CN113586132A - 低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及瓦斯开采领域，具体涉及一种低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，包括前期抽采、中期抽采和后期抽采；前期抽采的操作为：在煤体上打上注热孔和抽采孔，在注热孔上安装上封孔器，封孔器上设有注热管和抽采管；通过注热管向注热孔内注热，并通过抽采管将注热孔内排放的瓦斯气体抽出；中期抽采的操作为：随着注热时间的延长，解吸出来的瓦斯通过煤体裂隙进入到抽采孔中，此时对抽采孔中的瓦斯进行抽采；后期抽采的操作为：当抽采孔中瓦斯浓度及流量下降到一定程度后，可以认为进入后期抽采阶段，停止向注热孔中注热和停止抽采瓦斯。本方案实现了对低渗透强吸附性煤体中的瓦斯进行抽采，提高了抽采的效率，降低了抽采的时间。

Description

低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法

技术领域

本发明涉及瓦斯开采领域，具体涉及一种低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法。

背景技术

煤层瓦斯预抽是解决煤矿瓦斯事故的根本措施之一。煤体中的瓦斯以吸附态和游离态为主，吸附态瓦斯转化为游离态瓦斯主要受控于两个因素：煤储层压力和温度。目前，我国大部分煤矿由于技术成熟均采用降低煤储层压力的方法预抽瓦斯，对于低渗透率煤层的瓦斯治理，由于瓦斯的游离态较少，大多以吸附态的状态存在，因此无论在煤储层压力方面如何下功夫，开采出来的瓦斯量总是有限的，这样对低渗透、强吸附性煤体进行的瓦斯抽采时间较长，抽采效率较低，且检验达标后，采掘活动期间的瓦斯涌出量仍维持在较高水平，从而不利于煤矿的正常开采。

发明内容

本发明意在提供低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，以实现对低渗透强吸附性煤体中的瓦斯进行抽采，提高抽采的效率，降低抽采的时间。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，包括前期抽采、中期抽采和后期抽采；

前期抽采的操作为：在煤体上打上注热孔和抽采孔，在注热孔上安装上封孔器，封孔器上设有注热管和抽采管；通过注热管向注热孔内注热，并通过抽采管将注热孔内排放的瓦斯气体抽出；

中期抽采的操作为：随着注热时间的延长，热量逐步从注热孔传导到邻近抽采孔上，解吸出来的瓦斯通过煤体裂隙进入到抽采孔中，此时对抽采孔中的瓦斯进行抽采；

后期抽采的操作为：当抽采孔中瓦斯浓度及流量下降到一定程度后，认为进入后期抽采阶段，停止向注热孔中注热和停止抽采瓦斯。

本方案的原理及优点是：本方案通过注热管向煤层中注热，从而使得煤层的温度提高，温度升高后促进瓦斯解吸的速度和流量，瓦斯从吸附态变为游离态的量变多，这样能够提高煤层瓦斯抽采率、缩短瓦斯治理时间，实现对低渗透强吸附性煤体中的瓦斯进行抽采。

注热管用于将热介质注入到注热孔中，通过热传递实现对注热孔的加热，抽采管用于将瓦斯抽采出来。本方案中煤层前期抽采阶段，随着注热孔内温度的升高，注热孔内解吸的瓦斯量逐步增加，这部分瓦斯又无法快速、有效的流入临近的抽采孔中，因此，前期抽采阶段瓦斯抽采主要依靠注热孔内瓦斯的排放。通过对注热孔内瓦斯的抽采，避免了注热孔内的瓦斯含量过高，能够使得吸解的瓦斯及时得到抽采。

随着注热时间的延长，热量逐步从注热孔传导到邻近的抽采孔中，此时，由于邻近的抽采孔的抽采负压作用，解吸出来的瓦斯通过煤体裂隙进入到抽采钻孔中，然后对抽采孔中的瓦斯进行抽采。中期抽采的工作为整个注热开采的主要工作。

后期抽采阶段为收尾阶段，通过一些检测仪器，当检测到抽采孔中瓦斯浓度及流量下降到一定程度后，可以认为进入后期抽采阶段，停止向注热孔中注热和停止抽采瓦斯。

优选的，作为一种改进，在前期抽采和后期抽采过程中，使用瓦斯压力表检测注热孔或者抽采孔内的瓦斯压力，瓦斯压力增大到一定压力值后，停止注热，压力下降到一定压力值后，再继续注热，如此循环进行。由此，当瓦斯压力增大到一定压力值后，说明游离态的瓦斯较多，此时可停止注热，减少热能源的浪费；当瓦斯的压力下降到一定压力值后后，说明游离态的瓦斯减少，此时继续注热，以使游离态的瓦斯量变多。

优选的，作为一种改进，1～3m高的煤层可布置一排钻孔，注热孔和抽采孔交替排列。由此，通过注热孔和抽采孔交替排列，这样注热孔中的热量能够传递到抽采孔中。

优选的，作为一种改进，3m以上高的煤层可布置多排孔，抽采孔围绕在注热孔的周围。由此，通过抽采孔围绕在注热孔的周围，注热孔中的热量能够传递到抽采孔中。

优选的，作为一种改进，注热介质为压风。注热介质选用压风具有以下优点：井下的压风管路基本上都具备使用条件，且压风可提供注入的动力源，泄漏后不会对环境造成影响。

优选的，作为一种改进，封孔器还包括封孔袋，封孔袋位于注热管上，封孔袋上连接有注气管，注气管上设有第一阀门，注热管上设有第二阀门。由此，封孔器放到注热孔中后，通过注气管向封孔袋中注入气体，封孔袋膨胀，封孔袋与注热孔的内壁紧密相贴，从而将注热孔堵住，避免注热孔内生产的瓦斯气体泄漏。

优选的，作为一种改进，注热管为U形。由此，注热介质从注热管的一端进入，注热介质沿注热管进入到注热孔中，并将热量传递给注热孔，然后注热介质从注热管的另一端流出。由此，实现了注热介质的流动，不断有新的注热介质进入到注热孔中，从而提高了注热孔内的注热效率。

优选的，作为一种改进，注热管上固定连接有第一连接头和第二连接头，抽采管位于第一连接头和第二连接头之间。由此，第一连接头和第二连接头安装在注热管上，抽采管连接在第一连接头和第二连接头之间，实现了对抽采管的支撑固定。

优选的，作为一种改进，封孔袋上连通有凸出部，注热孔的内壁上钻有卡槽，凸出部卡在卡槽内。由此，封孔袋膨胀后，凸出部膨胀而卡在注热孔内壁上的卡槽中，这样卡槽将凸出部卡住，封孔袋不易从注热孔中出来，避免了注热孔内瓦斯的气压较大而将封孔器从注热孔中冲出来，封孔器位于注热孔内更加稳定。

附图说明

图1为实施例1中封孔器的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为实施例2中封孔器的结构示意图。

图4为图3中A的放大图。

图5为图3中B的放大图。

图6为1-3m高的煤层钻孔布置示意图。

图7为3m以上高的煤层钻孔布置示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：注热管1、封孔袋2、注气管3、接头4、第一连接头5、堵头6、第二连接头7、抽采管8、压力表9、第一阀门10、第二阀门11、挡板12、密封台13、凸出部14、活塞筒15、活塞16、堵杆17、压簧18、橡胶垫19、煤层20、注热孔21、抽采孔22。

实施例1基本如附图1-图2所示：低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，包括前期抽采、中期抽采和后期抽采；

前期抽采的操作为：在煤体上打上注热孔21和抽采孔22，结合图6-图7所示，1～3m高的煤层20可布置一排钻孔，注热孔21和抽采孔22交替排列。3m以上高的煤层20可布置多排孔，抽采孔22围绕在注热孔21的周围。在注热孔21上安装上封孔器，本实施例中的封孔器如图1-2所示，封孔器上包括注热管1、抽采管8和封孔袋2，注热管1为U形，注热管1的左端为进气端和出气端，注热管1的右端为用于插入到注热孔21中的封闭端。封孔袋2通过螺钉固定、粘接或者卡接的方式固定位于注热管1上，封孔袋2的数量为两个，封孔袋2为橡胶材质制成，封孔袋2上连接有注气管3，多个注气管3之间螺纹连接有接头4，通过接头4实现了相邻的注气管3的连接。最右侧注气管3的右端螺纹连接有堵头6。注气管3左端上设有第一阀门10以及压力表9，通过第一阀门10实现了对注气管3中注入气体或者将气体释放，注热管1左端的进气端上设有第二阀门11。注热管1上通过螺钉连接、粘接或者卡接的方式固定连接有第一连接头5和第二连接头7，抽采管8卡接位于第一连接头5和第二连接头7之间，抽采管8从注热管1中穿过。本实施例中的注热介质为压风，压风通过水浴加热的方式而升温加热。

将注热管1的右端、封孔袋2放入到注热孔21中，通过注气管3注入气体，封孔袋2膨胀，膨胀后的封孔袋2与注热孔21的内壁相贴，从而将注热孔21密封堵住。向注热管1中注入热介质，热介质从注热管1中的进气端进入，并进入到注热孔21中，然后从注热管1的出气端流出，热介质进入到注热孔21中后，通过热传递，实现对注热孔21的加热。通过注热管1向注热孔21内注热，注热孔21内的温度升高，游离态的瓦斯变多，注热孔21内的瓦斯压力变多，通过抽采管8将注热孔21内排放的瓦斯气体抽出。

中期抽采的操作为：随着注热时间的延长，热量逐步从注热孔21传导到邻近抽采孔22上，解吸出来的瓦斯通过煤体裂隙进入到抽采孔22中，此时使用抽采的设备对抽采孔22中的瓦斯进行抽采。

后期抽采的操作为：通过压力、流量、浓度等传感器以及检测设备对抽采的瓦斯浓度进行检测，当抽采孔22中瓦斯浓度及流量下降到一定程度后，例如下降到初始浓度及流量的20％时，可以认为进入后期抽采阶段，停止向注热孔21中注热和停止抽采瓦斯。

本实施例中在前期抽采和后期抽采过程中，使用瓦斯压力表9检测注热孔21或者抽采孔22内的瓦斯压力，瓦斯压力增大到一定压力值后，通过控制第二阀门11停止注热，压力下降到一定压力值后，通过控制第二阀门11再继续注热，如此循环进行。

实施例2

结合图3-图5所示，本实施例中的封孔袋2上一体成型有凸出部14，凸出部14和封孔袋2连通，注热孔21的内壁上钻有卡槽，凸出部14卡在卡槽内。

本实施例中的注气管3从封孔袋2中穿过，注气管3的侧壁上设有与封孔袋2连通的出气孔，最右侧的注气管3的右端连接有活塞筒15，活塞筒15的右端处于开口状态，活塞筒15的左端和注气管3连通，活塞筒15内密封滑动连接有活塞16，活塞16的左端和活塞筒15的左端之间连接有压簧18，活塞16的左端上通过螺钉固定连接有堵杆17，堵杆17插入到注气管3中。注气管3中粘接、螺钉固定或者卡接有固定有位于第一阀门10右侧的挡板12，挡板12位于左侧的封孔袋2的左侧，挡板12上设有通气孔，堵杆17的左端和挡板12相对，堵杆17的左端上粘接有用于将通气孔堵住的橡胶垫19。堵杆17和注气管3的内壁之间设有间隙，这样堵杆17不会影响注气管3内气体的流动。最右侧的注气管3的右端内壁上一体成型有密封台13，密封台13位于活塞筒15的左侧，密封台13将堵杆17和注气管3内壁之间的间隙堵住，从而能够避免注气管3中的气体向右进入到活塞筒15中。

本方案中，封孔袋2膨胀后，凸出部14膨胀而卡在注热孔21内壁上的卡槽中，这样卡槽将凸出部14卡住，封孔袋2不易从注热孔21中出来，避免了注热孔21内瓦斯的气压较大而将封孔器从注热孔21中冲压出来，封孔器位于注热孔21内更加稳定。

在对注热孔21注热过程中，注热孔21中的瓦斯含量变多，瓦斯压力变多，瓦斯的气压推动活塞16向左移动，活塞16对压簧18进行挤压，活塞16带动堵杆17向左移动，堵杆17的左端与挡板12相抵，堵杆17将挡板12上的通气孔堵住，封孔袋2中的气体不会流向第一阀门10，这样即便将第一阀门10打开，注气管3中的气体也不会泄漏，封孔袋2不会收缩，凸出部14仍会稳定的卡在注热孔21内壁上的卡槽中，避免了操作工人在瓦斯的压力较大的情况下而误打开第一阀门10而使得封孔袋2内气体释放而收缩，避免了瓦斯的气体压力较大而将缩小的封孔袋2从注热孔21中冲出来，使得封孔器使用更加安全。

当注热孔21中的瓦斯气体含量下降到一定量之后，瓦斯气压减小，活塞16受到的压力减小，活塞16在压簧18的作用下向右移动，活塞16带动堵杆17向右移动，堵杆17的左端不再将挡板12上的通气孔堵住，通气孔连通，这样打开第一阀门10后，封孔袋2内的气体可以向左流动而通过第一阀门10释放出，封孔袋2能够缩小，从而能够将封孔器从注热孔中顺利取出。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，其特征在于：包括前期抽采、中期抽采和后期抽采；

所述前期抽采的操作为：在煤体上打上注热孔和抽采孔，在注热孔上安装上封孔器，所述封孔器上设有注热管和抽采管；通过注热管向注热孔内注热，并通过抽采管将注热孔内排放的瓦斯气体抽出；

所述中期抽采的操作为：随着注热时间的延长，热量逐步从注热孔传导到邻近抽采孔上，解吸出来的瓦斯通过煤体裂隙进入到抽采孔中，此时对抽采孔中的瓦斯进行抽采；

所述后期抽采的操作为：当抽采孔中瓦斯浓度及流量下降到一定程度后，认为进入后期抽采阶段，停止向注热孔中注热和停止抽采瓦斯。

2.根据权利要求1所述的低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，其特征在于：在前期抽采和后期抽采过程中，使用瓦斯压力表检测注热孔或者抽采孔内的瓦斯压力，瓦斯压力增大到一定压力值后，停止注热，压力下降到一定压力值后，再继续注热，如此循环进行。

3.根据权利要求1所述的低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，其特征在于：1～3m高的煤层可布置一排钻孔，注热孔和抽采孔交替排列。

4.根据权利要求1所述的低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，其特征在于：3m以上高的煤层可布置多排孔，抽采孔围绕在注热孔的周围。

5.根据权利要求1所述的低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，其特征在于：所述注热介质为压风。

6.根据权利要求1所述的低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，其特征在于：所述封孔器还包括封孔袋，所述封孔袋位于注热管上，所述封孔袋上连接有注气管，注气管上设有第一阀门，注热管上设有第二阀门。

7.根据权利要求1所述的低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，其特征在于：所述注热管为U形。

8.根据权利要求6所述的低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，其特征在于：所述注热管上固定连接有第一连接头和第二连接头，所述抽采管位于第一连接头和第二连接头之间。

9.根据权利要求8所述的低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，其特征在于：所述封孔袋上连通有凸出部，注热孔的内壁上钻有卡槽，凸出部卡在卡槽内。

Images