CN115030691B - 一种低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法及装置 - Google Patents
一种低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于煤层增透抽采的技术领域，具体涉及一种低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法及装置，解决了现有煤层增透技术的不足。所述方法，将电脉冲与注热结合起来，先注入一定压力的离子溶液，利用电脉冲装置的正电极和负电极对煤层进行重复放电，然后再注入高压高温离子溶液，最后进行抽采。所述装置，包括正极管、负极管，正极管能够进行电脉冲、注热以及抽采，负极管能够进行电脉冲、注热、抽采以及温度监测。本发明方法操作简单，安全性高，具有广泛的实用价值。
Description
技术领域
本发明属于煤层增透的技术领域，具体涉及一种低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法及装置。
背景技术
我国煤层地质条件较为复杂且具有高瓦斯压力、低透气性等特点，这就使得在瓦斯抽采前必须进行相应的煤层增透措施。当前提高瓦斯抽采效率的强化技术(ECBM技术)比较丰富，如高压水射流割缝、密集钻孔抽放、深孔松动爆破、水力压裂、CO2驱替、N2驱替等。上述的这些ECBM技术均取得了较好的工程应用，但也都存在局限性和不足。高压水射流割缝技术残余的水分会在割缝中造成“水锁效应”，影响瓦斯后期的抽采。密集钻孔抽放技术的施工量大、成本高，经济性差。深孔松动爆破技术普遍存在送药问题，特别是松软煤层成孔难、送药难，还伴有一定的危险性。而水力压裂、CO2、N2驱替等技术对于煤层完整性的要求非常高，当所在煤层由于地质作用产生了断层、溶洞和大型裂纹带时，这些技术就无法使用。基于现有的煤层增透技术的不足，提出一种安全、高效以及应用范围广的提高瓦斯抽采效率的方法显得尤为重要。
发明内容
本发明为了解决上述现有煤层增透技术的不足，提出了一种低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法及装置。
本发明采用如下的技术方案实现：
一种低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法，其特征在于步骤如下：
S1：煤层中施工正极钻孔与负极钻孔，正极钻孔与负极钻孔中分别设置正极管和负极管，正极管能够进行电脉冲、注热以及抽采，负极管能够进行电脉冲、注热、抽采以及温度监测；
S2：对正极钻孔中注入高压高温离子溶液，高压高温离子溶液在煤层中穿透后，对正极钻孔和负极钻孔周围煤层进行电脉冲击穿，使煤层产生裂缝，释放瓦斯，
S3：电脉冲作业重复作用一定次数后停止作业，排出钻孔内溶液，再次对正极钻孔和负极钻孔中注入高压高温离子溶液，负极钻孔内温度停止明显升高后继续注热一定时间后，将钻孔内溶液排出，对正极钻孔与负极钻孔进行瓦斯抽采。
进一步的，步骤S1中，正极管和负极管分别送至正极钻孔和负极钻孔底部，正极管中的正电极和负极管中的负电极都与煤壁接触，用封孔器一和封孔器二分别对正极钻孔与负极钻孔进行封孔。
进一步的，封孔完成后，用导线将正极钻孔外端的正电极接口和负极钻孔(16)外端的负电极接口与防爆高压电容器相连接，并用防爆高压充电装置对防爆高压电容器充电；将注热管一和注热管二通过注热导管与高压注热器相连接，高压注热器与高温离子溶液发生器相连接，再将排水控制阀一和排水控制阀二接入注热管道中，将封孔器二外端的温度探测器的接口通过信号传输线与数据采集系统相连接。
进一步的，步骤S2中，负极钻孔的温度开始上升，进行电脉冲击穿。另一种方案，正极钻孔注入高压高温离子溶液、负极钻孔注入高压常温离子溶液，监控负极钻孔中的温度开始上升时，进行电脉冲击穿。
进一步的，步骤S3后，当抽采的瓦斯流量和浓度明显下降时，重复步骤S2、S3，直至抽采钻孔控制区域的煤层瓦斯含量降至安全要求的范围。
进一步的，所述的高压高温离子溶液，压力10-40MPa，温度90-100℃,所述的高压常温离子溶液，压力10-40MPa。
一种低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采装置，用于完成上述的低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法，包括正极管和负极管，正极管的正电极接口、负极管的负电极接口分别与防爆高压电容器相连接，防爆高压充电装置对防爆高压电容器充电；正极管的注热管一和负极管的注热管二分别与高压注热器相连接，注热管一和高压注热器之间设置有排水控制阀一，注热管二与高压注热器之间设置有排水控制阀二，负极管内的温度探测器的接口通过信号传输线与数据采集系统相连接。
进一步的，所述正极管为管状结构，正极管一端开有进出液口，正极管另一端插入注热管一和正电极，所述注热管一和正电极接近进出液口。
进一步的，所述负极管为管状结构，负极管一端开有进出液口，从正极管另一端插入注热管二、负电极以及温度探测器，所述注热管二、负电极以及温度探测器接近进出液口。
本发明所述的装置为本发明所述方法的实现提供可能性。
本发明所述的方法，将电脉冲与注热结合起来，先注入一定压力的离子溶液，利用电脉冲装置的正电极和负电极对煤层进行重复放电，在正极钻孔和负极钻孔之间的煤层形成网状裂隙结构，促进煤孔隙中游离瓦斯的释放。另外，高压高温离子溶液进入煤层裂隙中还能增加煤层的导电性，促使裂隙进一步扩展，增加煤层的导电性，提升电脉冲对煤层的击穿效果，增强电脉冲的增透效果。同时使煤层发生膨胀变形，促进煤孔隙中吸附的瓦斯快速解吸，进一步提高瓦斯抽采效率。最后利用瓦斯抽采系统对煤层瓦斯进行抽采，直至钻孔控制区域的煤层瓦斯含量降至安全要求的范围。该方法操作简单，安全性高，具有广泛的实用价值。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是正极管内部结构图；
图3是负极管内部结构图；
图中：1-防爆高压充电装置，2-防爆高压电容器，3-高压放电控制器，4-正极管，5-负极管，6-高温离子溶液发生器，7-高压注热器，8-排水控制阀一，9-排水控制阀二，10-导线，11-瓦斯抽采系统，12-数据采集系统，13-封孔器一，14-封孔器二，15-正极钻孔，16-负极钻孔，17-煤层，18-导管，19-注热管一，20-注热管二，21-正电极，22-负电极，23-温度探测器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。
一种低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采装置，包括正极管和负极管，所述正极管4为管状结构，正极管一端开有进出液口，正极管另一端插入注热管一19和正电极21，所述注热管一19和正电极21接近进出液口。所述负极管5为管状结构，负极管一端5开有进出液口，从正极管另一端插入注热管二20、负电极22以及温度探测器23，所述注热管二20、负电极22以及温度探测器23接近进出液口。
正极管的正电极21接口、负极管的负电极22接口分别与防爆高压电容器2相连接，防爆高压充电装置1对防爆高压电容器2充电；正极管的注热管一19和负极管的注热管二20分别与高压注热器7相连接，注热管一19和高压注热器7之间设置有排水控制阀一8，注热管二20与高压注热器7之间设置有排水控制阀二9，负极管内的温度探测器23的接口通过信号传输线与数据采集系统12相连接。
所述的温度探测器、数据采集系统采用本领域常规产品，其他涉及的部件也采用本领域常规产品，可以从市场上购买获得。
实施例1：一种低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法，具体步骤如下：
a、采用常规的钻孔方式在煤层17中施工正极钻孔15与负极钻孔16；
b、钻孔施工完成后，将正极管4和负极管5分别送至正极钻孔15和负极钻孔16底部，要确保正极管4中正电极21和负极管5中负电极22与煤壁接触。然后用封孔器一13和封孔器二14分别对正极钻孔15与负极钻孔16进行封孔；
c、封孔完成后，用导线10将正极钻孔15外端的正电极21接口与负极钻孔16外端的负电极22接口与防爆高压电容器2相连接，并用防爆高压充电装置1对防爆高压电容器2充电。将注热管一19和注热管二20通过注热导管18与高压注热器7相连接，高压注热器7与高温离子溶液发生器6相连接，再将排水控制阀一8和排水控制阀二9接入注热管道中。将封孔器二14外端的温度探测器23的接口通过信号传输线与数据采集系统12相连接；
d、打开数据采集系统12，关闭排水控制阀一8和排水控制阀二9，打开高压注热器7对正极钻孔15和负极钻孔16分别注入高压高温离子溶液和高压常温离子溶液。所述的高压高温离子溶液，压力10-35MPa，温度90-100℃,所述的高压常温离子溶液，压力10-35MPa。其他的实施例中，所述的步骤d中，正极钻孔15中注入高压高温离子溶液，负极钻孔15中不注入溶液。
e、监控负极钻孔中的温度开始上升，此时煤层中达到了一定注液压力，打开高压放电控制器3，对正极钻孔15和负极钻孔16周围煤层进行电脉冲击穿，用高压放电控制器3控制放电电压与放电次数，形成的冲击作用力会使煤层产生裂缝，使瓦斯得到释放；
f、电脉冲作业重复作用一定次数后，关闭高压放电控制器3，打开排水控制阀一8和排水控制阀二9，使正极钻孔15和负极钻孔16中的离子溶液排出；
g、钻孔内溶液排出后，打开高压注热器7再次对正极钻孔15注入高压高温离子溶液，当数据采集系统12上显示负极钻孔16内温度明显升高，说明此时正极钻孔15与负极钻孔16之间形成裂隙通道。
h、注热一定时间后，负极钻孔16中的温度上升至80摄氏度左右，停止注热，将钻孔内溶液排出，打开瓦斯抽采系统11对正极钻孔15与负极钻孔16进行瓦斯抽采；
i、当瓦斯抽采系统11抽采的瓦斯流量和浓度明显下降时，重复步骤d、e、f、g、h，直至抽采钻孔控制区域的煤层瓦斯含量降至安全要求的范围。
实施例中涉及的温度、压力等参数，本领域技术人员可以根据不同的煤层结合现有技术进行常规确定。
所述的方法首先通过电脉冲技术对钻孔周围煤层进行击穿，然后向钻孔内注入高压高温离子溶液，在离子溶液的作用下，煤层导电性进一步加强，从而提升电脉冲对煤层的增透效果。一方面注入的高压高温离子溶液会使煤层发生膨胀变形，已有的裂隙结构会进一步扩展；另一方面，进入煤层的高压高温离子溶液会促进煤层孔裂隙中的吸附瓦斯快速解吸。电脉冲与注热相协同作用于煤层可以有效提高瓦斯抽采效率。
Claims (6)
1.一种低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法，其特征在于步骤如下：
S1：煤层（17）中施工正极钻孔（15）与负极钻孔（16），正极钻孔（15）与负极钻孔（16）中分别设置正极管和负极管，正极管能够进行电脉冲、注热以及抽采，负极管能够进行电脉冲、注热、抽采以及温度监测；
S2：对正极钻孔（15）中注入高压高温离子溶液，高压高温离子溶液在煤层中穿透后，监控负极钻孔的温度开始上升时，对正极钻孔（15）和负极钻孔（16）周围煤层进行电脉冲击穿，使煤层产生裂缝，释放瓦斯，所述的高压高温离子溶液，压力10-40MPa，温度90-100℃；
S3：电脉冲作业重复作用一定次数后停止作业，排出钻孔内溶液，再次对正极钻孔（15）和负极钻孔（16）中注入高压高温离子溶液，负极钻孔（16）内温度停止明显升高后继续注热一定时间后，将钻孔内溶液排出，对正极钻孔（15）与负极钻孔（16）进行瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法，其特征在于：步骤S1中，正极管（4）和负极管（5）分别送至正极钻孔（15）和负极钻孔（16）底部，正极管（4）中的正电极（21）和负极管（5）中的负电极（22）都与煤壁接触，用封孔器一（13）和封孔器二（14）分别对正极钻孔（15）与负极钻孔（16）进行封孔。
3.根据权利要求2所述的低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法，其特征在于：封孔完成后，用导线（10）将正极钻孔（15）外端的正电极（21）接口和负极钻孔（16）外端的负电极（22）接口与防爆高压电容器（2）相连接，并用防爆高压充电装置（1）对防爆高压电容器（2）充电；将注热管一（19）和注热管二（20）通过注热导管（18）与高压注热器（7）相连接，高压注热器（7）与高温离子溶液发生器（6）相连接，再将排水控制阀一（8）和排水控制阀二（9）接入注热管道中，将封孔器二（14）外端的温度探测器（23）的接口通过信号传输线与数据采集系统（12）相连接。
4.根据权利要求1所述的低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法，其特征在于：步骤S2中，正极钻孔注入高压高温离子溶液、负极钻孔注入高压常温离子溶液。
5.根据权利要求1所述的低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法，其特征在于：步骤S3后，当抽采的瓦斯流量和浓度明显下降时，重复步骤S2、S3，直至抽采钻孔控制区域的煤层瓦斯含量降至安全要求的范围。
6.一种低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采装置，用于完成权利要求1-5之一所述的低透气性煤层电脉冲注热协同强化瓦斯抽采方法，其特征在于包括正极管和负极管，正极管的正电极（21）接口、负极管的负电极（22）接口分别与防爆高压电容器（2）相连接，防爆高压充电装置（1）对防爆高压电容器（2）充电；正极管的注热管一（19）和负极管的注热管二（20）分别与高压注热器（7）相连接，注热管一（19）和高压注热器（7）之间设置有排水控制阀一（8），注热管二（20）与高压注热器（7）之间设置有排水控制阀二（9），负极管内的温度探测器（23）的接口通过信号传输线与数据采集系统（12）相连接；所述正极管（4）为管状结构，正极管一端开有进出液口，正极管另一端插入注热管一（19）和正电极（21），所述注热管一（19）和正电极（21）接近进出液口；所述负极管（5）为管状结构，负极管（5）一端开有进出液口，从正极管另一端插入注热管二（20）、负电极（22）以及温度探测器（23），所述注热管二（20）、负电极（22）以及温度探测器（23）接近进出液口。
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- 2022-06-20 CN CN202210696119.1A patent/CN115030691B/zh active Active
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