术方案：本发明的微波热效应与超声波共振致裂相协同的煤层增透方法，包括在煤层中施工一个地面井，还包括以下步骤：
a、在施工完成后的地面井内送入套管和抽采管，套管和抽采管的前端到达煤层中部；
b、将微波天线连接在同轴波导前端，然后送入套管内，直至微波天线到达套管的内端；
c、将同轴波导的外露端连接到波导转换器上，波导转换器上依次连接有矩形波导和微波发生器；
d、在套管的内部放入温度传感器，并将温度传感器与微波发生器相连接；
e、在套管的内部放入超声波换能器，并将超声波换能器与超声波发生器相连接；
f、打开微波发生器，所产生的微波依次通过矩形波导、波导转换器和同轴波导，最后到达微波天线，并由微波天线向地面井进行辐射；
g、打开超声波发生器，所产生的超声波通过超声波换能器向地面井进行辐射；
h、将抽采管与抽采泵连接，进行瓦斯抽采。
所述的微波发生器的工作频率为2.45GHz，功率为2KW。
所述的声波发生器输出可控振动频率70-200Hz，最大功率为1.2KW。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明的声波发生器产生的周期性动力效应有利于瓦斯的解吸和运移，在传播过程中有部分能量转化为热能以及声波振动器的散热效应，一方面使游离瓦斯具有膨胀趋势，一方面使煤体中的吸附态瓦斯解吸，从而增加了煤体内部的瓦斯压力，促进了瓦斯向煤体外的空间运移。对改进矿井瓦斯的抽采工作，提高煤矿开采的安全性具有重要的意义。其方法简单，操作方便，能够大幅提高促进煤层气解吸，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法布置示意图。
图中：1-煤层，2-地面井，3-套管，4-抽采管，5-微波天线，6-同轴波导，7-波导转换器，8-矩形波导，9-微波发生器，10-温度传感器，11-超声波换能器，12-超声波发生器，13-抽采泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法：首先，在煤层1中施工一个地面井2，在施工完成后的地面井2内送入套管3和抽采管4，使套管3和抽采管4的前端到达煤层1中部；然后将微波天线5连接在同轴波导6前端，之后由外向内送入套管3内部，直至微波天线5到达套管3的内端；接着将同轴波导6的外露端连接波导转换器7，波导转换器7依次连接矩形波导8和微波发生器9，所述的微波发生器9的工作频率为2.45GHz，功率为2KW；然后，由外向内在套管3内部放入温度传感器10，并将温度传感器10连接到微波发生器9上；之后在套管3内部放入超声波换能器11，并将超声波换能器11连接到超声波发生器12上，所述的超声波发生器12输出可控振动频率为70～200Hz，最大功率为1.2KW；然后打开微波发生器9，所产生的微波依次通过矩形波导8、波导转换器7和同轴波导6，最后到达微波天线5，并由微波天线5向地面井2进行辐射；接着打开超声波发生器12，所产生的超声波通过超声波换能器11向地面井2进行辐射，在超声波共振和微波热效应的作用下，扩大煤体毛细孔隙，增加裂隙，使气体和固体产生相对运动，从而降低了煤体对瓦斯气体的吸附力；煤体温度升高，瓦斯分子动能增加，甲烷分子脱附能力增强，有效促进了瓦斯解吸，将抽采管4与抽采泵13连接，进行瓦斯抽采。

Claims (3)

1.一种微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法，包括在煤层（1）中施工一个地面井（2），其特征在于，还包括以下步骤：
a、在施工完成后的地面井（2）内送入套管（3）和抽采管（4），套管（3）和抽采管（4）的前端到达煤层（1）中部；
b、将微波天线（5）连接在同轴波导（6）前端，然后送入套管（3）内，直至微波天线（5）到达套管（3）的内端；
c、将同轴波导（6）的外露端连接到波导转换器（7）上，波导转换器（7）上依次连接有矩形波导（8）和微波发生器（9）；
d、在套管（3）的内部放入温度传感器（10），并将温度传感器（10）与微波发生器（9）相连接；
e、在套管（3）的内部放入超声波换能器（11），并将超声波换能器（11）与超声波发生器（12）相连接；
f、打开微波发生器（9），所产生的微波依次通过矩形波导（8）、波导转换器（7）和同轴波导（6），最后到达微波天线（5），并由微波天线（5）向地面井（2）进行辐射；
g、打开超声波发生器（12），所产生的超声波通过超声波换能器（11）向地面井（2）进行辐射；
h、将抽采管（4）与抽采泵（13）连接，进行瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的一种微波与超声波相协同的煤层气强化抽采方法，其特征在于：所述的微波发生器（9）的工作频率为2.45GHz，功率为2KW。
3.根据权利要求1所述的一种微波与超声波相协同的煤层气强化抽采方法，其特征在于：所述的超声波发生器（12）输出可控振动频率为70~200Hz，最大功率为1.2KW。
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