CN110714738A - 超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法及装置，包括如下步骤：在煤层中采用井下防暴钻机施工爆破萃取孔并在爆破萃取孔中安装爆破器材和超临界CO2萃取管路；利用封孔材料对爆破萃取孔进行封孔；利用萃取管路将超临界CO2输入到爆破萃取孔内萃取煤层中的甲烷；将爆破萃取孔内爆破器材进行引爆，完成瓦斯的治理过程。本发明充分利用超临界CO2的特殊的物理化学性质和深孔卸压控制爆破的优点。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯防治技术领域，具体涉及超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法及装置。
背景技术
随着矿井开采深度、煤层瓦斯含量、压力的增加，低瓦斯矿井转变为高瓦斯矿井，高瓦斯矿井变成了煤与瓦斯突出矿井。
煤(岩)与瓦斯突出是煤矿生产过程中常见的复杂动力现象。我国是世界上突出最严重的国家，煤(岩)与瓦斯突出已成为我国煤矿安全生产的主要威胁之一。
由于突出煤层大多为低透气性、难抽采煤层，瓦斯抽采和治理难度也随之增加，安全生产成本和风险亦加大。
目前国内常用的低透气性煤层强化增透技术主要为：保护层开采、水力冲孔(割缝)、水力压裂、CO2致裂增透、大直径钻孔和深孔松动爆破、深孔卸压控制爆破与瓦斯抽采等措施。
开采保护层是防止突出最简单、最有效、最经济的区域性措施。自1937年法国最早使用这一措施以来，几乎所有发生突出的国家，只要具备开采保护层条件的都采用了这种措施。我国自1958年以来先后在北票、重庆、淮南和阳泉地区进行了开采保护层防突的试验，取得了显著效果，以后又逐渐在其他矿区推广应用。但是，开采保护层措施的应用受到煤层赋存条件的限制，在开采单一煤层、煤层群中层间距很大以及各开采煤层都具有突出危险的情况下，将没有或没有合适的保护层可供选择。据统计，我国突出矿井中具有保护层开采条件的仅占三分之一。
水力冲孔措施适用于地应力大、瓦斯压力大、煤质松软、易于粉化和流变的突出煤层。
水力压裂防突技术在我国首先由原煤科总院抚顺分院提出，并先后在山西阳泉、湖南红卫、抚顺、焦作等煤矿进行现场试验，取得了较好的实验效果，后逐步在国内其他煤矿推广应用。然而2014年10月5日18时46分左右，河南煤化集团贵州永贵能源有限责任公司黔西新田煤矿在1404回风顺槽工作面实施水力压裂过程中，发生了煤与瓦斯突出，造成了重大伤亡事故。
大直径卸压钻孔是在工作面前方始终保持着一定数量的超前钻孔用以预防突出的发生。但是由于直径较大，打钻时往往产生夹钻、喷瓦斯、喷煤粉和孔内突出的现象，使钻孔打不到预定深度而不能预防突出的发生，也影响了掘金速度。
松动爆破作为防止煤(岩)和瓦斯突出的局部措施，在我国应用较多并且也取得了许多有益的经验。松动爆破的优点是工艺简单，简便易行，易于推广。但是他也有其难以克服的缺点：炮眼孔径太小，装药难以到位，装药时间长等。若装药满足不了要求，则不仅起不到防止煤(岩)和瓦斯突出的作用，而且还可能诱导突出的发生。该措施适用于地应力大、瓦斯压力大、煤质坚硬的煤层或岩层。
CO2致裂增透技术，CO2致裂技术充分利用液态CO2具有受热瞬间汽化产生高压气体爆破能量，造成煤(岩)体破裂、透气性增加而实现瓦斯抽采达标时间缩短的，同时CO2的亲煤特性比瓦斯亲煤特性强的多，能将吸附在煤体的瓦斯趋替置换出来，使之成为游离瓦斯。但是，根据笔者在贵州、河南、山西等多处煤矿进行CO2致裂增透技术应用情况总结，CO2致裂增透技术对于煤层赋存比较稳定、硬度较大易于成孔的条件下致裂效果尚好，而对于松软、赋存条件变化较大的煤层不仅致裂器安装困难、数量也难以保证，效果起伏变化较大，常常达不到瓦斯治理要求。
深孔卸压控制爆破与瓦斯抽采技术，根据笔者十几年在安徽(国投新集一、二矿、刘庄矿)、贵州(水矿集团大湾矿东、西、中井、文家坝矿、中耀矿业有限公司织金县珠藏镇金龙川煤矿、湖北宜化集团恒泰煤矿、贵州中岭矿业有限公司)等多处煤矿现场应用看，深孔卸压控制爆破与瓦斯抽采技术对于烟煤(含焦煤、气煤、肥煤)煤层条件下应用效果明显，可以实现快速消突和抽采达标。而对于高吸附率、低透气性、钻孔流量瓦斯衰减系数高的无烟煤，虽有一定效果，但抽采达标时间较烟煤有所延长。
由上述可知：现有防突措施各有其优缺点和局限性，这就需要我们研究探索新的防治煤(岩)和瓦斯突出的措施。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
有鉴于此，本发明的目的在于提供超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法及装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法及装置，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在煤层中采用井下防暴钻机施工爆破萃取孔并在爆破萃取孔中安装爆破器材和超临界CO2萃取管路；步骤2：利用封孔材料对爆破萃取孔进行封孔；步骤3：利用萃取管路将超临界CO2输入到爆破萃取孔内萃取煤层中的甲烷；步骤4：将爆破萃取孔内爆破器材进行引爆，完成瓦斯的治理过程。
本发明的有益效果是：本发明充分利用超临界CO2的特殊的物理化学性质(具有增能驱动作用、压裂作用、降低分压作用、竞争吸附置换作用和过滤吸附置换等作用，同时具有较强的亲煤特性和吸附后的不可逆性)和深孔卸压控制爆破的优点(具有松动爆破和大直径卸压钻孔的双重作用)，将二者有机结合，使得高吸附率、低透气性、钻孔瓦斯流量衰减系数大、松软、难以抽放的煤层快速消突与抽采达标成为现实，同时增加了有效掘进时间，提高了掘进工作面单进水平和效率，为矿井采掘正常接替提供了技术保障。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，所述爆破萃取孔直径大于或等于94mm，所述爆破萃取孔深度大于或等于20m。
采用上述进一步方案的有益效果是此范围为常用范围，且在此范围内具有很好的爆破效果及超临界CO2萃取效果。
进一步，所述步骤3中爆破萃取孔内超临界CO2压力值≯10MPa。
采用上述进一步方案的有益效果是在此范围内，超临界二氧化碳具有很好的萃取效果。
进一步，还包括如下步骤：还包括在步骤1之前进行的如下依次步骤：a：在煤层中施工抽采控制孔；b：利用封孔材料对所述抽采控制孔进行封孔c：进行瓦斯抽采。
采用上述进一步方案的有益效果是能够达到瓦斯利用的浓度，提高了抽采效率，进行瓦斯抽采能够瓦斯利用率，减少温室气体的排放和环境污染。
进一步，所述抽采控制孔直径大于或等于75mm，所述抽采控制孔深度大于或等于20m。
采用上述进一步方案的有益效果是此范围为常用范围，且在此范围内具有很好的抽采效果。
进一步，所述瓦斯抽采为负压抽采，负压为大于或者等于13Kpa。
采用上述进一步方案的有益效果是负压抽采能够充分抽采，负压为13Kpa或以上进一步提高抽采效果。
本发明还涉及一种瓦斯治理装置，包括爆破器材和萃取管路，所述爆破器材位于爆破萃取孔内，所述爆破萃取孔的外段为封孔密闭段，采用不燃性封孔材料进行封堵，内段为爆破卸压萃取段，装有所述爆破器材并充有CO2气体，所述萃取管路穿过所述爆破萃取孔封孔材料与所述爆破萃取孔相连通，所述超临界CO2通过所述萃取管路输入所述爆破卸压萃取段。
采用上述进一步方案的有益效果是本发明装置能够实现将超临界CO2的特殊的物理化学性质(具有增能驱动作用、压裂作用、降低分压作用、竞争吸附置换作用和过滤吸附置换等作用，同时具有较强的亲煤特性和吸附后的不可逆性)和深孔卸压控制爆破的优点(具有松动爆破和大直径卸压钻孔的双重作用)有机结合的目的，使得高吸附率、低透气性、钻孔瓦斯流量衰减系数大、松软、难以抽放的煤层快速消突与抽采达标成为现实，同时增加了有效掘进时间，提高了掘进工作面单进水平和效率，为矿井采掘正常接替提供了技术保障。
进一步，所述爆破器材包括至少两个雷管和炸药，至少两个所述雷管位于所述炸药内，所述瓦斯治理装置还包括装药引导器、装药管、雷管脚线和母线，所述装药管一端与所述装药引导器相连接，所述装药管内填充有所述爆破器材，至少两个所述雷管与所述雷管脚线一端连接，所述雷管脚线另一端与所述母线连接，所述母线穿过所述爆破萃取孔封孔材料。
采用上述进一步方案的有益效果是本发明的具体结构能够很好的实现引爆功能。
进一步，所述瓦斯治理装置还包括超临界CO2存放罐、超临界CO2输送管路和阀门，所述超临界CO2存放罐的出口与所述超临界CO2输送管路和所述萃取管路依次连通，所述萃取管路穿过所述爆破萃取孔封孔材料，所述萃取管路位于所述爆破萃取孔封孔材料外的部分设置有阀门。
采用上述进一步方案的有益效果是本发明的具体结构能够很好地实现超临界CO2输入爆破萃取孔进行萃取。
进一步，所述装药引导器由木、塑料或者铁中的任一种材料制成，所述装药管为PVC管；所述超临界CO2输送管路为耐高压胶管，所述萃取管路为无缝钢管，所述阀门为截止阀；所述萃取管路位于所述爆破萃取孔封孔材料外侧的部分还设置有压力表，用于测量所注入超临界CO2的压力值。
采用上述进一步方案的有益效果是安装有装药引导器，在引爆装置放入爆破萃取孔的过程中遇到障碍(如有塌陷情况发生，有煤层掉落于爆破萃取孔中时)也不会妨碍引爆装置的放入，使得引爆过程顺利进行；超临界CO2输送管路为耐高压胶管能够提高运输的安全系数，萃取管路为无缝钢管能够防止炸药对管路的损坏，截止阀的密封性能好且可调节；设置有压力表用于测量所注入超临界CO2的压力值能够随时对压力进行监控，提高安全系数。
附图说明
图1为给定温度下，吸附瓦斯含量与瓦斯压力的关系呈双曲线变化，即给定的吸附气体(CO2、CH4和N2)与温度(26℃和44℃)下的等温吸附线，其中a-无烟煤(挥发分5％)，b-肥煤(挥发分27％)；
图2为本发明流程图；
图3为本发明瓦斯治理装置示意图，各标号所代表的部件列表如下：
1、爆破孔壁，2、装药引导器，3、装药管，4、炸药，5、雷管，6、雷管脚线，7、母线，8、封孔材料，9、母线内导线，10、压力表，11、阀门，12、萃取管路，13、超临界CO2输送管路，14、超临界CO2存放罐；
图4为宁武盆地煤样CH4/CO2吸附解吸曲线图；
图5为二氧化碳试验等温线图，其中横坐标是密度的倒数，纵坐标是压强。线条表示不同温度下，压强和密度的关系。不同的颜色表示CO2的状态，包括液态、气态、蒸汽状态和液汽共存状态。C点为临界状态，表示超31℃时不管压强多大CO2都不可能被液化。
实施例
超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法，包括如下步骤：包括如下步骤：步骤1：在煤层中采用井下防暴钻机施工爆破萃取孔并在爆破萃取孔中安装爆破器材和超临界CO2萃取管路；步骤2：利用封孔材料对所述爆破萃取孔进行封孔；步骤3：利用萃取管路将超临界CO2输入到所述爆破萃取孔内萃取煤层中的甲烷；步骤4：将爆破萃取孔内的所述爆破器材进行引爆，完成瓦斯的治理过程。
作为本实施例进一步的方案，所述爆破萃取孔直径大于或等于94mm，所述爆破萃取孔深度大于或等于20m。
作为本实施例进一步的方案，所述步骤3中爆破萃取孔内临界CO2压力值≯10MPa，优选的控制在2-10MPa。
作为本实施例进一步的方案，还包括在步骤1之前进行的如下依次步骤：a：在煤层中施工抽采控制孔；b：利用封孔材料对所述抽采控制孔进行封孔c：进行瓦斯抽采。
作为本实施例进一步的方案，所述抽采控制孔直径大于或等于75mm，所述抽采控制孔深度大于或等于20m。
作为本实施例进一步的方案，瓦斯抽采为负压抽采，负压要求大于或者等于13Kpa。
如图3，1为爆破萃取孔壁，本发明还涉及一种瓦斯治理装置，包括爆破器材和萃取管路12，所述爆破器材位于爆破萃取孔内，所述爆破萃取孔的外段为封孔密闭段，采用不燃性封孔材料8进行封堵，内段为爆破卸压萃取段，装有所述爆破器材并充有CO2气体，所述萃取管路12穿过所述爆破萃取孔封孔材料8与所述爆破萃取孔相连通，所述超临界CO2通过所述萃取管路12输入所述爆破卸压萃取段。
作为所述瓦斯治理装置进一步的方案，所述爆破器材包括至少两个雷管5和炸药4，至少两个所述雷管5位于所述炸药4内，所述瓦斯治理装置还包括装药引导器2、装药管3、雷管脚线6和母线7，所述装药管3一端与所述装药引导器2相连接，所述装药管3内填充有所述爆破器材，至少两个所述雷管5与所述雷管脚线6一端连接，所述雷管脚线6另一端与所述母线7连接，所述母线7穿过所述爆破萃取孔封孔材料8。所述瓦斯治理装置还包括超临界CO2存放罐14、超临界CO2输送管路13和阀门11，所述超临界CO2存放罐14的出口与所述超临界CO2输送管路13和所述萃取管路12依次连通，所述萃取管路12穿过所述爆破萃取孔封孔材料8，所述萃取管路12位于所述爆破萃取孔封孔材料8外的部分设置有阀门11。
具体的，超临界CO2存放罐可以为钢瓶，也可以为CO2槽车，利用槽车不仅可以节约大量运输费用，也提高了CO2的利用率。
具体的，耐高压胶管在本领域内指的是能够耐受≥15MPa压力值的胶管。
具体的，炸药为乳化炸药。
具体的，母线内具有母线内导线，雷管脚线与母线内导线连接。
具体的，装药引导器部分卡接于装药管内,从而实现二者的连接。
此外，根据需要，实施深孔爆破后只要萃取管路完好还可以对煤体进行二次萃取。
作为所述瓦斯治理装置进一步的方案，所述装药引导器2由木、塑料或者铁中的任一种材料制成，所述装药管3为PVC管。
作为所述瓦斯治理装置进一步的方案，所述超临界CO2输送管路13为耐高压胶管，所述萃取管路12为无缝钢管，所述阀门11为截止阀。
作为所述瓦斯治理装置进一步的方案，所述萃取管路12位于所述爆破萃取孔封孔材料8外侧的部分还设置有压力表10，用于测量所注入超临界CO2的压力值。
工作过程：
步骤1：确定钻孔施工顺序，工艺，排渣方式和护孔工艺(需根据煤层结构赋存和条件确定)。
确定钻孔施工顺序：需视具体情况而定，一般先施工抽采控制孔，之后施工萃取爆破萃取孔；
工艺：爆破萃取孔和抽采控制孔利用井下防爆钻机进行施工；
排渣方式：可以是水力排渣，也可以是压风排渣；
护孔工艺：可以采用粘土泥浆护孔，也可以采用化学泥浆护孔，煤层硬度大时，不塌孔时则不需要护孔。
步骤2：包括在煤层中开抽采控制孔、利用封孔材料对所述抽采控制孔进行封孔和瓦斯抽采。
2.1在煤层中开抽采控制孔：用井下防爆钻机施工，钻机需与钻孔施工参数及煤层性质相匹配，抽采控制孔直径大于或等于75mm，抽采控制孔深度大于或等于20m，顺层条带预抽煤层瓦斯时大于或等于60m，深可达100m以上。抽采控制孔直径与药卷直径有关，抽采控制孔深度根据煤层性质、赋存条件、瓦斯压力等因素确定，钻孔布置参数是根据煤层赋存、结构硬度、瓦斯赋存、压力、透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减等参数具体确定的；
2.2下筛管：将筛管置入抽采控制孔中，筛管直径应小于抽采钻孔直径，以能下进去具体确定；
2.3抽采控制孔封孔：常用的有“两堵一注”和“囊袋两堵一注”封孔，也可用粘土、水泥+砂+水，水泥+粉煤灰+水，水泥+矸石粉和水，等不燃性材料进行封孔；
2.4瓦斯抽采：负压抽采，抽采负压必须在13Kpa及以上。
步骤3：爆破萃取孔施工、装药、封孔、萃取和引爆。
3.1：在煤层中施工爆破萃取孔并在爆破萃取孔中安装煤矿爆破器材：
用井下防爆钻机钻取爆破萃取孔，钻机能力应与钻孔施工参数及煤层性质相匹配，爆破萃取孔直径大于或等于94mm，爆破萃取孔深度大于或等于20m。爆破萃取孔深度根据煤层性质、赋存条件、瓦斯压力等因素确定。爆破萃取孔的布置参数与抽采控制孔的布置与煤层、瓦斯赋存、压力、透气性系数、钻孔流量衰减系数因素来确定；
3.2：利用封孔材料对爆破萃取孔进行封孔：
常用的有“两堵一注”和“囊袋两堵一注”封孔，也可用粘土、水泥+砂+水，水泥+粉煤灰+水，水泥+矸石粉+水，等不燃性材料进行封孔；
3.3：将超临界CO2输入到爆破萃取孔内萃取煤层中的甲烷：
爆破萃取孔内临界CO2压力值≯10MPa,终压≯5MPa。；
3.4：进行起爆，完成瓦斯的治理：
引爆方式采用防暴爆电容式起爆器起爆毫秒电雷管引爆炸药。
此处给出瓦斯治理的具体应用实施例：
贵州中岭矿业有限责任公司主采煤层为3#和8#无烟煤层，3#煤层瓦斯压力1.05MPa,煤层瓦斯含量15.2m3/t，透气性系数0.8152m2/MPa·d,煤的坚固性系数0.51，钻孔流量衰减系数0.3561d-1,为煤与瓦斯突出煤层；8#煤层瓦斯压力1.32MPa，煤层瓦斯含量15.78m3/t，透气性系数0.0439m2/MPa·d,煤的坚固性系数0.54，钻孔流量衰减系数0.4926d-1，为高吸附率、低透气性、钻孔瓦斯流量衰减系数大、松软、难以抽放的煤与瓦斯突出煤层(下表为煤层瓦斯抽放可行性划分表；图1为给定温度下，无烟煤和肥煤吸附瓦斯含量与瓦斯压力的关系曲线图)。
由无烟煤吸附瓦斯含量与瓦斯压力关系曲线图可以看出，瓦斯压力已远低于《防治煤与瓦斯突出规定》的0.74MPa的情况下，但吸附瓦斯仍在10m3/t以上。
贵州中岭矿业有限责任公司矿井瓦斯区域治理措施为底板巷穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯措施，并且在13082运输顺槽底板巷实施了穿层钻孔“掏穴”和布置了19个顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯区域措施，但由于煤层为高吸附率、低透气性、钻孔瓦斯流量衰减系数大、松软、难以抽放的煤层，虽然底板巷实施了穿层钻孔“掏穴”，顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯区域措施又抽了22个月后，经效检残余瓦斯含量仍高达12.85m3/t，满足不了《防治煤与瓦斯突出规定》的8m3/t以下的要求；11035运输顺槽反掘工作面采取施工顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯的区域防突措施，2018年5月15日至6月21日在125运输石门(煤巷段)施工了12个瓦斯抽采钻孔，钻孔为平行钻孔，平均间距3m，抽采钻孔采用“两堵一注”囊袋封孔，封孔深度15m,抽采负压24kPa，抽采至2019年4月近11个月时间，钻孔瓦斯抽采浓度平均仅为5％，但效检时残余瓦斯含量仍在12m3/t以上，仍不能满足《防治煤与瓦斯突出规定》的8m3/t以下的要求，瓦斯治理时间非常漫长，矿井采掘接替十分紧张。
2019年3月起，先后对13082运输顺槽、13082回风顺槽、11035运巷反掘、113回风上山揭2#煤层、11035回风巷反掘等工作面实施了深孔卸压控制爆破与瓦斯抽采治理措施，虽然瓦斯治理抽采达标时间缩短了不少,收到了一定效果，但由于前期顺层钻孔布置密度大，爆破孔布置在已施工的瓦斯抽采钻孔之间，穿孔、塌孔现象十分严重，做不到“孔到位”、“装得进”，加之钻孔施工质量、方位、角度偏差较大，爆破后因穿孔漏气造成严重卸能，即使穿孔卸能情况较好的情况，瓦斯治理效果也与预期还有一定差距。
因此，为彻底解决高吸附率、低透气性、钻孔瓦斯流量衰减系数大、松软、难以抽放的无烟煤层瓦斯问题，实现快速消突与瓦斯抽采达标，发明了超临界CO2煤体萃取加深孔卸压控制爆破瓦斯治理技术专利，具体步骤如下：
步骤1：确定钻孔施工顺序，工艺，排渣方式和护孔工艺。
确定钻孔施工顺序：先施工抽采控制孔，之后施工爆破萃取孔；
工艺：爆破萃取孔和抽采控制孔利用井下防爆钻机进行施工；
排渣方式：可以是水力排渣，也可以是压风排渣(根据煤层硬度和成孔情况确定)；
护孔工艺：可以采用粘土泥浆护孔，也可以采用化学泥浆护孔，煤层硬度大时，不塌孔时则不需要护孔(根据现场情况确定)。
步骤2：包括在煤层中开抽采控制孔、利用封孔材料对所述抽采控制孔进行封孔和瓦斯抽采。
2.1在煤层中开抽采控制孔：用井下防爆钻机施工，抽采控制孔直径为75mm，抽采控制孔深度为20m，抽采控制孔的布置(根据煤层瓦斯赋存情况确定)；
2.2下筛管：将筛管置入抽采控制孔中，筛管直径为≮25mm(筛管采用“双抗”塑料管，即阻燃抗静电塑料管)。
2.3抽采控制孔封孔：常用的有“两堵一注”和“囊袋两堵一注”封孔，也可用粘土、水泥+砂+水，水泥+粉煤灰+水，水泥+矸石粉+水，等不燃性材料进行封孔(可以选用任何一种进行封孔)；
2.4瓦斯抽采：负压抽采，抽采负压为13kPa。
步骤3：爆破萃取孔施工、装药、封孔、萃取和引爆。
3.1：在煤层中施工爆破萃取孔并在爆破萃取孔中安装煤矿爆破器材：
用井下防爆钻机施工，用(满足钻孔施工技术参数条件)的钻机施工抽采控制孔及爆破萃取孔，抽采控制孔和爆破萃取孔直径为75mm，爆破萃取孔深度20m；
3.2：利用封孔材料对爆破萃取孔进行封孔：
常用的有“两堵一注”和“囊袋两堵一注”封孔，也可用粘土、水泥+砂+水，水泥+粉煤灰+水，水泥+矸石粉+水，等不燃性材料进行封孔(选其中一种即可满足封孔需要)；
3.3：将超临界CO2输入到爆破萃取孔内萃取煤层中的甲烷：
爆破萃取孔内临界CO2压力值≯10MPa，终压≯5MPa。；
3.4：进行起爆，引爆爆破萃取孔内爆破器材完成瓦斯治理程序：
引爆方式为雷管引爆炸药，装药量根据孔深情况确定。
实验结果：
(1)本发明在高吸附率、低透气性、钻孔瓦斯流量衰减系数大、松软、难以抽放的无烟煤层中应用，可以在实施本技术措施后，在10～15天内实现快速消突与抽采达标，瓦斯治理时间大大缩短，仅为常规钻孔预抽煤层瓦斯(以13082运输巷为例进行比较)的五十分之一至六十分之一。
(2)可以节约大笔通风费用和瓦斯抽采费用。以掘进通风为例：
掘进工作面普遍采用2×30kw对旋风机、自动切换装置每天24h正常运行，瓦斯治理期间正常单级运转，工业用电费用按0.8元/kw计算。中岭矿业有限责任公司按照常规顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯区域措施，每循环抽采达标时间至少在24个月以上，在此以24个月计算，则局部通风费用为：
30kw×24h/d×0.8元/kw×30d/月×24月＝414720元。
而采用本发明技术，其掘进通风费用为：
30kw×24h/d×0.8元/kw×15d＝8640元。
仅局部通风费用一项就可节约406080元。
瓦斯抽采费用同样十分惊人，另外还有设备材料占用费和管理费等费用。而这仅仅是一个掘进工作面的费用。
(3)提高抽采瓦斯浓度、抽采效率和瓦斯利用率、减少温室气体的排放和环境污染。目前矿井抽采的瓦斯浓度普遍较低，达不到利用的浓度，基本直接排放到大气中，这样就造成了对大气环境的污染，因为甲烷对臭氧层的破坏是二氧化碳的16倍之多，所产生的温室效应则是二氧化碳的21倍。通过超临界CO2萃取和深孔卸压控制爆破技术，可以提高瓦斯抽采浓度至30％以上，能够满足民用和瓦斯发电之用，同时也增加了矿井收入渠道，提高了矿井经济效益。
综上可见，经本发明实验证实，本发明相对现有技术具有很好的瓦斯治理效果，带来了经济效益，且能够极大减少对环境的污染，极具市场竞争力。
本发明技术方案的关键点：
(1)创造性的将超临界CO2萃取技术与深孔卸压控制爆破技术二者有机地结合在一起，使得高吸附率、低透气性、钻孔瓦斯流量衰减系数大、松软、难以抽放的煤层快速消突与抽采达标成为现实。提高了矿井瓦斯抽采浓度和抽采效率、缩短了瓦斯治理时间，增加了有效掘进时间，提高了掘进工作面单进水平和效率，为矿井采掘正常接替提供了技术保障。
(2)应用深孔卸压控制爆破封孔技术进行改进使得超临界CO2萃取注入管能够安全顺利地深入萃取煤体内，且密封不泄漏，保证了萃取和深孔卸压爆破瓦斯治理效果。
(3)成功地将深孔卸压爆破孔兼作超临界CO2萃取孔，实现了一孔两用，降低了矿井瓦斯治理费用。
(4)本发明不仅适用于顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯区域煤层防突瓦斯治理，也适用于煤层底(顶)板巷穿层钻孔预抽煤巷条带区域煤层防突瓦斯治理、穿层钻孔预抽回采区域煤层防突瓦斯治理、穿层钻孔预抽石门(含立、斜井等)揭煤区域煤层防突瓦斯治理和工作面顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域煤层防突瓦斯治理。
本发明相对现有技术，所具有的上述特点，使得本发明具有突出的优势，且在实践中的得到了进一步证实。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在煤层中采用井下防暴钻机施工爆破萃取孔并在爆破萃取孔中安装爆破器材和超临界CO2萃取管路；
步骤2：利用封孔材料对所述爆破萃取孔进行封孔；
步骤3：利用萃取管路将超临界CO2输入到所述爆破萃取孔内萃取煤层中的甲烷；
步骤4：将爆破萃取孔内的所述爆破器材进行引爆，完成瓦斯的治理过程。
2.根据权利要求1所述超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法，其特征在于，所述爆破萃取孔直径大于或等于94mm，所述爆破萃取孔深度大于或等于20m。
3.根据权利要求1所述超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法，其特征在于，所述步骤3中爆破萃取孔内超临界CO2压力值控制在≯10MPa。
4.根据权利要求1所述超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法，其特征在于，还包括在步骤1之前进行的如下依次步骤：
a：在煤层中施工抽采控制孔；
b：利用封孔材料对所述抽采控制孔进行封孔；
c：进行瓦斯抽采。
5.根据权利要求4所述超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法，其特征在于，所述抽采控制孔直径大于或等于75mm，所述抽采控制孔深度大于或等于20m。
6.根据权利要求4所述超临界二氧化碳煤体萃取与深孔不耦合装药二氧化碳介质卸压爆破瓦斯治理方法，其特征在于，所述瓦斯抽采为负压抽采，负压要求在大于或者等于13Kpa。
7.一种瓦斯治理装置，其特征在于，包括爆破器材和萃取管路(12)，所述爆破器材位于爆破萃取孔内，所述爆破萃取孔的外段为封孔密闭段，采用不燃性封孔材料(8)进行封堵，内段为爆破卸压萃取段，装有所述爆破器材并充有CO2气体，所述萃取管路(12)穿过所述爆破萃取孔封孔材料(8)与所述爆破萃取孔相连通，所述超临界CO2通过所述萃取管路(12)输入所述爆破卸压萃取段。
8.根据权利要求7所述一种瓦斯治理装置，其特征在于，所述爆破器材包括至少两个雷管(5)和炸药(4)，至少两个所述雷管(5)位于所述炸药(4)内，所述瓦斯治理装置还包括装药引导器(2)、装药管(3)、雷管脚线(6)和母线(7)，所述装药管(3)一端与所述装药引导器(2)相连接，所述装药管(3)内填充有所述爆破器材，至少两个所述雷管(5)与所述雷管脚线(6)一端连接，所述雷管脚线(6)另一端与所述母线(7)连接，所述母线(7)穿过所述爆破萃取孔封孔材料(8)。
9.根据权利要求8所述一种瓦斯治理装置，其特征在于，所述瓦斯治理装置还包括超临界CO2存放罐(14)、超临界CO2输送管路(13)和阀门(11)，所述超临界CO2存放罐(14)的出口与所述超临界CO2输送管路(13)和所述萃取管路(12)依次连通，所述萃取管路(12)穿过所述爆破萃取孔封孔材料(8)，所述萃取管路(12)位于所述爆破萃取孔封孔材料(8)外的部分设置有阀门(11)。
10.根据权利要求9所述一种瓦斯治理装置，其特征在于，所述装药引导器(2)由木、塑料或者铁中的任一种材料制成，所述装药管(3)为PVC管；所述超临界CO2输送管路(13)为耐高压胶管，所述萃取管路(12)为无缝钢管，所述阀门(11)为截止阀；所述萃取管路(12)位于所述爆破萃取孔封孔材料(8)外侧的部分还设置有压力表(10)，用于测量所注入超临界CO2的压力值。
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| CN111828082A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-10-27 | 中国矿业大学 | 一种化学抽提与液态炸药相协同的煤层增透方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN111828082A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-10-27 | 中国矿业大学 | 一种化学抽提与液态炸药相协同的煤层增透方法 |
| CN111828082B (zh) * | 2020-07-21 | 2021-09-07 | 中国矿业大学 | 一种化学抽提与液态炸药相协同的煤层增透方法 |
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