液态CO制造技术

本发明专利技术公开液态CO

【技术实现步骤摘要】
液态CO2相变驱置煤层CH4单孔压注量的确定方法
本专利技术属于煤矿瓦斯治理
，具体涉及一种液态CO2相变驱置煤层CH4单孔压注量的确定方法。
技术介绍
我国50％以上的煤层为高瓦斯煤层，70％的矿井为高瓦斯矿井，煤矿瓦斯灾害严重威胁着矿井的安全高效生产。除此之外，瓦斯对大气环境也有较大危害，其对臭氧层的破坏及产生的温室效应分别是CO2的7倍和21倍。与其灾害性相对，瓦斯又是一种清洁、高效、无污染的资源。我国埋深2000m以浅的煤层气储量达30.05×1012m3，可采资源量为12.50×1012m3。煤层瓦斯高效抽采，不仅可以实现矿井安全生产，保护大气环境，还有助于充分利用地下资源，提高矿井经济效益。然而由于我国煤层透率普遍偏低(一般仅为0.1～1.0×10-6μm2)以及缺乏有效的增产技术，煤矿井下瓦斯抽采很难达到预期效果。受注液态CO2增产油气启发，向煤层注液态CO2逐渐成为瓦斯(煤层气)促抽技术的研究热点。但与其在油气增产方面的成熟应用相比，压注液态CO2驱替煤层CH4技术在煤矿井下的应用目前仍处于试验探索阶段，可供参考的工程案例相对较少，相关标准及规范也还未形成。特别是关于单孔合理液态CO2压注量的确定，目前已成为困扰现场技术人员的首要难题。压注量过小难以有效驱替煤层CH4，进而无法提高煤层CH4抽采效率；而压注量过大则可能引起压注孔CO2喷出，甚至造成现场操作人员窒息。因此单孔合理液态CO2压注量的确定，已经成为制约液态CO2相变驱置煤层CH4技术能否进入工业应用的关键因素。鉴于此，本专利技术结合相似模拟实验和已开展的现场试验，建立了顺层钻孔液态CO2相变驱替煤层CH4单孔液态CO2压注量的科学确定方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种液态CO2相变驱置煤层CH4单孔压注量的确定方法，在比较精准的控制液态CO2的合理压注量的同时可以节约压注成本、提高煤层CH4的抽采效率，为液态CO2相变驱替煤层CH4技术的推广应用提供科学指导。本专利技术所采用的技术方案是，液态CO2相变驱置煤层CH4单孔压注量的确定方法，包括步骤：S1.采用分源法进行开采工作面相对瓦斯涌出量预测；S2.计算开采工作面绝对瓦斯涌出量S3.确定开采煤层工作面风量Qv；S4.确定顺层钻孔液态CO2压注驱替后煤层CH4残存量S5.确定单孔液态CO2压注后需驱替置换的煤层CH4含量S6.实验确定CO2驱替煤层CH4驱替置换比β；S7.根据经验公式确定压注孔周围煤层中CO2含量分布；S8.确定压注孔周围煤层中CO2有效扩散半径l0；S9.确定顺层压注孔液态CO2压注量合理范围。本专利技术的特征还在于，步骤S1的具体实施方法如下：根据GB/T23250-2009国家标准，取样测定开采煤层(即本煤层)和第i个邻近层原始瓦斯含量和和残存瓦斯含量和分别根据式(1)和式(2)计算本煤层和邻近层相对瓦斯涌出量，按照式(3)计算开采工作面相对瓦斯涌出量；其中，式(1)具体如下：式(1)中：qB——本煤层相对瓦斯涌出量，m3/t；k1——围岩瓦斯涌出系数，取1.2；k2——工作面残煤瓦斯涌出系数，为回采率的倒数，取1.05；k3——掘进工作面预排瓦斯影响系数，取0.89；k4——不同通风方式的瓦斯涌出系数，U型通风方式取1.0，Y型通风方式取1.3～1.5；k5——本煤层抽采瓦斯影响系数，取1.3；mB——本煤层厚度，m；MB——本煤层回采厚度，m；——本煤层原始瓦斯含量，m3/t；——本煤层残存瓦斯含量，m3/t；其中，式(2)具体如下：式(2)中：qL——邻近煤层相对瓦斯涌出量，m3/t；k6——邻近煤层抽采瓦斯综合影响系数，取1.3；ηi——第i个邻近煤层瓦斯排放率，％；mi——第i个邻近煤层的煤层厚度，m；——第i个邻近煤层原始瓦斯含量，m3/t；——第i个邻近煤层残存瓦斯含量，m3/t；——第i个邻近煤层的瓦斯预抽率，％；其中，式(3)具体如下：qc＝qB+qL(3)式(3)中：qc——开采煤层相对瓦斯涌出量，m3/t。步骤S2中开采工作面绝对瓦斯涌出量具体如下：式(4)中：——开采煤层工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；T——工作面日产量，t/d。步骤S4中，据《煤矿安全规程》第173条，采煤工作面回风巷风流中CH4浓度不能超过1.0％，因此按照式(5)确定顺层孔液态CO2压注并经过抽采后煤层CH4残存量的表达式如下：步骤S5中，液态CO2压注后需驱替置换的煤层CH4含量为步骤S1中开采煤层相对瓦斯涌出量qc与步骤S4中液态CO2压注驱替后煤层CH4残存量之差，表示为：煤层所压注液体为液态CO2。步骤S6中，驱替置换比β反应了通过钻孔压入的CO2量与驱替产出的CH4量之间的量化表征关系，其值可根据三轴应力条件下，液态CO2驱替煤层CH4实验进行确定，该值可用式(7)表示：式(7)中，β为驱替置换比，为实验过程中向煤中注入的液态CO2体积，相应的为实验过程中CH4的产出体积。步骤S7中所述的经验公式为：式中为距压注孔l处的煤层中CO2含量，m3/t；为钻孔液态CO2压注量，m3；η为煤层中CO2含量分布影响系数，其取值范围0.2～0.3。步骤S8中，确定压注孔周围煤层中CO2有效扩散半径l0的确定方法为：以距离压注孔l处和l+1处煤层CO2含量与差值小于0.05m3/t作为液态CO2有效扩散半径l0的判断标准，即l0满足式(9)时，l0即为压注孔周围煤层中CO2有效扩散半径。步骤S9中，顺层压注钻孔液态CO2压注量合理范围的确定方法为：(1)根据有效扩散半径l0处煤层中CO2储存体积和需要驱替置换煤层CH4含量，应满足式：式中W为工作面宽度，m；H为煤层厚度，m；ρ为煤层密度，kg/m3；Δl为沿煤层走向方向的距离；(2)据此，确定顺层钻孔单孔液态CO2压注量计算经验公式：(3)依据权利要求7中所述的经验公式对煤层中CO2总含量进行积分，按照液态CO2气化后体积比1:585对液态CO2压注量进行修正，修正式如下：式中ξ为修正系数，取值为0.25～0.3；顺层钻孔单孔液态CO2合理压注量介于与之间。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术方法中，依据《煤矿安全规程》要求得出矿井相对瓦斯涌出量、绝对瓦斯涌出量推导计算开采煤层工作面最小风量、顺层钻孔液态CO2压注驱替后煤层CH4残存量、单孔液态CO2压注后需驱替置换的煤层CH4含量等关键参数；实验室三轴实验确定了驱替置换比；根据经验公式确定了CO2有效扩散半径，最后得到顺层钻孔单孔液态CO2压注量计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.液态CO

【技术特征摘要】
1.液态CO2相变驱置煤层CH4单孔压注量的确定方法，其特征在于，包括步骤：
S1.采用分源法进行开采工作面相对瓦斯涌出量预测；
S2.计算开采工作面绝对瓦斯涌出量
S3.确定开采煤层工作面风量Qv；
S4.确定顺层钻孔液态CO2压注驱替后煤层CH4残存量
S5.确定单孔液态CO2压注后需驱替置换的煤层CH4含量
S6.实验确定CO2驱替煤层CH4驱替置换比β；
S7.根据经验公式确定压注孔周围煤层中CO2含量分布；
S8.确定压注孔周围煤层中CO2有效扩散半径l0；
S9.确定顺层压注钻孔液态CO2压注量合理范围。


2.根据权利要求1所述液态CO2相变驱置煤层CH4单孔压注量的确定方法，其特征在于，步骤S1的具体实施方法如下：
根据GB/T23250-2009国家标准，取样测定开采煤层(即本煤层)和第i个邻近层原始瓦斯含量和和残存瓦斯含量和分别根据式(1)和式(2)计算本煤层和邻近层相对瓦斯涌出量，按照式(3)计算开采工作面相对瓦斯涌出量；
其中，式(1)具体如下：



式(1)中：qB——本煤层相对瓦斯涌出量，m3/t；
k1——围岩瓦斯涌出系数，取1.2；
k2——工作面残煤瓦斯涌出系数，为回采率的倒数，取1.05；
k3——掘进工作面预排瓦斯影响系数，取0.89；
k4——不同通风方式的瓦斯涌出系数，U型通风方式取1.0，Y型通风方式取1.3～1.5；
k5——本煤层抽采瓦斯影响系数，取1.3；
mB——本煤层厚度，m；
MB——本煤层回采厚度，m；

——本煤层原始瓦斯含量，m3/t；

——本煤层残存瓦斯含量，m3/t；
其中，式(2)具体如下：



式(2)中：qL——邻近煤层相对瓦斯涌出量，m3/t；
k6——邻近煤层抽采瓦斯综合影响系数，取1.3；
ηi——第i个邻近煤层瓦斯排放率，％；
mi——第i个邻近煤层的煤层厚度，m；

——第i个邻近煤层原始瓦斯含量，m3/t；

——第i个邻近煤层残存瓦斯含量，m3/t；

——第i个邻近煤层的瓦斯预抽率，％；
其中，式(3)具体如下：
qc＝qB+qL(3)
式(3)中：qc——开采煤层相对瓦斯涌出量，m3/t。


3.根据权利要求2所述液态CO2相变驱置煤层CH4单孔压注量的确定方法，其特征在于，步骤S2中开采工作面绝对瓦斯涌出量具体如下：



式(4)中：——开采煤层工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；
T——工作面日产量，t/d。


4.根据权利要求3所述液态CO2相变驱置煤层CH4单...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊世星，文虎，王文，程小蛟，金永飞，刘名阳，费金彪，于志金，王虎，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61