CN112539078A - 一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，包括按系统流向依次布置的井下水仓、秸秆浸提池、水箱、高压泵和隔爆电机、压裂管路，井下水仓与秸秆浸提池之间及秸秆浸提池与水箱之间分别设有自吸泵。利用水力压裂将微生物送入高瓦斯煤层，生物质秸秆浸提液为微生物提供营养物质，微生物可以附着于煤的裂隙表面中，以煤中富含侧链含氧官能团有机质为营养物质进行代谢活动，微生物的代谢活动将加快煤层裂隙发育，增加煤层透气性，有效提高煤层瓦斯抽采效率，保障煤矿安全生产。可用于透气性差的高瓦斯煤层。

Description

一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统
技术领域
本发明涉及一种瓦斯抽采技术，尤其涉及一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统。
背景技术
按照行业规定：当煤层瓦斯压力P≤0.74MPa且瓦斯含量W≤8m3/t为无突出危险区，可以进行安全作业。
随着煤田开采深度不断延伸，部分矿井逐渐由高瓦斯矿井升级为煤与瓦斯突出型矿井，煤与瓦斯突出矿井中大部分煤层为煤与瓦斯突出煤层。截至目前煤与瓦斯突出事故仍为煤矿安全生成头号杀手。根据现有资料显示，大部分煤与瓦斯突出煤层其透气性系数在0.010～0.090(m2/Mpa2·d)之间，600m以深区域煤层瓦斯含量达到了5.90～10.51m3/t，瓦斯压力为1.05～3.80MPa，属碎软、低透气性、高瓦斯突出煤层，较难抽放。
煤矿井下水力压裂技术按照钻孔布置方式可分为穿层和顺煤层钻孔压裂。煤矿井下穿层钻孔水力压裂以封孔有效长度大、耐压高、施工安全等优点，特别是针对30MPa以上的压裂增透施工。
在淮南矿业(集团)有限责任公司潘三矿2121(3)工作面开展了“穿层钻孔水力压裂加生物质增透技术”工程试验研究，研发一套储集量大、连续性强、混料均匀的高压水力加生物物料压裂装置，并优选生物质秸秆浸提液和微生物菌粉组合，集成创新形成一套生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，能够有效提高了突出煤层瓦斯抽采效率和的降低了瓦斯压力。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，包括按系统流向依次布置的井下水仓、秸秆浸提池、水箱、高压泵和隔爆电机、压裂管路，所述井下水仓与秸秆浸提池之间及所述秸秆浸提池与水箱之间分别设有自吸泵。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，秸秆浸提液能够为煤层微生物提供必须的营养物质，微生物可以附着于煤的裂隙表面中，以煤中富含侧链含氧官能团有机质为营养物质进行代谢活动，增加煤的微裂隙发育，增加煤层透气性，加速瓦斯快速析出。
附图说明
图1为本发明实施例提供的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统结构示意图。
图中：
1-井下水仓；2-自吸泵；3-秸秆浸提池；4-水箱；5-平板车；6-电磁阀；7-过压保护；8-高压泵；9-隔爆电机；10-可视化监控系统；11-回流管路；12-压力、流量计；13-压裂管路；14-目标煤层；15-隔爆电源。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，其较佳的具体实施方式是：
包括按系统流向依次布置的井下水仓、秸秆浸提池、水箱、高压泵和隔爆电机、压裂管路，所述井下水仓与秸秆浸提池之间及所述秸秆浸提池与水箱之间分别设有自吸泵。
所述水箱设有微生物速溶菌粉加入口。
所述高压泵和隔爆电机前端管路设有电磁阀和过压保护，后端的压裂管路设有电磁阀、压力和流量计。
所述压裂管路一侧连接有回流管路。
所述自吸泵、电磁阀、高压泵和隔爆电机、压力和流量计分别与可视化监控系统信号连接。
所述水箱、高压泵和隔爆电机、可视化监控系统分别放置在平板车上。
所述秸秆浸提池底部铺有秸秆粉，所述井下水仓中设有煤泥水，通过自吸泵将井下水仓中过滤后的煤泥水抽满秸秆浸提池，浸泡8小时后开始压裂操作。
通过所述自吸泵将过滤后的秸秆浸提液泵满所述水箱，定时定量向所述水箱中加入微生物速溶菌粉搅拌均匀。
所述自吸泵、电磁阀、高压泵和隔爆电机、压力和流量计均由可视化监控系统控制。
所述秸秆浸提池中，将水稻、玉米和小麦秸秆粉碎，按照1：1：1比列平铺到秸秆浸提池底部，秸秆粉铺到秸秆浸提池体积四分之一处；
所述井下水仓的煤泥水经60目纱网过滤，过滤后的煤泥水泵入所述秸秆浸提池充分浸泡秸秆粉后，浸提液通过100目尼龙网过滤后泵入到所述水箱，并每隔半小时向所述水箱加入定量微生物速溶菌粉，加入菌粉的水箱混合液通过所述高压泵进入压裂管路，通过穿层钻孔进入目标煤层进行压裂；
所述微生物菌粉来源于煤层中原位微生物的扩大培养，包括芽孢杆菌；
所述压裂管路岩层外为耐高压橡胶管，岩层内为φ42mm无缝钢管。
本发明的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，从井下水仓到目标煤层依次设置秸秆浸提池、水箱、高压泵、隔爆电机、压裂管路，并在所述水箱、高压泵后设置电磁阀门，为保证安全，整个系统由可视化监控系统控制。
所述将水稻、玉米和小麦秸秆粉碎，按照1：1：1比列平铺到秸秆浸提池底部，秸秆粉铺到秸秆浸提池体积约四分之一。
所述井下水仓管路末端60目纱网过滤煤泥后的水通过自吸泵进入秸秆浸提池，过滤后的煤泥水充分浸泡秸秆粉，加料满池浸泡5小时后开机运行压裂操作。
所述秸秆浸提池浸提液通过100目尼龙网过滤后，泵入到水箱，水箱水满后，根据泵流量每隔半小时加入定量微生物速溶菌粉。
所述加入菌粉的水箱混合液通过乳化液高压泵进入压裂管路，通过穿层钻孔进入目标煤层进行压裂。
所述为安全施工，所有电磁阀门、自吸泵和高压泵均通过可视化监控系统实现远程控制，电磁阀匹配进液流量，保证压裂工艺连续进行。
所述微生物菌粉来源于煤层中原位微生物的扩大培养，最主要包括芽孢杆菌。
所述压裂管路岩层外为耐高压橡胶管，岩层内为φ42mm无缝钢管。
本发明的生物法强化水力压裂系统，所述秸秆浸提池主要用于生物质秸秆粉的浸泡，浸提液中含有微生物生长代谢所必须的营养物质。所述秸秆浸提池前端后端各一台自吸泵，用于将井底水仓的煤泥水过滤后泵入秸秆浸提池，第二个水泵用于将浸泡后的水由浸提池泵入到压裂水箱。所述压裂水箱为铁质水箱，主要用于液体的缓存和微生物菌粉添加搅拌。所述平板车主要方便水箱和可视化监控设备的移动转运。所述电磁阀主要用于远程控制匹配各部分液体流量，保证压裂持续进行。在高压泵前设置过压保护，压力过高时保护设备。所述高压泵为矿用乳化液泵，能够提供20-50Mpa压力，是水力压裂动力来源。所述隔爆电机为高压泵提供动力。所述可视化监控系统用于控制电磁阀和高压泵开关，并连接压裂端口视频探头，远程控制整个压裂操作。所述回流管路主要用于压裂保压后，钻孔放水排水。所述压力和流量计主要用于计量压裂系统压力和压裂液的流量。所述压裂管路由高压夹钢丝橡胶管和岩层内钢制塞管组成，能够耐60Mpa高压。所述目标煤层为松软低透气性煤与瓦斯突出煤层。所述隔爆电源为电机提供380V电源。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
秸秆浸提液能够为煤层微生物提供必须的营养物质，微生物可以附着于煤的裂隙表面中，以煤中富含侧链含氧官能团有机质为营养物质进行代谢活动，增加煤的微裂隙发育，增加煤层透气性，加速瓦斯快速析出。
具体实施例：
附图1为一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统流程图。压裂液是水力压裂增透技术的成败的关键性环节，它的造缝能力是形成压裂增透效果的保证。淮南矿业(集团)有限责任公司潘三矿2121(3)工作面压裂试验采用南京六合生产的BRW200/56型压裂泵进行水力压裂，流量为200L/min。本次井下加生物质压裂系统主要由秸秆浸提池、加料水箱、高压压裂泵组、远程控制开关、电磁阀组组成。该系统工作原理为，生物质秸秆浸提液由BRW200/56型压裂泵提供流量为200L/min的最高压力为56MPa的高压压裂液体，经过3m3加料水箱均匀混合以芽孢杆菌为主的微生物菌粉后，通过高压管汇及压裂管注进入钻孔进行加压裂。每个压力钻孔注液量为300吨，其中包括生物质秸秆粉1吨，微生物菌粉3吨，通过高压电磁阀和远程泵组操作系统，实现了远程、可控、定量加注菌粉的压裂施工，确保加秸秆浸提液与微生物菌粉比例，提高压裂增透效果。
本发明专利的创新之处在于利用水力压裂将微生物送入高瓦斯煤层，生物质秸秆浸提液为微生物提供营养物质，微生物的代谢活动将加快煤层裂隙发育，增加煤层透气性，有效提高煤层瓦斯抽采效率，保障煤矿安全生产。可用于透气性差的高瓦斯煤层。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，其特征在于，包括按系统流向依次布置的井下水仓、秸秆浸提池、水箱、高压泵和隔爆电机、压裂管路，所述井下水仓与秸秆浸提池之间及所述秸秆浸提池与水箱之间分别设有自吸泵。
2.根据权利要求1所述的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，其特征在于，所述水箱设有微生物速溶菌粉加入口。
3.根据权利要求2所述的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，其特征在于，所述高压泵和隔爆电机前端管路设有电磁阀和过压保护，后端的压裂管路设有电磁阀、压力和流量计。
4.根据权利要求3所述的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，其特征在于，所述压裂管路一侧连接有回流管路。
5.根据权利要求4所述的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，其特征在于，所述自吸泵、电磁阀、高压泵和隔爆电机、压力和流量计分别与可视化监控系统信号连接。
6.根据权利要求5所述的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，其特征在于，所述水箱、高压泵和隔爆电机、可视化监控系统分别放置在平板车上。
7.根据权利要求1至6任一项所述的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，其特征在于，所述秸秆浸提池底部铺有秸秆粉，所述井下水仓中设有煤泥水，通过自吸泵将井下水仓中过滤后的煤泥水抽满秸秆浸提池，浸泡8小时后开始压裂操作。
8.根据权利要求7所述的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，其特征在于，通过所述自吸泵将过滤后的秸秆浸提液泵满所述水箱，定时定量向所述水箱中加入微生物速溶菌粉搅拌均匀。
9.根据权利要求8所述的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，其特征在于，所述自吸泵、电磁阀、高压泵和隔爆电机、压力和流量计均由可视化监控系统控制。
10.根据权利要求9所述的生物法水力压裂强化煤层瓦斯抽采系统，其特征在于：
所述秸秆浸提池中，将水稻、玉米和小麦秸秆粉碎，按照1：1：1比列平铺到秸秆浸提池底部，秸秆粉铺到秸秆浸提池体积四分之一处；
所述井下水仓的煤泥水经60目纱网过滤，过滤后的煤泥水泵入所述秸秆浸提池充分浸泡秸秆粉后，浸提液通过100目尼龙网过滤后泵入到所述水箱，并每隔半小时向所述水箱加入定量微生物速溶菌粉，加入菌粉的水箱混合液通过所述高压泵进入压裂管路，通过穿层钻孔进入目标煤层进行压裂；
所述微生物菌粉来源于煤层中原位微生物的扩大培养，包括芽孢杆菌；
所述压裂管路岩层外为耐高压橡胶管，岩层内为φ42mm无缝钢管。
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