CN112761586B - 一种钻孔甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法 - Google Patents
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Abstract
一种钻孔甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法,适用煤矿井下瓦斯的高效抽采。首在煤层施工瓦斯抽采钻孔、燃爆压裂钻孔和导向孔;然后将瓦斯抽采管和注气管分别放入瓦斯抽采钻孔和燃爆压裂钻孔并封孔;抽采瓦斯经过抽采泵、过滤装置和气体混配室预混为浓度9%‑10%的混合气体,经储气罐、增压泵后由注气管注入燃爆压裂钻孔;启动点火装置,诱导甲烷燃爆压裂,燃爆产生的高温高压冲击波经导向后致裂煤层产生定向裂隙网络,同时高温促进甲烷解吸,使瓦斯抽采孔和燃爆压裂孔甲烷浓度均大幅提升;最后对瓦斯抽采孔和燃爆压裂孔同步进行瓦斯抽采。该方法利用煤层原位解吸甲烷燃爆构造立体裂缝网络,能显著提高甲烷的抽采效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻孔甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法,尤其适用于煤矿井下高瓦斯低透气性坚硬煤层的瓦斯高效抽采。
背景技术
我国煤层透气性普遍较低,常规的钻孔抽采工程量大但效率低,需要采取有效的致裂增透技术,提高煤层的透气性。常规的煤层致裂增透技术主要包括水力化技术和深孔爆破技术,水力化技术包含水力压裂、水力冲孔和水力割缝等,需消耗大量的水和压裂液且裂缝形态单一;因此,需要开发一种成本低廉、省时省力、高效的瓦斯增强抽采模式,满足井下瓦斯高效抽采的要求。
甲烷燃爆压裂利用钻孔的原位解吸甲烷,向钻孔内注入助燃剂(空气)稀释甲烷浓度至爆炸范围,然后引爆甲烷,通过甲烷燃爆产生的高温高压冲击波致裂煤体,产生立体的裂缝网络,提高钻孔瓦斯抽采效率;同时燃爆产生的高温环境还可以促进甲烷的解吸。现有的钻孔甲烷燃爆方法是向钻孔中注入助燃剂与甲烷预混,容易造成混合不均匀的问题,使甲烷燃爆的范围和效果受到限制。
发明内容
技术问题:本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处,提供一种钻孔甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法,利用煤层原位解吸甲烷燃爆压裂,没有地上运输和地下投放,无需大量的水和压裂液,保证甲烷预混充分,能在钻孔周围高效构造定向裂缝网络,提高瓦斯抽采效率,尤其适用于高瓦斯低透气性坚硬煤层。
技术方案:为实现上述目的,本发明提供了一种钻孔甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法,包括以下步骤:
a. 首先从巷道向煤层分别施工两个瓦斯抽采钻孔、一个燃爆压裂钻孔和两个导向孔,然后将瓦斯抽采管一和瓦斯抽采管二分别放入瓦斯抽采钻孔,将瓦斯抽采管三、注气管和点火装置放入燃爆压裂钻孔,最后对瓦斯抽采钻孔和燃爆压裂钻孔封孔;
b. 将瓦斯抽采管一、瓦斯抽采管二和瓦斯抽采管三通过管路与瓦斯抽采泵吸气口连接,注气管通过管路与气体增压泵出气口连接,注气管的出口位于钻孔中部,瓦斯抽采管三与管路间设置阀门七,注气管与气体增压泵之间的管路上设置阀门六;
c. 瓦斯抽采泵出气口分为两路,一路连接瓦斯抽采主管路,另一路连接过滤装置,瓦斯抽采主管路、过滤装置与瓦斯抽采泵之间的管路上分别设置阀门一和阀门二,过滤装置出气口通过管路依次连接气体混配室、储气罐和气体增压泵,气体混配室的进气口连接干空气管路并设置阀门三控制,气体混配室、气体增压泵与储气罐之间的管路上分别设置阀门四和阀门五;
d. 关闭阀门一和阀门七,打开瓦斯抽采泵阀门二,进行煤层的瓦斯抽采,抽采的瓦斯经过滤装置过滤掉抽采过程的废水和废渣,然后进入气体混配室;
e. 在气体混配室内,进入过滤后的过滤后瓦斯首先通过甲烷浓度传感器检测流入甲烷的浓度,若甲烷浓度高于爆炸浓度,则打开阀门三,注入干空气将甲烷浓度预混至爆炸浓度;然后打开阀门四,将预混气体注入储气罐内;
f. 打开气体增压泵、阀门五和阀门六,预混瓦斯气体经过气体增压泵增压到临界值后,通过注气管注入到燃爆压裂钻孔中;
g. 关闭阀门六,启动点火装置,引爆燃爆压裂钻孔内的甲烷,燃爆产生的高温高压冲击波经导向孔诱导,在煤层中产生定向裂缝网络,同时高温促进燃爆压裂钻孔内甲烷解吸;
h. 等待一段时间后,关闭阀门二,打开阀门一和阀门七,将瓦斯抽采管一、瓦斯抽采管二和瓦斯抽采管三通过瓦斯抽采泵连入瓦斯抽采主管路进行抽采作业,完成甲烷自循环燃爆压裂强化抽采。
步骤a中,所述的燃爆压裂钻孔位于两个瓦斯抽采钻孔之间的中部位置,导向孔位于燃爆压裂钻孔与瓦斯抽采钻孔之间并靠近燃爆压裂钻孔。
步骤e中,所述甲烷浓度预混至爆炸的浓度范围为9%-10%。
步骤f中,所述预混瓦斯气体经过气体增压泵增压的临界值为10MPa。
步骤h中,所述等待一段时间为20-24小时。
有益效果:由于采用了上述技术方案,本发明利用煤层原位解吸甲烷燃爆压裂,没有地上运输和地下投放,无需大量的水和压裂液,能在钻孔周围高效构造定向裂缝网络,提高瓦斯抽采效率,尤其适用于高瓦斯低透气性坚硬煤层。通过煤层甲烷的自循环系统预混达到爆炸浓度的气体诱导燃爆压裂,避免了钻孔内直接预混时混合不均或浓度不够的问题,利用甲烷燃爆冲击波配合导向孔使煤层产生定向裂缝网络。与现有技术相比,该方法经济、安全、环保、高效,能够在钻孔周围构造立体裂缝网络,显著提高了钻孔有效影响范围,大大提高了瓦斯抽采效率,在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1为本发明甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法。
图中:1-瓦斯抽采钻孔,2-燃爆压裂钻孔,3-导向孔,4-瓦斯抽采管一,5-瓦斯抽采管二,6-堵头,7-瓦斯抽采泵,8-阀门一,9-瓦斯抽采主管路,10-阀门二,11-气体过滤装置,12-气体混配室,13-阀门三,14-干空气管路,15-阀门四,16-储气罐,17-阀门五,18-气体增压泵,19-阀门六,20-注气管,21-点火装置,22-阀门七,23-瓦斯抽采管三,24-煤层。
具体实施方式
下面结合附图中的实施对本发明作进一步的描述:
本发明的钻孔甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法,具体步骤如下:
a. 首先从巷道向煤层分别施工两个瓦斯抽采钻孔1、一个燃爆压裂钻孔2和两个导向孔3,然后将瓦斯抽采管一4和瓦斯抽采管二5分别放入瓦斯抽采钻孔,将瓦斯抽采管三23、注气管20和点火装置21放入燃爆压裂钻孔,最后对瓦斯抽采钻孔和燃爆压裂钻孔封孔;
b. 将瓦斯抽采管一4、瓦斯抽采管二5和瓦斯抽采管三23通过管路与瓦斯抽采泵7吸气口连接,注气管20通过管路与气体增压泵18出气口连接,注气管20的出口位于钻孔中部,瓦斯抽采管三23与管路间设置阀门七22,注气管20与气体增压泵18之间的管路上设置阀门六19;
c. 瓦斯抽采泵出气口分为两路,一路连接瓦斯抽采主管路9,另一路连接过滤装置11,瓦斯抽采主管路9、过滤装置11与瓦斯抽采泵7之间的管路上分别设置阀门一8和阀门二10,过滤装置11出气口通过管路依次连接气体混配室12、储气罐16和气体增压泵18,气体混配室12的进气口连接干空气管路14并设置阀门三13控制,气体混配室12、气体增压泵18与储气罐之间的管路上分别设置阀门四15和阀门五17;
d. 关闭阀门一8和阀门七22,打开瓦斯抽采泵7和阀门二10,进行煤层24的瓦斯抽采,抽采的瓦斯经过滤装置11过滤掉抽采过程的废水和废渣,然后进入气体混配室12;
e. 在气体混配室12内,进入过滤后的瓦斯首先通过甲烷浓度传感器检测流入甲烷的浓度,若甲烷浓度高于爆炸浓度,则打开阀门三13,注入干空气将甲烷浓度预混至爆炸浓度,然后打开阀门四15,将预混气体注入储气罐16内;所述甲烷浓度预混至爆炸的浓度范围为9%-10%。
f. 打开气体增压泵18、阀门五17和阀门六19,预混瓦斯气体经过气体增压泵18增压到临界值后,通过注气管20注入到燃爆压裂钻孔2中;所述预混瓦斯气体经过气体增压泵18增压的临界值为10MPa。
g. 关闭阀门六19,启动点火装置21,引爆燃爆压裂钻孔2内的甲烷,燃爆产生的高温高压冲击波经导向孔3诱导,在煤层24中产生定向裂缝网络,同时高温促进燃爆压裂钻孔2内甲烷解吸;
h. 等待20-24时间后,关闭阀门二10,打开阀门一8和阀门七22,将瓦斯抽采管一4、瓦斯抽采管二5和瓦斯抽采管三23通过瓦斯抽采泵7连入瓦斯抽采主管路9进行抽采作业,完成甲烷自循环燃爆压裂强化抽采。
步骤a中,所述的燃爆压裂钻孔2位于两个瓦斯抽采钻孔1之间的中部位置,导向孔3位于燃爆压裂钻孔2与瓦斯抽采钻孔1之间并靠近燃爆压裂钻孔2。
Claims (5)
1.一种钻孔甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法,其特征在于,包括以下步骤:
a. 首先从巷道向煤层分别施工两个瓦斯抽采钻孔(1)、一个燃爆压裂钻孔(2)和两个导向孔(3),然后将瓦斯抽采管一(4)和瓦斯抽采管二(5)分别放入瓦斯抽采钻孔,将瓦斯抽采管三(23)、注气管(20)和点火装置(21)放入燃爆压裂钻孔,最后对瓦斯抽采钻孔和燃爆压裂钻孔封孔;
b. 将瓦斯抽采管一(4)、瓦斯抽采管二(5)和瓦斯抽采管三(23)通过管路与瓦斯抽采泵(7)吸气口连接,注气管(20)通过管路与气体增压泵(18)出气口连接,注气管(20)的出口位于钻孔中部,瓦斯抽采管三(23)与管路间设置阀门七(22),注气管(20)与气体增压泵(18)之间的管路上设置阀门六(19);
c. 瓦斯抽采泵出气口分为两路,一路连接瓦斯抽采主管路(9),另一路连接过滤装置(11),瓦斯抽采主管路(9)、过滤装置(11)与瓦斯抽采泵(7)之间的管路上分别设置阀门一(8)和阀门二(10),过滤装置(11)出气口通过管路依次连接气体混配室(12)、储气罐(16)和气体增压泵(18),气体混配室(12)的进气口连接干空气管路(14)并设置阀门三(13)控制,气体混配室(12)、气体增压泵(18)与储气罐之间的管路上分别设置阀门四(15)和阀门五(17);
d. 关闭阀门一(8)和阀门七(22),打开瓦斯抽采泵(7)和阀门二(10),进行煤层(24)的瓦斯抽采,抽采的瓦斯经过滤装置(11)过滤掉抽采过程的废水和废渣,然后进入气体混配室(12);
e. 在气体混配室(12)内,进入过滤后的瓦斯首先通过甲烷浓度传感器检测流入甲烷的浓度,若甲烷浓度高于爆炸浓度,则打开阀门三(13),注入干空气将甲烷浓度预混至爆炸浓度;然后打开阀门四(15),将预混气体注入储气罐(16)内;
f. 打开气体增压泵(18)、阀门五(17)和阀门六(19),预混瓦斯气体经过气体增压泵(18)增压到临界值后,通过注气管(20)注入到燃爆压裂钻孔(2)中;
g. 关闭阀门六(19),启动点火装置(21),引爆燃爆压裂钻孔(2)内的甲烷,燃爆产生的高温高压冲击波经导向孔(3)诱导,在煤层(24)中产生定向裂缝网络,同时高温促进燃爆压裂钻孔(2)内甲烷解吸;
h. 等待一段时间后,关闭阀门二(10),打开阀门一(8)和阀门七(22),将瓦斯抽采管一(4)、瓦斯抽采管二(5)和瓦斯抽采管三(23)通过瓦斯抽采泵(7)连入瓦斯抽采主管路(9)进行抽采作业,完成甲烷自循环燃爆压裂强化抽采。
2.如权利要求1所述的一种钻孔甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法,其特征在于:步骤a中,所述的燃爆压裂钻孔(2)位于两个瓦斯抽采钻孔(1)之间的中部位置,导向孔(3)位于燃爆压裂钻孔(2)与瓦斯抽采钻孔(1)之间并靠近燃爆压裂钻孔(2)。
3.如权利要求1所述的一种钻孔甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法,其特征在于:步骤e中,所述甲烷浓度预混至爆炸的浓度范围为9%-10%。
4.如权利要求1所述的一种钻孔甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法,其特征在于:步骤f中,所述预混瓦斯气体经过气体增压泵(18)增压的临界值为10MPa。
5.如权利要求1所述的一种钻孔甲烷自循环燃爆压裂强化抽采方法,其特征在于:步骤h中,所述等待一段时间为20-24小时。
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Legal Events
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---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |