CN215718644U - 可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，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。该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备包括可控冲击波发生装置、二氧化碳供应装置、封孔装置和瓦斯抽采装置，其中，可控冲击波发生装置能够设置于实验钻孔，且可控冲击波发生装置沿实验钻孔的长度方向的位置可调；二氧化碳供应装置被配置为向实验钻孔注入二氧化碳；封孔装置设置于实验钻孔的孔口，封孔装置被配置为封堵实验钻孔的孔口；瓦斯抽采装置与常规钻孔相连。本实用新型能够使得煤体中呈吸附态的瓦斯被顺利抽采。

Description

可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备

技术领域

本实用新型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二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备。

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。对于松软高变质程度的煤层，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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，以解决吸附态瓦斯不易进行抽采的技术问题。

本实用新型提供的可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，用于抽采煤层中的瓦斯，所述煤层开设有多个钻孔，多个所述钻孔包括实验钻孔和常规钻孔，所述可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备包括可控冲击波发生装置、二氧化碳供应装置、封孔装置和瓦斯抽采装置，其中，所述可控冲击波发生装置能够设置于所述实验钻孔，且所述可控冲击波发生装置沿所述实验钻孔的长度方向的位置可调；所述二氧化碳供应装置被配置为向所述实验钻孔注入二氧化碳；所述封孔装置设置于所述实验钻孔的孔口，所述封孔装置被配置为封堵所述实验钻孔的孔口；所述瓦斯抽采装置与所述常规钻孔相连，所述瓦斯抽采装置被配置为由所述常规钻孔抽采瓦斯。

进一步地，所述二氧化碳供应装置包括超临界二氧化碳发生器、超临界二氧化碳注入开关和注入管道，所述注入管道插设于所述封孔装置，所述注入管道的入口与所述超临界二氧化碳发生器相连，所述注入管道的出口伸入所述实验钻孔，所述超临界二氧化碳注入开关设置于所述注入管道。

进一步地，还包括供水装置，所述供水装置被配置为向所述实验钻孔注入水流。

进一步地，所述供水装置包括注水泵和注水管，所述注水泵的注水口通过所述注水管与所述注入管道相连，所述注水管设置有注水开关。

进一步地，还包括排水管，所述排水管插设于所述封孔装置并与所述实验钻孔相连，所述排水管被配置为将所述实验钻孔内的水流排出，所述排水管设置有排水开关。

进一步地，还包括供热装置，所述供热装置被配置为向所述实验钻孔提供热量。

进一步地，所述供热装置包括温控器和加热棒，所述加热棒插设于所述封孔装置并伸入所述实验钻孔，所述温控器被配置为控制所述加热棒的加热温度。

进一步地，所述注入管道设置有压力表，所述压力表被配置为显示所述注入管道内的流体压力。

进一步地，还包括钻机，所述可控冲击波发生装置安装于所述钻机的钻杆。

进一步地，所述实验钻孔的两侧均设置有所述常规钻孔。

本实用新型可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备带来的有益效果是：

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，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，其中，可控冲击波发生装置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；然后，将瓦斯抽采装置连接至常规钻孔，利用瓦斯抽采装置为常规钻孔提供负压环境；最后，启动二氧化碳供应装置，以向实验钻孔注入二氧化碳，利用二氧化碳对煤体中呈吸附态的瓦斯进行驱赶和替代，实现煤体中瓦斯的置换，使得煤体中的瓦斯通过常规钻孔进行抽采。其中，在瓦斯抽采装置的作用下，常规钻孔内为负压环境，经二氧化碳驱替的瓦斯气体将向压力较低的常规钻孔内流动，以实现瓦斯的顺利抽采。

该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备利用可控冲击波对煤体进行增透，利用二氧化碳对瓦斯进行驱替，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。并且，通过将可控冲击波发生装置的位置设置为沿实验钻孔的长度方向可调，使得该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备能够作用于整个实验钻孔，作用区域大，从而保证了对煤体的全面增透与瓦斯驱替。

此外，该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备的作业区域为与常规钻孔相独立的实验钻孔，减少了二氧化碳气体对瓦斯抽采过程的影响，使得经常规钻孔抽采得到的瓦斯浓度更高，瓦斯抽采效率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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为本实用新型实施例提供的可控冲击波增透与二氧化碳驱替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；200-二氧化碳供应装置；300-封孔装置；400-供水装置；600-供热装置；700-压力表；800-钻机；

210-超临界二氧化碳发生器；220-超临界二氧化碳注入开关；230-注入管道；

410-注水泵；420-注水管；430-注水开关；

510-排水管；520-排水开关；

610-温控器；620-加热棒；

810-钻杆。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为本实施例提供的可控冲击波增透与二氧化碳驱替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二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，用于抽采煤层中的瓦斯，其中，煤层开设有多个钻孔，多个钻孔包括实验钻孔020和常规钻孔010。可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备包括可控冲击波发生装置100、二氧化碳供应装置200、封孔装置300和瓦斯抽采装置，具体地，可控冲击波发生装置100能够设置于实验钻孔020，且可控冲击波发生装置100沿实验钻孔020的长度方向的位置可调；二氧化碳供应装置200被配置为向实验钻孔020注入二氧化碳；封孔装置300设置于实验钻孔020的孔口，封孔装置300被配置为封堵实验钻孔020的孔口；瓦斯抽采装置与常规钻孔010相连，瓦斯抽采装置被配置为由常规钻孔010抽采瓦斯。

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，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，将瓦斯抽采装置连接至常规钻孔010，利用瓦斯抽采装置为常规钻孔010提供负压环境；最后，启动二氧化碳供应装置200，以向实验钻孔020注入二氧化碳，利用二氧化碳对煤体中呈吸附态的瓦斯进行驱赶和替代，实现煤体中瓦斯的置换，使得煤体中的瓦斯通过常规钻孔010进行抽采。其中，在瓦斯抽采装置的作用下，常规钻孔010内为负压环境，经二氧化碳驱替的瓦斯气体将向压力较低的常规钻孔010内流动，以实现瓦斯的顺利抽采。

该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备利用可控冲击波对煤体进行增透，利用二氧化碳对瓦斯进行驱替，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。并且，通过将可控冲击波发生装置100的位置设置为沿实验钻孔020的长度方向可调，使得该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备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驱替。

此外，该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备的作业区域为与常规钻孔010相独立的实验钻孔020，减少了二氧化碳气体对瓦斯抽采过程的影响，使得经常规钻孔010抽采得到的瓦斯浓度更高，瓦斯抽采效率更高。

该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备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。

请继续参照图1，本实施例中，二氧化碳供应装置200可以包括超临界二氧化碳发生器210、超临界二氧化碳注入开关220和注入管道230，具体地，注入管道230插设于封孔装置300，注入管道230的入口与超临界二氧化碳发生器210相连，注入管道230的出口伸入实验钻孔020，超临界二氧化碳注入开关220设置于注入管道230。

当需要向实验钻孔020注入二氧化碳时，将超临界二氧化碳注入开关220打开，以保证注入管道230的畅通，之后，启动超临界二氧化碳发生器210，使得超临界二氧化碳发生器210产生的超临界二氧化碳经注入管道230注入实验钻孔020；当完成二氧化碳的注入操作后，关闭超临界二氧化碳注入开关220，切断超临界二氧化碳向实验钻孔020的流动。

通过将超临界二氧化碳注入实验钻孔020，相比于气态二氧化碳，超临界二氧化碳具有更强的吸附性，超临界二氧化碳进入煤体后可以与甲烷(瓦斯气体主要成分)发生竞争吸附，置换出吸附态甲烷，且超临界二氧化碳萃取有机质的特性可以溶解煤体中的部分有机质，有助于提高煤体渗透性。

本实施例中，超临界二氧化碳优选以8MPa的注入压力通过注入管道230注入实验钻孔020。如此设置，能够为超临界二氧化碳在实验钻孔020的存在状态提供压力保证。

请继续参照图1，本实施例中，该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备还可以包括供水装置400，具体地，供水装置400被配置为向实验钻孔020注入水流。

在可控冲击波发生装置100向煤壁产生冲击波之前，可以先利用供水装置400向实验钻孔020注满水。如此设置，使得冲击波在产生后，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。

请继续参照图1，本实施例中，供水装置400可以包括注水泵410和注水管420，具体地，注水泵410的注水口通过注水管420与注入管道230相连，注水管420设置有注水开关430。

当需要向实验钻孔020注入水流时，可以打开注水开关430，并启动注水泵410，使得注水泵410通过注水管420将水流注入至注入管道230，进而通过注入管道230流向实验钻孔020。

该供水装置400通过将注水管420连接至注入管道230，使得注水过程与注入二氧化碳过程共用同一管道，不仅节省了空间，而且结构简单、成本低廉。

请继续参照图1，本实施例中，该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备还可以包括排水管510，具体地，排水管510插设于封孔装置300并与实验钻孔020相连，排水管510被配置为将实验钻孔020内的水流排出，其中，排水管510设置有排水开关520。

当需要将实验钻孔020中的水排出时，可以打开排水开关520，使得实验钻孔020中的水顺着排水管510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410上设置回水口，并将排水管510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510回流至注水泵410，以备注水泵410再次注水使用，实现了水的循环利用，减少了水资源的浪费。

请继续参照图1，本实施例中，该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备还可以包括供热装置600，具体地，供热装置600被配置为向实验钻孔020提供热量。

当可控冲击波发生装置100产生的冲击波完成对煤体的冲击后，可以启动供热装置600，向实验钻孔020提供热量。通过提高实验钻孔020的温度，能够降低瓦斯的吸附性，使得瓦斯能够更加容易地从媒体中解吸出来。

请继续参照图1，具体地，供热装置600可以包括温控器610和加热棒620，其中，加热棒620插设于封孔装置300并深入实验钻孔020，温控器610被配置为控制加热棒620的加热温度。

这种供热装置600的设置形式，不仅结构简单，而且控温可靠。

本实施例中，加热棒620的加热温度可以在40-60℃之间，优选为50℃。如此设置，能够为超临界二氧化碳在实验钻孔020内的存在状态提供温度保证。

本实施例中，加热棒620的加热时长在6-18h，优选为12h。如此设置，能够为实验钻孔020提供充足的热量，以使得实验钻孔020周围的煤体也保持在相应温度，从而使得在注入超临界二氧化碳过程中，其能够以较长的时间保持在超临界状态来完成瓦斯气体的驱替。

需要说明的是，超临界二氧化碳发生的条件是二氧化碳压力大于7.38MPa，温度超过31.1℃。

具体地，本实施例中，注入管道230设置有压力表700，压力表700被配置为显示注入管道230内的流体压力。

通过在注入管道230设置压力表700，能够实现对注入管道230内流体压力的实时显示，以保证抽采作业的顺利进行。

请继续参照图1，本实施例中，该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备还可以包括钻机800，具体地，可控冲击波发生装置100安装于钻机800的钻杆810。利用钻机800，可以实现可控冲击波发生装置100向实验钻孔020的送入。

请继续参照图1，本实施例中，实验钻孔020的两侧均设置有常规钻孔010。

在该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备的工作过程中，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；随着超临界二氧化碳的进一步注入，由于实验钻孔020的压力大于其两侧的常规钻孔010的压力，使得注入的超临界二氧化碳在煤体渗透过程中，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驱赶至常规钻孔010，从而在与常规钻孔010相连的瓦斯抽采装置的作用下，实现瓦斯的抽采。

该可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备的工作过程如下。

准备工作。利用钻机800通过钻杆810将可控冲击波发生装置100送入实验钻孔020中；将加热棒620、注入管道230送入实验钻孔020中，并将温控器610连接至加热棒620，检测连接无误后，将注水泵410通过注水管420连接至注入管道230，注水开关430设置于注水管420，检测连接无误后，继续将超临界二氧化碳发生器210、超临界二氧化碳注入开关220连接至注入管道230；安装封孔装置300，对实验钻孔020的孔口进行封堵。至此，完成现场条件准备。

注水。关闭超临界二氧化碳注入开关220和排水开关520，打开注水开关430，启动注水泵410，通过注入管道230向实验钻孔020注满水，当实验钻孔020中注水压力达到1MPa时，关闭注水开关430和注水泵410。

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。

加热。打开温控器610和加热棒620，将加热温度设定为50℃，持续加热12h。

排水。打开排水开关520，将实验钻孔020中的水排出。

瓦斯抽放。将常规钻孔010接入瓦斯抽采装置，开始进行瓦斯负压抽放。

注二氧化碳。启动超临界二氧化碳发生器210，打开超临界二氧化碳注入开关220，以8MPa注入压力通过注入管道230向实验钻孔020中持续注入超临界二氧化碳24h，完成一次可控冲击波增透-超临界二氧化碳驱替联合强化煤层瓦斯抽采作业。

关闭超临界二氧化碳发生器210和超临界二氧化碳注入开关220，待压力表700显示的实验钻孔020中的气体压力降至1MPa以下后，打开注水开关430，启动注水泵410，利用钻机800将可控冲击波发生装置100向实验钻孔020的孔口方向移动10m，使可控冲击波发生装置100进入下一作业段，重复上述过程，从而开启下一作业段可控冲击波增透-超临界二氧化碳驱替联合强化煤层瓦斯抽采作业。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型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实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，其特征在于，用于抽采煤层中的瓦斯，所述煤层开设有多个钻孔，多个所述钻孔包括实验钻孔(020)和常规钻孔(010)，所述可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备包括可控冲击波发生装置(100)、二氧化碳供应装置(200)、封孔装置(300)和瓦斯抽采装置，其中，所述可控冲击波发生装置(100)能够设置于所述实验钻孔(020)，且所述可控冲击波发生装置(100)沿所述实验钻孔(020)的长度方向的位置可调；所述二氧化碳供应装置(200)被配置为向所述实验钻孔(020)注入二氧化碳；所述封孔装置(300)设置于所述实验钻孔(020)的孔口，所述封孔装置(300)被配置为封堵所述实验钻孔(020)的孔口；所述瓦斯抽采装置与所述常规钻孔(010)相连，所述瓦斯抽采装置被配置为由所述常规钻孔(010)抽采瓦斯。

2.根据权利要求1所述的可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，其特征在于，所述二氧化碳供应装置(200)包括超临界二氧化碳发生器(210)、超临界二氧化碳注入开关(220)和注入管道(230)，所述注入管道(230)插设于所述封孔装置(300)，所述注入管道(230)的入口与所述超临界二氧化碳发生器(210)相连，所述注入管道(230)的出口伸入所述实验钻孔(020)，所述超临界二氧化碳注入开关(220)设置于所述注入管道(230)。

3.根据权利要求2所述的可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，其特征在于，还包括供水装置(400)，所述供水装置(400)被配置为向所述实验钻孔(020)注入水流。

4.根据权利要求3所述的可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，其特征在于，所述供水装置(400)包括注水泵(410)和注水管(420)，所述注水泵(410)的注水口通过所述注水管(420)与所述注入管道(230)相连，所述注水管(420)设置有注水开关(430)。

5.根据权利要求3所述的可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，其特征在于，还包括排水管(510)，所述排水管(510)插设于所述封孔装置(300)并与所述实验钻孔(020)相连，所述排水管(510)被配置为将所述实验钻孔(020)内的水流排出，所述排水管(510)设置有排水开关(520)。

6.根据权利要求2所述的可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，其特征在于，还包括供热装置(600)，所述供热装置(600)被配置为向所述实验钻孔(020)提供热量。

7.根据权利要求6所述的可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，其特征在于，所述供热装置(600)包括温控器(610)和加热棒(620)，所述加热棒(620)插设于所述封孔装置(300)并伸入所述实验钻孔(020)，所述温控器(610)被配置为控制所述加热棒(620)的加热温度。

8.根据权利要求2所述的可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，其特征在于，所述注入管道(230)设置有压力表(700)，所述压力表(700)被配置为显示所述注入管道(230)内的流体压力。

9.根据权利要求1-8任一项所述的可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，其特征在于，还包括钻机(800)，所述可控冲击波发生装置(100)安装于所述钻机(800)的钻杆(810)。

10.根据权利要求1-8任一项所述的可控冲击波增透与二氧化碳驱替联合瓦斯抽采设备，其特征在于，所述实验钻孔(020)的两侧均设置有所述常规钻孔(010)。

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