CN117386337A - 一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于低渗透煤层的瓦斯增透技术领域，具体涉及一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法；在煤层中施工若干钻孔，钻孔分为酸化孔和电脉冲致裂孔；将电脉冲发生装置送至电脉冲致裂孔内，电脉冲致裂孔内注入导电离子溶液，电脉冲发生装置释放高压电脉冲击穿导电离子溶液，在导电离子溶液中形成等离子通道，等离子通道瞬时膨胀产生冲击波，作用于钻孔周围煤体，对煤体产生压缩破坏达到致裂效果；脉冲致裂后，酸化孔内注入酸性溶液，酸性溶液溶解煤体裂隙中填充的矿物质，进而沟通煤层裂隙；本发明使用高压电脉冲预先致裂煤体，大大提高后续注酸对煤层的酸化增透作用，将两者的优点进行了充分有机结合，极大增加了低渗煤层的透气性。
Description
技术领域
本发明属于低渗透煤层的瓦斯增透技术领域，具体涉及一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法。
背景技术
瓦斯采前预抽是当前瓦斯治理的主要技术手段，瓦斯预抽效果的好坏则与煤层透气性的高低紧密相关，近年来，随着煤矿开采深度的逐渐加深以及特殊的地质条件，使得所开采煤层具有瓦斯含量大、压力高、强吸附、低渗透等特征，瓦斯赋存煤层渗透率普遍较差，瓦斯难以抽出，使得工作面掘进和回采时煤与瓦斯突出的危险性大大加剧，因此，如何提高低渗煤层的渗透率将瓦斯抽出是实现瓦斯有效治理的严峻问题。
目前提高煤层瓦斯渗透性的主要方式有水力压裂、深孔预裂爆破、CO2相变致裂等。水力压裂增透技术目前应用较广，但该技术受煤层地质构造影响较大，特别是构造煤地带效果甚微；深孔预裂爆破及CO2相变致裂若在钻孔内出现拒爆情况，处理过程比较繁琐，且带有一定的危险性，非常容易为回采工作留下安全隐患；因此，就有必要提供一种工艺简单、效果明显、安全可靠的针对煤层瓦斯增透的新手段，能明显改善煤层透气性，提高瓦斯抽采浓度。
发明内容
本发明针对低渗透性煤层瓦斯难以抽采而引起瓦斯突出、瓦斯爆炸等严重危害的问题，提出的一种工艺简单、效果明显、安全可靠的钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法。
本发明提供如下技术方案：一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法，在煤层中施工若干钻孔，钻孔分为酸化孔和围绕酸化孔的电脉冲致裂孔；
将电脉冲发生装置送至电脉冲致裂孔内后密封孔口，电脉冲致裂孔内注入导电离子溶液，电脉冲发生装置释放高压电脉冲击穿导电离子溶液，在导电离子溶液中形成等离子通道，等离子通道瞬时膨胀产生冲击波，作用于钻孔周围煤体，对煤体产生压缩破坏达到致裂效果；
脉冲致裂后，酸化孔内注入酸性溶液并密封孔口，酸性溶液溶解煤体裂隙中填充的矿物质，进而沟通煤层裂隙；
酸化完成后，电脉冲致裂孔和酸化孔并入抽采系统中进行瓦斯抽采。
具体包括如下步骤：
a：在煤层中施工若干电脉冲致裂孔和酸化孔，酸化孔于煤层中心位置开孔，电脉冲致裂孔呈矩阵分布在酸化孔周围；
b：使用高压绝缘护管将电脉冲发生装置送至电脉冲致裂孔内，电脉冲发生装置中的放电正极和放电负极通过高压绝缘护管中的高压电缆与放电电路连接，并用绝缘密封塞将高压绝缘护管末端进行密封；
c：将注液管推入电脉冲致裂孔中并连接导电离子溶液供液管路，用封孔器密封电脉冲致裂孔；向孔内注液达到设计注液压力后停止注液，退出注液管；
d:放电电路充电至设计放电电压，电脉冲发生装置放电时，放电正极和放电负极放电击穿导电离子溶液产生高压冲击波对电脉冲致裂孔周围煤岩体进行致裂；致裂完成后，将高压绝缘护管及电脉冲发生装置退出，排出导电离子溶液；
e：重复步骤b-d，直至完成单个酸化孔周围的全部电脉冲致裂孔的放电击穿致裂；
f：将注酸管推入酸化孔中并连接酸性溶液供液管路，用封孔器密封酸化孔；向孔内注液达到设计注液压力后停止注液，并保持设定时间后退出注酸管；
g：重复步骤b～f，直至完成所有的电脉冲致裂孔的放电击穿致裂和酸化孔的酸化增透；
h：将电脉冲致裂孔与酸化孔并入抽采系统中进行瓦斯抽采。
进一步地，放电电路包括放电开关、放电电容和电脉冲充电控制器，启动电脉冲充电控制器对放电电容进行充电，达到设计放电电压后停止充电，闭合放电开关给电脉冲发生装置供电。
进一步地，导电离子溶液供液管路中依次设置注液开关、注液压力表、注液泵和注液桶，注液桶中存储导电离子溶液，启动注液泵，打开注液开关向电脉冲致裂孔内注液，通过注液压力表监测注入压力。
进一步地，酸性溶液供液管路中依次设置注酸开关、注酸压力表、注酸泵和注酸桶，注液桶中存储酸性溶液，启动注酸泵，打开注酸开关向酸化孔内注酸，通过注酸压力表监测注入压力。
进一步地，步骤a中酸化孔的孔径为150mm，电脉冲致裂孔的孔径为50mm；单个酸化孔周围有四个电脉冲致裂孔，电脉冲致裂孔之间的间距不小于3m。
进一步地，步骤f中所用的酸性溶液为包含HCl、HF的混合液，设计注酸压力不小于15MPa，设定保持时间不小于36h；步骤c中所用的导电离子溶液为NaCl溶液，设计注液压力不小于5MPa；步骤d中电脉冲电压不小于50KV。
进一步地，步骤c中封孔器的封孔深度为12～20m。
进一步地，注酸管采用PVC管。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明通过释放高压电脉冲击穿导电离子溶液，在导电离子溶液中形成等离子通道，等离子通道瞬时膨胀产生冲击波，作用于钻孔周围煤体，对煤体产生压缩破坏达到致裂效果，无污染的同时又可实现瓦斯增透。
2、本发明在电脉冲一次煤层致裂的基础上向煤层中注入酸性溶液，可显著提高酸性溶液在煤层中的扩散范围及与煤体的接触范围，可有效溶解煤体裂隙中填充的矿物质，进而沟通煤层裂隙，强化酸化效果。
3、本发明可以控制电脉冲产生装置的推入深度、脉冲次数、脉冲电压以及酸液的酸化时长来实现对煤层在空间和时间上的全面增透。
4、高压电脉冲协同酸化作用不仅能够产生宏观裂隙，提供瓦斯流动通道，而且能沟通纳米级微小空隙，实现双重尺度煤层瓦斯增透。
附图说明
图1为钻孔布置方式图；
图2为电脉冲致裂孔放电致裂煤层示意图；
图3为酸化孔注酸瓦斯增透示意图；
图中：1-煤层；2-脉冲孔；3-酸化孔；4-电脉冲发生装置；5-高压绝缘护管；6-高压电缆；7-绝缘密封塞；8-放电开关；9-高压电容；10-电脉冲充电控制器；11-注液管；12-注液开关；13-注液压力表；14-注液泵；15-注液桶；16-封孔器；17-放电正极；18-放电负极；19-注酸管；20-注酸开关；21-注酸压力表；22-注酸泵；23-注酸桶。
具体实施方式
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
如图1、图2、图3所示：一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法，包括以下步骤：
a、在煤层1中施工若干电脉冲致裂孔2和酸化孔3，酸化孔3于煤层中心位置(煤层厚度的中间)开孔，电脉冲致裂孔2呈矩阵分布在酸化孔3周围；
b、使用高压绝缘护管5将电脉冲发生装置4送至电脉冲致裂孔2内，电脉冲发生装置4中的放电正极17和放电负极18通过高压绝缘护管5中的高压电缆6与放电开关8连接，并用绝缘密封塞7将高压绝缘护管5末端进行密封；放电开关8连接放电电容9和电脉冲充电控制器10；
c、将注液管11推入电脉冲致裂孔2中，并依次与注液开关12、注液压力表13、注液泵14和注液桶15连接，用封孔器16对电脉冲致裂孔2进行密封，向注液桶15中注入导电离子溶液，启动注液泵14，打开注液开关12向孔内注液，当注液压力表13达到设计注液压力时，停止注液，退出注液管11；
d、启动电脉冲充电控制器10对放电电容9进行充电，达到设计放电电压后停止充电，闭合放电开关8，通过电脉冲发生装置4中的放电正极17和放电负极18放电击穿导电离子溶液产生高压冲击波对电脉冲致裂孔2周围煤岩体进行致裂，可重复脉冲致使煤体产生裂隙，随后将高压绝缘护管5及电脉冲发生装置4退出，排出导电离子溶液；
e、重复步骤b-d，直至完成单个酸化孔3周围的全部电脉冲致裂孔2的放电击穿致裂；
f、电脉冲一次煤层致裂完成后，将注酸管19推入酸化孔3中，依次与注酸开关20、注酸压力表21、注酸泵22和注酸桶23连接，用封孔器16对酸化孔3进行密封，向注液桶23中注入酸性溶液，启动注酸泵22，打开注酸开关20向孔内注酸，当注酸压力表21达到设计注酸压力时，停止注酸，并保持设定时间后退出注酸管19；
g、重复步骤b～f，直至完成所有的电脉冲致裂孔2的放电击穿致裂和酸化孔3的酸化增透；
h、将电脉冲致裂孔2与酸化孔3并入抽采系统中开始瓦斯抽采。
钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂瓦斯增透其作用影响范围可达6-8m，相比传统的方法其作用范围可提升25％以上，且使用该方法可有效提高瓦斯抽采效率30％以上。
在一些实施例中，步骤a中酸化孔3的孔径为150mm，电脉冲致裂孔2的孔径为50mm；单个酸化孔3周围有四个电脉冲致裂孔2，电脉冲致裂孔2之间的间距不小于3m。
在一些实施例中，步骤f中所用的酸性溶液为包含HCl、HF的混合液，设计注酸压力不小于15MPa，设定保持时间不小于36h；步骤c中所用的导电离子溶液为NaCl溶液，设计注液压力不小于5MPa；步骤d中电脉冲电压不小于50KV。
在一些实施例中，步骤c中封孔器16的封孔深度为12～20m。
在一些实施例中，注酸管19采用PVC管。
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 (9)
1.一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法，其特征在于：在煤层(1)中施工若干钻孔，钻孔分为酸化孔(3)和围绕酸化孔(3)的电脉冲致裂孔(2)；
将电脉冲发生装置(4)送至电脉冲致裂孔(2)内后密封孔口，电脉冲致裂孔(2)内注入导电离子溶液，电脉冲发生装置(4)释放高压电脉冲击穿导电离子溶液，在导电离子溶液中形成等离子通道，等离子通道瞬时膨胀产生冲击波，作用于钻孔周围煤体，对煤体产生压缩破坏达到致裂效果；
脉冲致裂后，酸化孔(3)内注入酸性溶液并密封孔口，酸性溶液溶解煤体裂隙中填充的矿物质，进而沟通煤层裂隙；
酸化完成后，电脉冲致裂孔(2)和酸化孔(3)并入抽采系统中进行瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法，其特征在于，包括如下步骤：
a：在煤层(1)中施工若干电脉冲致裂孔(2)和酸化孔(3)，酸化孔(3)于煤层中心位置开孔，电脉冲致裂孔(2)呈矩阵分布在酸化孔(3)周围；
b：使用高压绝缘护管(5)将电脉冲发生装置(4)送至电脉冲致裂孔(2)内，电脉冲发生装置(4)中的放电正极(17)和放电负极(18)通过高压绝缘护管(5)中的高压电缆(6)与放电电路连接，并用绝缘密封塞(7)将高压绝缘护管(5)末端进行密封；
c：将注液管(11)推入电脉冲致裂孔(2)中并连接导电离子溶液供液管路，用封孔器(16)密封电脉冲致裂孔(2)；向孔内注液达到设计注液压力后停止注液，退出注液管(11)；
d:放电电路充电至设计放电电压，电脉冲发生装置(4)放电时，放电正极(17)和放电负极(18)放电击穿导电离子溶液产生高压冲击波对电脉冲致裂孔(2)周围煤岩体进行致裂；致裂完成后，将高压绝缘护管(5)及电脉冲发生装置(4)退出，排出导电离子溶液；
e：重复步骤b-d，直至完成单个酸化孔(3)周围的全部电脉冲致裂孔(2)的放电击穿致裂；
f：将注酸管(19)推入酸化孔(3)中并连接酸性溶液供液管路，用封孔器(16)密封酸化孔(3)；向孔内注液达到设计注液压力后停止注液，并保持设定时间后退出注酸管(19)；
g：重复步骤b～f，直至完成所有的电脉冲致裂孔(2)的放电击穿致裂和酸化孔(3)的酸化增透；
h：将电脉冲致裂孔(2)与酸化孔(3)并入抽采系统中进行瓦斯抽采。
3.根据权利要求2所述的一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法，其特征在于：所述的放电电路包括放电开关(8)、放电电容(9)和电脉冲充电控制器(10)，启动电脉冲充电控制器(10)对放电电容(9)进行充电，达到设计放电电压后停止充电，闭合放电开关(8)给电脉冲发生装置(4)供电。
4.根据权利要求2所述的一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法，其特征在于：所述的导电离子溶液供液管路中依次设置注液开关(12)、注液压力表(13)、注液泵(14)和注液桶(15)，注液桶(15)中存储导电离子溶液，启动注液泵(14)，打开注液开关(12)向电脉冲致裂孔(2)内注液，通过注液压力表(13)监测注入压力。
5.根据权利要求2所述的一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法，其特征在于：所述的酸性溶液供液管路中依次设置注酸开关(20)、注酸压力表(21)、注酸泵(22)和注酸桶(23)，注液桶(23)中存储酸性溶液，启动注酸泵(22)，打开注酸开关(20)向酸化孔(3)内注酸，通过注酸压力表(21)监测注入压力。
6.根据权利要求2所述的一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法，其特征在于：步骤(a)中酸化孔(3)的孔径为150mm，电脉冲致裂孔(2)的孔径为50mm；单个酸化孔(3)周围有四个电脉冲致裂孔(2)，电脉冲致裂孔(2)之间的间距不小于3m。
7.根据权利要求6所述的一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法，其特征在于：步骤(f)中所用的酸性溶液为包含HCl、HF的混合液，设计注酸压力不小于15MPa，设定保持时间不小于36h；步骤(c)中所用的导电离子溶液为NaCl溶液，设计注液压力不小于5MPa；步骤(d)中电脉冲电压不小于50KV。
8.根据权利要求2所述的一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法，其特征在于：步骤(c)中封孔器(16)的封孔深度为12～20m。
9.根据权利要求2所述的一种钻孔内液电冲击协同酸化作用煤体致裂增透方法，其特征在于：所述的注酸管(19)采用PVC管。
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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 | ||
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