井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统及方法，该系统包括主管路、增压装置、输送管路和二氧化碳致裂增渗加载装置；该方法包括步骤：一、井下煤层钻孔及封孔；二、安装致裂增渗系统；三、管路气密性检测及预冷；四、煤层致裂增渗及高压二氧化碳储罐内液位是的实时检测；五、判断高压二氧化碳储罐内压力是否下降至低压阈值；六、判断主管路上第二压力传感器测得的压力值是否超过压力阈值；七、致裂增渗系统的放空。本发明专利技术利用二氧化碳致裂增渗加载装置持续为煤层提供液态二氧化碳致裂，防爆增压装置保持高压二氧化碳储罐压力，避免液态二氧化碳汽化，可有效克服储罐压力不稳和管路吸热造成液态二氧化碳汽化堵管及增压泵效能低的问题。

【技术实现步骤摘要】
井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统及方法
本专利技术属于煤层致裂增渗
，具体涉及一种井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统及方法。
技术介绍
随着浅部煤炭资源逐渐减少甚至枯竭，越来越多的矿井面临深部开采的问题。进入深部开采以后，不少煤矿转变为高瓦斯矿井，原来没有突出危险的煤层变为煤与瓦斯突出危险的煤层。瓦斯灾害的防治难度进一步增大，瓦斯抽采困难，特别是对于大量无保护层可采的单一突出煤层，其瓦斯治理和消突的难度将显得更为艰巨。近年来，多种水力化卸压增透强化抽采技术先后在我国诸多矿区进行了试验，包括煤层注水、水力压裂、水力割缝、水力冲孔、水力挤出及综合水力化技术等，并取得了一定的应用效果。但相关研究表明：煤层注水后短时间内瓦斯抽采浓度的升高主要是高压水的致裂增渗作用，而当水分进入到煤体微孔裂隙后，受“水锁”作用的影响，瓦斯解吸出现很快衰减，致使注水效果差；而利用二氧化碳压裂可增加煤体的孔隙率和渗透性。当前煤矿井下使用的液态二氧化碳致裂增渗系统，由于系统布置不够紧凑，二氧化碳储存装置与柱塞泵之间连接管路过长，液态二氧化碳在流动过程中吸热汽化以气液混合态进入柱塞缸中，致使柱塞泵的增压效能得不到充分发挥，泵的出口压力达不到额定压力和煤体起裂压力；压裂过程中储罐内压力降低使得液态二氧化碳极易结干冰，造成堵管问题；另外，当前液态二氧化碳致裂增渗系统无法改变增压泵的出口流量，无法实现不同压力下液态二氧化碳的脉冲压注致裂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其设计新颖合理，利用多个二氧化碳致裂增渗加载装置持续为煤层提供液态二氧化碳致裂增渗，通过防爆增压装置保持高压二氧化碳储罐压力，避免液态二氧化碳汽化，可有效克服因储罐中压力不稳和管路吸热造成液态二氧化碳汽化堵管及增压泵效能低的问题，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：包括与煤层注入管连通的主管路、向主管路提供高压输送动力的增压装置、向主管路输送气液的输送管路和多个均与所述输送管路连通的二氧化碳致裂增渗加载装置，所述输送管路包括气体输送管和液体输送管，所述增压装置包括依次连接的防爆控制装置、变频器、变频电机和柱塞泵，主管路与柱塞泵的输出端连通，气体输送管和液体输送管均与柱塞泵的输入端连通，所述二氧化碳致裂增渗加载装置包括高压二氧化碳储罐和与高压二氧化碳储罐连通的防爆增压装置，以及安装在高压二氧化碳储罐上的液位计、温压变送器、排液管、排气管、测满分析阀和安全阀，排液管上安装有液相闸阀和残液排放阀，排气管上安装有气相闸阀和储罐放空阀，高压二氧化碳储罐通过气相高压管与防爆增压装置连通，气相高压管上安装有第一电磁阀，液体输送管远离柱塞泵的一端通过第一连接管与排液管连通，气体输送管远离柱塞泵的一端通过第二连接管与排气管连通；主管路靠近柱塞泵的一端安装有第一温度传感器和第一压力传感器，主管路远离柱塞泵的一端安装有第二温度传感器和第二压力传感器，主管路上安装有管路放空阀；液位计、温压变送器、第一温度传感器、第一压力传感器、第二温度传感器和第二压力传感器均与防爆控制装置的输入端相接，第一电磁阀、管路放空阀、液相闸阀、储罐放空阀、气相闸阀和测满分析阀均由防爆控制装置控制。上述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述增压装置安装在第一平板小车上，所述二氧化碳致裂增渗加载装置安装在第二平板小车上。上述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述高压二氧化碳储罐的罐体由不锈钢内层和不锈钢外层组成，不锈钢内层和不锈钢外层之间设置有聚乙烯气泡隔热层，不锈钢内层与聚乙烯气泡隔热层之间设置有聚丙烯纤维内层，不锈钢外层与聚乙烯气泡隔热层之间设置有聚丙烯纤维外层，聚乙烯气泡隔热层的厚度为80mm～150mm。上述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述第一连接管、液体输送管、第二连接管、气体输送管和主管路上均套装有耐高压隔热胶管，所述耐高压隔热胶管由40MPa高压胶管、设置在40MPa高压胶管内的聚氨酯复合保温层和设置在40MPa高压胶管外的芳纶阻燃层组成。上述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述主管路通过止回阀与煤层注入管连通，煤层注入管穿过岩层伸入至煤层中。上述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述防爆增压装置为高压氮气增压装置。上述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述防爆增压装置为防爆自增压装置，所述防爆自增压装置包括水箱和设置在水箱内的蛇形管，所述蛇形管上缠绕有陶瓷加热丝，陶瓷加热丝的两端与加热丝电源连接，所述加热丝电源为陶瓷加热丝供电的回路中连接有继电器，所述继电器由防爆控制装置控制；蛇形管的一端与气相高压管连通，蛇形管的另一端通过液相高压管与高压二氧化碳储罐连通，液相高压管上安装有第二电磁阀。同时，本专利技术还公开了一种方法步骤简单、设计合理的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、井下煤层钻孔及封孔：穿过岩层向煤层钻孔，将煤层注入管沿钻孔长度方向伸入至煤层中，再利用注浆管对钻孔进行封孔；步骤二、安装致裂增渗系统：根据实际煤层液态二氧化碳需求量，将多个二氧化碳致裂增渗加载装置通过所述输送管路与增压装置连接，增压装置中的柱塞泵通过主管路与煤层注入管连通，保持所述输送管路和主管路平直；步骤三、管路气密性检测及预冷：利用防爆控制装置打开气相闸阀，高压二氧化碳储罐内的低温气态二氧化碳经排气管、第二连接管、气体输送管、柱塞泵、主管路和煤层注入管传输至钻孔内，直至第二压力传感器检测的压力达到1.8MPa，确保所述输送管路和主管路气密性良好，同时利用低温气态二氧化碳对所述输送管路和主管路预冷；步骤四、煤层致裂增渗及高压二氧化碳储罐内液位是的实时检测：第二压力传感器检测的压力达到1.8MPa时，防爆控制装置关闭气相闸阀，打开液相闸阀和柱塞泵，高压二氧化碳储罐内的液态二氧化碳经排液管、第一连接管、液体输送管传输至柱塞泵，柱塞泵推送液态二氧化碳经主管路和煤层注入管传输至钻孔内，对煤层进行致裂增渗；同时，液位计实时检测高压二氧化碳储罐内液位高度，当高压二氧化碳储罐内液位高度高于液位预设值时，执行步骤五；当高压二氧化碳储罐内液位高度不高于液位预设值时，停止该二氧化碳致裂增渗加载装置工作，更换新的二氧化碳致裂增渗加载装置；步骤五、判断高压二氧化碳储罐内压力是否下降至低压阈值：预先设置高压二氧化碳储罐内压力的低压阈值，当温压变送器测量的高压二氧化碳储罐内压力大于所述低压阈值时，执行步骤六；当温压变送器测量的高压二氧化碳储罐内压力不大于所述低压阈值时，防爆控制装置控制第一电磁阀打开，防爆增压装置经气相高压管对高压二氧化碳储罐进行增压；步骤六、判断主管路上第二压力传感器测得的压力值是否超过压力阈值：预先设置主管路靠近煤层注入管位置处的压力阈值，利用第二压力传感器实时测量主管路靠近煤层注入管位置处的压力值，当第二压力传感器测得的压力值不大于所述压力阈值时，循环步骤四；当第二压力传感器测得的压力值大于所述压力阈值时，关闭柱塞泵，停止向煤层注入管注入液态二氧化碳，待煤层致裂增渗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：包括与煤层注入管(3)连通的主管路(17)、向主管路(17)提供高压输送动力的增压装置、向主管路(17)输送气液的输送管路和多个均与所述输送管路连通的二氧化碳致裂增渗加载装置，所述输送管路包括气体输送管(16)和液体输送管(14)，所述增压装置包括依次连接的防爆控制装置(26)、变频器(25)、变频电机(24)和柱塞泵(23)，主管路(17)与柱塞泵(23)的输出端连通，气体输送管(16)和液体输送管(14)均与柱塞泵(23)的输入端连通，所述二氧化碳致裂增渗加载装置包括高压二氧化碳储罐(7)和与高压二氧化碳储罐(7)连通的防爆增压装置(6)，以及安装在高压二氧化碳储罐(7)上的液位计(7‑1)、温压变送器(7‑2)、排液管(7‑4)、排气管(7‑7)、测满分析阀(7‑9)和安全阀(7‑10)，排液管(7‑4)上安装有液相闸阀(7‑3)和残液排放阀(7‑5)，排气管(7‑7)上安装有气相闸阀(7‑8)和储罐放空阀(7‑6)，高压二氧化碳储罐(7)通过气相高压管(8)与防爆增压装置(6)连通，气相高压管(8)上安装有第一电磁阀(10)，液体输送管(14)远离柱塞泵(23)的一端通过第一连接管(13)与排液管(7‑4)连通，气体输送管(16)远离柱塞泵(23)的一端通过第二连接管(15)与排气管(7‑7)连通；主管路(17)靠近柱塞泵(23)的一端安装有第一温度传感器(22)和第一压力传感器(21)，主管路(17)远离柱塞泵(23)的一端安装有第二温度传感器(19)和第二压力传感器(18)，主管路(17)上安装有管路放空阀(20)；液位计(7‑1)、温压变送器(7‑2)、第一温度传感器(22)、第一压力传感器(21)、第二温度传感器(19)和第二压力传感器(18)均与防爆控制装置(26)的输入端相接，第一电磁阀(10)、管路放空阀(20)、液相闸阀(7‑3)、储罐放空阀(7‑6)、气相闸阀(7‑8)和测满分析阀(7‑9)均由防爆控制装置(26)控制。...

【技术特征摘要】
1.井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：包括与煤层注入管(3)连通的主管路(17)、向主管路(17)提供高压输送动力的增压装置、向主管路(17)输送气液的输送管路和多个均与所述输送管路连通的二氧化碳致裂增渗加载装置，所述输送管路包括气体输送管(16)和液体输送管(14)，所述增压装置包括依次连接的防爆控制装置(26)、变频器(25)、变频电机(24)和柱塞泵(23)，主管路(17)与柱塞泵(23)的输出端连通，气体输送管(16)和液体输送管(14)均与柱塞泵(23)的输入端连通，所述二氧化碳致裂增渗加载装置包括高压二氧化碳储罐(7)和与高压二氧化碳储罐(7)连通的防爆增压装置(6)，以及安装在高压二氧化碳储罐(7)上的液位计(7-1)、温压变送器(7-2)、排液管(7-4)、排气管(7-7)、测满分析阀(7-9)和安全阀(7-10)，排液管(7-4)上安装有液相闸阀(7-3)和残液排放阀(7-5)，排气管(7-7)上安装有气相闸阀(7-8)和储罐放空阀(7-6)，高压二氧化碳储罐(7)通过气相高压管(8)与防爆增压装置(6)连通，气相高压管(8)上安装有第一电磁阀(10)，液体输送管(14)远离柱塞泵(23)的一端通过第一连接管(13)与排液管(7-4)连通，气体输送管(16)远离柱塞泵(23)的一端通过第二连接管(15)与排气管(7-7)连通；主管路(17)靠近柱塞泵(23)的一端安装有第一温度传感器(22)和第一压力传感器(21)，主管路(17)远离柱塞泵(23)的一端安装有第二温度传感器(19)和第二压力传感器(18)，主管路(17)上安装有管路放空阀(20)；液位计(7-1)、温压变送器(7-2)、第一温度传感器(22)、第一压力传感器(21)、第二温度传感器(19)和第二压力传感器(18)均与防爆控制装置(26)的输入端相接，第一电磁阀(10)、管路放空阀(20)、液相闸阀(7-3)、储罐放空阀(7-6)、气相闸阀(7-8)和测满分析阀(7-9)均由防爆控制装置(26)控制。2.按照权利要求1所述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述增压装置安装在第一平板小车(27)上，所述二氧化碳致裂增渗加载装置安装在第二平板小车(12)上。3.按照权利要求1所述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述高压二氧化碳储罐(7)的罐体由不锈钢内层(7-11-1)和不锈钢外层(7-11-2)组成，不锈钢内层(7-11-1)和不锈钢外层(7-11-2)之间设置有聚乙烯气泡隔热层(7-11-5)，不锈钢内层(7-11-1)与聚乙烯气泡隔热层(7-11-5)之间设置有聚丙烯纤维内层(7-11-3)，不锈钢外层(7-11-2)与聚乙烯气泡隔热层(7-11-5)之间设置有聚丙烯纤维外层(7-11-4)，聚乙烯气泡隔热层(7-11-5)的厚度为80mm～150mm。4.按照权利要求1所述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述第一连接管(13)、液体输送管(14)、第二连接管(15)、气体输送管(16)和主管路(17)上均套装有耐高压隔热胶管，所述耐高压隔热胶管由40MPa高压胶管、设置在40MPa高压胶管内的聚氨酯复合保温层和设置在40MPa高压胶管外的芳纶阻燃层组成。5.按照权利要求1所述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述主管路(17)通过止回阀(5)与煤层注入管(3)连通，煤层注入管(3)穿过岩层(2)伸入至煤层(1)中。6.按照权利要求1所述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述防爆增压装置(6)为高压氮气增压装置。7.按照权利要求1所述的井下煤层液态二氧化碳致裂增渗系统，其特征在于：所述防爆增压装置(6)为防爆自增压装置，所述防爆自增压装置包括水箱(6-1)和设置在水箱(6-1)内的蛇形管(6-2)，所述蛇形管(6-2)上缠绕有陶瓷加热丝(6-3)，陶瓷加热丝(6-3)的两端与加热丝电源连接，所述加热丝电源为陶瓷加热丝(6-3)供电的回路中连接有继电器，所述继电器由防爆控制装置(26)控制；蛇形管(6-2)的一端与气相高压管(8)连通，蛇形管(6-2)的另一端通过液相高压管(9)与高压二氧化碳储罐(7)连通，液相高压管(9)上安装有第二电磁阀(11)。8.一种利用如权利要求1所述系统进行井下煤层液态二氧化碳致裂增渗的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、井下煤层钻孔及封孔：穿过岩层(2)向煤层(1)钻孔，将煤层注入管(3)沿钻孔长度方向伸入至煤层(1)中，再利用注...

【专利技术属性】
技术研发人员：文虎，樊世星，马砺，金永飞，郭军，李珍宝，于志金，郝健池，
申请(专利权)人：西安科技大学，西安天河矿业科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61