CN113389522A - 可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法及设备，涉及瓦斯抽采技术领域，为解决吸附态瓦斯不易进行抽采的问题而设计。该方法包括如下步骤：S200：将可控冲击波发生装置送入煤体的实验钻孔中，将注水装置连接至实验钻孔，安装用于对注入实验钻孔的水流加热的加热装置，并在实验钻孔的孔口安装封孔装置；S400：将瓦斯抽放管路连接至常规钻孔，启动瓦斯抽采管路；S600：启动可控冲击波发生装置，利用冲击波冲击煤壁；S800：启动注水装置和加热装置，持续向实验钻孔注入热水。该设备用于实现上述方法。本发明能够使得煤体中呈吸附态的瓦斯被顺利抽采。

Description

可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法及设备

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体而言，涉及一种可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法及设备。

背景技术

煤层中的瓦斯主要有游离态和吸附态两种赋存状态。对于变质程度较高的煤体，煤层渗透性差，且煤体中瓦斯主要以吸附态存在，不易进行抽采。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，以解决吸附态瓦斯不易进行抽采的技术问题。

本发明提供的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，包括如下步骤：S200：将可控冲击波发生装置送入煤体的实验钻孔中，将注水装置连接至所述实验钻孔，安装用于对注入所述实验钻孔的水流加热的加热装置，并在所述实验钻孔的孔口安装封孔装置；S400：将瓦斯抽放管路连接至常规钻孔，启动所述瓦斯抽采管路；S600：启动所述可控冲击波发生装置，利用冲击波冲击煤壁；S800：启动所述注水装置和所述加热装置，持续向所述实验钻孔注入热水。

进一步地，所述步骤S400之前，还包括步骤S300：以第一设定压力值向所述实验钻孔注水；待所述实验钻孔中的水压达到第一设定压力值时，停止注水。

进一步地，所述步骤S800中，热水以第二设定压力值向所述实验钻孔中注入，其中，所述第二设定压力值大于所述第一设定压力值。

进一步地，所述步骤S400之后，还包括步骤S500：在所述常规钻孔与所述瓦斯抽采管路之间接入气水分离装置。

进一步地，所述步骤S800之后，还包括步骤S900：对所述气水分离装置收集水分的时间进行统计，当所述气水分离装置连续设定时间收集到水分后，停止向所述实验钻孔注入热水，将所述可控冲击波发生装置向所述实验钻孔的孔口方向移动设定距离，继续重复步骤S300-S800。

进一步地，所述设定时间为8-16h，所述设定距离为5-15m。

进一步地，所述步骤S900中，在将所述可控冲击波发生装置向所述实验钻孔的孔口方向移动之前，还包括步骤S910：将所述实验钻孔中的水排出。

进一步地，所述步骤S200之前，还包括步骤S100：在煤体开设多个钻孔，多个所述钻孔包括所述实验钻孔和所述常规钻孔，所述实验钻孔的两侧均开设有所述常规钻孔。

进一步地，注入所述实验钻孔的热水的温度在60-100℃之间。

本发明可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法带来的有益效果是：

当需要抽采瓦斯时，可以先将可控冲击波发生装置设置于实验钻孔，并利用封孔装置对实验钻孔的孔口进行封堵；之后，将瓦斯抽放管路连接至常规钻孔，利用瓦斯抽放管路为常规钻孔提供负压环境；启动可控冲击波发生装置，利用可控冲击波发生装置产生的冲击波对煤壁进行冲击，以使煤体产生裂隙；然后，启动注水装置和加热装置，持续向实验钻孔注入热水，利用热水对煤体进行加热，以促进瓦斯解吸，从而实现瓦斯的顺利抽采。

该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法利用可控冲击波对煤体进行增透，利用注入实验钻孔的热水对吸附在煤层中的瓦斯进行解吸，使得煤体中的瓦斯能够向呈负压状态的常规钻孔方向流动，从而使得煤体中呈吸附态的瓦斯能够被顺利抽采，其中，利用热水向煤体传导热量的形式，能够实现对煤体的均匀加热。

此外，该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法的作业区域为与常规钻孔相独立的实验钻孔，减少了热水对瓦斯抽采过程的影响，保证了瓦斯抽采作业的顺利进行。而且，该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法通过向实验钻孔注入热水即可实现瓦斯的解吸，成本低廉。

本发明的第二个目的在于提供一种可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备，以解决吸附态瓦斯不易进行抽采的技术问题。

本发明提供的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备，用于实现上述可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法。

本发明可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备带来的有益效果是：

该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备用于实现上述可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，相应地，该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备具有上述可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法的所有优势，在此不再一一赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备在工作状态下的结构俯视图。

附图标记说明：

010-常规钻孔；020-实验钻孔；030-回风顺槽；040-轨道顺槽；050-采空区；

100-可控冲击波发生装置；200-注水装置；300-封孔装置；400-瓦斯抽放管路；500-温控器；800-气水分离装置；900-钻机；

210-注水泵；220-注水管道；230-注水开关；

610-压力表；620-温度传感器；

710-排水管；720-排水开关；

910-钻杆。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本实施例提供的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备在工作状态下的结构俯视图。如图1所示，本实施例提供了一种可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备，用于实现可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法。

该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法包括如下步骤：S200：将可控冲击波发生装置100送入煤体的实验钻孔020中，将注水装置200连接至实验钻孔020，安装用于对注入实验钻孔020的水流加热的加热装置，并在实验钻孔020的孔口安装封孔装置300；S400：将瓦斯抽放管路400连接至常规钻孔010，启动瓦斯抽采管路；S600：启动可控冲击波发生装置100，利用冲击波冲击煤壁；S800：启动注水装置200和加热装置，持续向实验钻孔020注入热水。

当需要抽采瓦斯时，可以先将可控冲击波发生装置100设置于实验钻孔020，并利用封孔装置300对实验钻孔020的孔口进行封堵；之后，将瓦斯抽放管路400连接至常规钻孔010，利用瓦斯抽放管路400为常规钻孔010提供负压环境；启动可控冲击波发生装置100，利用可控冲击波发生装置100产生的冲击波对煤壁进行冲击，以使煤体产生裂隙；然后，启动注水装置200和加热装置，持续向实验钻孔020注入热水，利用热水对煤体进行加热，以促进瓦斯解吸，从而实现瓦斯的顺利抽采。

该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法利用可控冲击波对煤体进行增透，利用注入实验钻孔020的热水对吸附在煤层中的瓦斯进行解吸，使得煤体中的瓦斯能够向呈负压状态的常规钻孔010方向流动，从而使得煤体中呈吸附态的瓦斯能够被顺利抽采，其中，利用热水向煤体传导热量的形式，能够实现对煤体的均匀加热。

此外，该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法的作业区域为与常规钻孔010相独立的实验钻孔020，减少了热水对瓦斯抽采过程的影响，保证了瓦斯抽采作业的顺利进行。而且，该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法通过向实验钻孔020注入热水即可实现瓦斯的解吸，成本低廉。

该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法利用可控冲击波技术，可以对需要改造的储层进行整体、均衡、可控的增透改造，其中，可控冲击波发生装置100产生的冲击波的幅值、冲量、作用区域和作用次数可以根据煤体的特点进行设定。相比于水力割缝、水力压裂和液态二氧化碳压裂只能在钻孔作用一次，可控冲击波可以在实验钻孔020内的同一位置作用多次，直到煤层造缝效果达到满意为止。

请继续参照图1，本实施例中，回风顺槽030、轨道顺槽040与采空区050的侧向形成U形空间。

本实施例中，步骤S400之前，还包括步骤S300：以第一设定压力值向实验钻孔020注水；待实验钻孔020中的水压达到第一设定压力值时，停止注水。

通过在可控冲击波发生装置100向煤壁产生冲击波之前，向实验钻孔020注满水，使得在冲击波产生后，可以直接通过水将压缩的能量传递到煤壁，进而使得煤体产生裂隙。这种利用水作为介质传递能量的设置形式，减少了因冲击波在空气中传递而导致的能量衰减，从而保证了冲击波作用于煤壁的可靠性。

上述步骤S300中，可以开启加热装置，使得以第一设定压力值向实验钻孔020中注入的为热水。如此设置，能够实现对煤壁的预热。

请继续参照图1，具体地，可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备包括注水装置200，注水装置200包括注水泵210和注水管道220，具体地，注水管道220的一端与注水泵210的出水口相连，注水管道220的另一端伸入实验钻孔020，注水管道220设置有注水开关230。加热装置被配置为向注水管道220中的水流提供热量。

当需要向实验钻孔020注水时，可以打开注水开关230，并启动注水泵210，使得注水泵210通过注水管道220将水流注入实验钻孔020。当需要使注入实验钻孔020的水为热水时，可以启动加热装置，利用加热装置为注水管道220中的水流提供热量，使得水流在进入实验钻孔020前即为热水。

这种注水装置200的设置形式，结构简单，并且，利用加热装置对注水管道220中的水流进行加热，一方面，使得进入实验钻孔020中的水流为热水，可以直接对煤体进行加热，另一方面，无需在实验钻孔020中再设置加热装置，节约了实验钻孔020的空间。

优选地，本实施例中，注水泵210为恒流恒压注水泵。如此设置，保证了注水流量和压力的平稳性。

请继续参照图1，本实施例中，加热装置可以包括温控器500，具体地，温控器500安装于注水管道220。

这种加热装置的设置形式，使得该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备在工作过程中，可以根据实验钻孔020所需的水流温度对温控器500进行调节，不仅调节方便，而且调节精度较高。

具体地，本实施例中，注入实验钻孔020的热水的温度在60-100℃之间。

通过将注入实验钻孔020的热水的温度设置在60-100℃之间，一方面，保证了热水对煤壁加热的可靠性，使得瓦斯能够从煤体中被顺利解吸出来，另一方面，还能够避免因温度过高而导致水发生沸腾。

请继续参照图1，本实施例中，该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备还可以包括温度传感器620，其中，温度传感器620的检测部伸入实验钻孔020。

通过设置温度传感器620，并将温度传感器620的检测部伸入实验钻孔020，实现了对实验钻孔020中水流温度的实时检测，便于工作人员及时对温控器500的加热温度进行调整，以保证实验钻孔020中热量供应的可靠性，从而保证对煤体中瓦斯的顺利解吸。

具体地，本实施例中，步骤S800中，热水以第二设定压力值向实验钻孔020中注入，其中，第二设定压力值大于第一设定压力值。

该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法中，以第一设定压力值向实验钻孔020注水的目的是为了使实验钻孔020中充满水，以使得可控冲击波的传递介质为水，同时，为煤壁进行预热；第二次注水的目的是为了对煤体进行充分加热，以促进瓦斯解吸，进而使得瓦斯气体能够由常规钻孔010被顺利抽采。

本实施例中，第一设定压力值可以为1MPa，第二设定压力值可以为2MPa。

请继续参照图1，本实施例中，注水管道220设置有压力表610，具体地，压力表610被配置为显示注水管道220内的流体压力。

通过在注水管道220设置压力表610，能够实现对注水管道220内流体压力的实时显示，以保证抽采作业的顺利进行。

具体地，本实施例中，步骤S400之后，还包括步骤S500：在常规钻孔010与瓦斯抽采管路之间接入气水分离装置800。

通过在常规钻孔010与瓦斯抽放管路400之间设置气水分离装置800，使得在利用瓦斯抽放管路400对常规钻孔010中的瓦斯进行抽采时，能够利用气水分离装置800对气分和水分进行分离，以保证抽采得到的瓦斯的干燥性。

具体地，本实施例中，步骤S800之后，还包括步骤S900：对气水分离装置800收集水分的时间进行统计，当气水分离装置800连续设定时间收集到水分后，停止向实验钻孔020注入热水，将可控冲击波发生装置100向实验钻孔020的孔口方向移动设定距离，继续重复步骤S300-S800。

其中，上述设定时间为8-16h，优选为12h；上述设定距离为5-15m，优选为10m。

也就是说，本实施例中，将实验钻孔020的孔底至孔口的距离按每10m分为一个作业段，先利用可控冲击波发生装置100对最靠近孔底的作业段进行作业，当完成一次增透及瓦斯解吸作业时，再将可控冲击波发生装置100朝向孔口方向移动10m，以进行下一次增透及瓦斯解吸作业。

如此设置，使得该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法能够作用于整个实验钻孔020，作用区域大，从而保证了对煤体的全面增透与瓦斯解吸。

请继续参照图1，本实施例中，该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备还可以包括钻机900，具体地，可控冲击波发生装置100安装于钻机900的钻杆910。利用钻机900，能够实现可控冲击波发生装置100向实验钻孔020的送入。

具体地，本实施例中，步骤S900中，在将可控冲击波发生装置100向实验钻孔020的孔口方向移动之前，还包括步骤S910：将实验钻孔020中的水排出。

将实验钻孔020中的水排出后，再将可控冲击波发生装置100进行移动，能够减少可控冲击波发生装置100移动过程中的阻力。

请继续参照图1，本实施例中，该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备包括排水管710，具体地，排水管710插设于封孔装置300并与实验钻孔020相连，排水管710被配置为将实验钻孔020内的水流排出，并且，排水管710设置有排水开关720。

当需要将实验钻孔020中的水排出时，可以打开排水开关720，使得实验钻孔020中的水顺着排水管710进入回风顺槽030中。如此设置，实现了对实验钻孔020中的水的引流，保证了排水可靠性。

在其他实施例中，也可以在注水泵210上设置回水口，并将排水管710连接至回水口。这种设置形式，使得经实验钻孔020排出的水能够经排水管710回流至注水泵210，以备注水泵210再次注水使用，实现了水的循环利用，减少了水资源的浪费。

具体地，本实施例中，步骤S200之前，还包括步骤S100：在煤体开设多个钻孔，多个钻孔包括实验钻孔020和常规钻孔010，其中，实验钻孔020的两侧均开设有常规钻孔010。

在利用该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法进行作业时，在可控冲击波发生装置100发出的冲击波的作用下，实验钻孔020两侧的煤体产生裂隙；随着水流向实验钻孔020的不断注入，由于实验钻孔020的压力大于其两侧的常规钻孔010的压力，使得在注入的热水向煤体渗透的过程中，将向两侧的实验钻孔020方向流动，将煤体中呈吸附态的瓦斯气体解吸至常规钻孔010，从而在与常规钻孔010相连的瓦斯抽放管路400的作用下，实现瓦斯的抽采。

该可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法的作业过程如下。

准备工作。利用钻机900通过钻杆910将可控冲击波发生装置100送入实验钻孔020中；将温度传感器620、注水管道220装入实验钻孔020中，将注水泵210连接至注水管道220，并在注水管道220上设置温控器500和注水开关230，检测连接无误后，安装封孔装置300。

第一次注水。关闭排水开关720，打开温控器500，将注水温度设定为80℃，打开注水开关230，启动注水泵210，通过注水管道220以1MPa的恒定压力向实验钻孔020中注水，待实验钻孔020中水压达到1MPa后，关闭注水开关230和注水泵210。

瓦斯抽放。将瓦斯抽放管路400连接至常规钻孔010，并在瓦斯抽放管路400与常规钻孔010之间接入气水分离装置800，开始进行瓦斯抽放，此时，常规钻孔010内处于负压环境。

煤体增透。将实验钻孔020的孔底至孔口的距离按每10m分为一个作业段，先利用可控冲击波发生装置100对最靠近孔底的作业段进行作业。启动可控冲击波发生装置100，在实验钻孔020的孔底位置进行5次可控冲击波作业。

第二次注水。打开注水开关230，启动注水泵210，通过注水管道220以2MPa的恒定压力向实验钻孔020中注入温度为80℃的热水，该注水过程为持续性注水过程。当与常规钻孔010相连的气水分离装置800连续12h收集到水分后，关闭注水开关230和注水泵210，至此，完成一次可控冲击波增透-注热联合强化煤层瓦斯抽采作业。

排水。打开排水开关720，将实验钻孔020中的水由排水管710排出。

利用钻机900通过钻杆910将可控冲击波发生装置100拖动到下一作业点，重复上述过程，从而开启下一作业段可控冲击波增透-注热联合强化煤层瓦斯抽采作业。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述实施例中，诸如“上”、“下”、“侧”等方位的描述，均基于附图所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，其特征在于，包括如下步骤：S200：将可控冲击波发生装置(100)送入煤体的实验钻孔(020)中，将注水装置(200)连接至所述实验钻孔(020)，安装用于对注入所述实验钻孔(020)的水流加热的加热装置，并在所述实验钻孔(020)的孔口安装封孔装置(300)；S400：将瓦斯抽放管路(400)连接至常规钻孔(010)，启动所述瓦斯抽采管路；S600：启动所述可控冲击波发生装置(100)，利用冲击波冲击煤壁；S800：启动所述注水装置(200)和所述加热装置，持续向所述实验钻孔(020)注入热水。

2.根据权利要求1所述的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，其特征在于，所述步骤S400之前，还包括步骤S300：以第一设定压力值向所述实验钻孔(020)注水；待所述实验钻孔(020)中的水压达到第一设定压力值时，停止注水。

3.根据权利要求2所述的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，其特征在于，所述步骤S800中，热水以第二设定压力值向所述实验钻孔(020)中注入，其中，所述第二设定压力值大于所述第一设定压力值。

4.根据权利要求2所述的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，其特征在于，所述步骤S400之后，还包括步骤S500：在所述常规钻孔(010)与所述瓦斯抽采管路之间接入气水分离装置(800)。

5.根据权利要求4所述的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，其特征在于，所述步骤S800之后，还包括步骤S900：对所述气水分离装置(800)收集水分的时间进行统计，当所述气水分离装置(800)连续设定时间收集到水分后，停止向所述实验钻孔(020)注入热水，将所述可控冲击波发生装置(100)向所述实验钻孔(020)的孔口方向移动设定距离，继续重复步骤S300-S800。

6.根据权利要求5所述的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，其特征在于，所述设定时间为8-16h，所述设定距离为5-15m。

7.根据权利要求5所述的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，其特征在于，所述步骤S900中，在将所述可控冲击波发生装置(100)向所述实验钻孔(020)的孔口方向移动之前，还包括步骤S910：将所述实验钻孔(020)中的水排出。

8.根据权利要求1-7任一项所述的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，其特征在于，所述步骤S200之前，还包括步骤S100：在煤体开设多个钻孔，多个所述钻孔包括所述实验钻孔(020)和所述常规钻孔(010)，所述实验钻孔(020)的两侧均开设有所述常规钻孔(010)。

9.根据权利要求1-7任一项所述的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法，其特征在于，注入所述实验钻孔(020)的热水的温度在60-100℃之间。

10.一种可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采设备，其特征在于，用于实现权利要求1-9任一项所述的可控冲击波增透与注热联合瓦斯抽采方法。

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