一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法技术

发明专利技术提供一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法。该方法利用水力割缝形成的多条卸压带进行分步注热，并利用蒸汽注热管前端的环式往复密封器使瓦斯向孔口方向流动，防止瓦斯在抽采范围外的区域积聚，以定向热驱瓦斯的形式，保证了瓦斯的抽采效率。该系统的使用方法利用水力割缝与蒸汽注热的协同作用，从煤层高效致裂和瓦斯高效解吸两个方面着手，以分区致裂与定向热驱瓦斯的形式，有效解决了瓦斯抽采难度较大、抽采效率较低的难题。采难度较大、抽采效率较低的难题。采难度较大、抽采效率较低的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法


[0001]本专利技术涉及瓦斯抽采
，特别涉及一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法。

技术介绍

[0002]我国深部煤层普遍具有瓦斯压力高、含量大、渗透率低、吸附性强的特点。深部瓦斯抽采难度较大以致抽采效率较低的问题严重影响着煤矿开采的效率。
[0003]煤矿地面井瓦斯抽采工艺结合井下瓦斯抽采工艺(即井上下联合抽采)作为防治煤矿发生瓦斯灾害事故的重要措施之一，是目前应对深部高瓦斯、高地应力煤层群的有效方法。然而深部煤层群由于其层间距离不同，其抽采条件也相差较大。井上下联合抽采措施在工程中的应用效果并不理想，难以达到深部煤层群瓦斯充分解吸的目的，致使矿井突出危险性仍然存在。
[0004]因此，亟需开发一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0006]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采系统，包括井上纳米流体压裂子系统、井上瓦斯抽采子系统、井下超高压纳米流体割缝子系统、井下定向热驱子系统和井下瓦斯抽采子系统。
[0007]所述井上纳米流体压裂子系统包括井上措施孔、压裂管柱、悬挂封隔器和纳米流体压裂车。深部矿区包括上层煤层和下层煤层。所述上层煤层上方为上覆岩层。所述上层煤层和下层煤层之间为层间岩层。所述下层煤层下方为下伏岩层。所述井上措施孔的终孔位置位于上层煤层或层间岩层中。所述压裂管柱伸入井上措施孔中。所述压裂管柱的柱身上布置有悬挂封隔器。所述压裂管柱的上端与纳米流体压裂车联通，下端依次设置有水力喷射器、筛管和引鞋。
[0008]所述井上瓦斯抽采子系统包括孔口密封器、井上气渣分离器、井上瓦斯浓度检测器、井上瓦斯抽采管道阀门、井上瓦斯抽采管道。所述孔口密封器为管状体。所述孔口密封器的前端开口，并固定在井上措施孔孔口孔壁上，后端与井上气渣分离器连接。所述压裂管柱从孔口密封器的后端伸入井上措施孔中。所述井上气渣分离器与井上瓦斯抽采管道相连。所述井上气渣分离器与井上瓦斯抽采管道之间的管路上安装有井上瓦斯浓度检测器和井上瓦斯抽采管道阀门。
[0009]所述井下瓦斯抽采子系统包括井下气渣分离器、井下瓦斯浓度检测器、井下瓦斯抽采管道阀门和井下瓦斯抽采管道。孔口密封器的前端开口固定在井下措施孔孔口孔壁上，后端与井下气渣分离器连接。所述井下气渣分离器与井下瓦斯抽采管道相连。所述井下气渣分离器与井下瓦斯抽采管道之间的管路上安装有井下瓦斯浓度检测器和井下瓦斯抽
采管道阀门。
[0010]所述井下超高压纳米流体割缝子系统包括钻头、钻机、钻杆、加压泵和纳米流体储藏罐。所述加压泵和纳米流体储藏罐之间的高压管路上设置有管道阀门。所述钻杆为中空圆管。钻机夹持钻杆尾端。钻杆从孔口密封器的后端伸入井下措施孔中。所述钻头的侧壁上设有供高压纳米流体射出的一对高压纳米流体流道。所述钻头安装在钻杆的首端。所述钻头的内腔与钻杆的内腔连通。水辫的输入端与加压泵通过高压管路连接，输出端与钻杆的尾端连接。钻机带动钻杆旋转并钻入煤岩层中。所述钻头在钻杆的旋转带动下自轴旋转。纳米流体通过加压泵和水辫进入钻杆的内腔。所述纳米流体经过内腔送入钻头。所述高压纳米流体流道形成水射流对煤岩体进行冲击。煤岩体经受水射流冲击而破碎或者由钻头研磨破碎。纳米颗粒粘附在煤岩屑表面。纳米流体携带煤岩渣返出至井下气渣分离器。
[0011]所述井下定向热驱子系统包括蒸汽发生器和蒸汽注热管。所述蒸汽注热管从孔口密封器的后端伸入井下措施孔中。所述蒸汽发生器通过管道与蒸汽注热管的内腔连通。所述蒸汽发生器与蒸汽注热管之间的管道上设置有蒸汽发生器阀门。所述蒸汽注热管的首端外壁上设置有环式往复密封器和一对蒸汽喷嘴。所述蒸汽喷嘴与蒸汽注热管的内腔连通。所述环式往复密封器位于蒸汽喷嘴的前方。所述环式往复密封器可对钻孔孔壁与蒸汽注热管之间的空隙进行往复式密封。蒸汽发生器产生的热蒸汽沿蒸汽注热管和蒸汽喷嘴输送到井下措施孔中。通过热蒸汽携带的热量加热煤体。
[0012]进一步，所述蒸汽注热管的外壁上贴敷有玻璃棉保护层。
[0013]本专利技术还公开一种根据上述系统的远距离深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法，包括以下步骤：
[0014]1)调研上层煤层和下层煤层的层位、厚度和强度参数。
[0015]2)根据地质资料和实际钻探资料确定井上下联合增透方法。
[0016]3)在上层煤层中布置井上措施孔的孔位，将依次将纳米流体压裂液喷口、压裂管柱、悬挂封隔器、纳米流体压裂车进行连接、调试。同时在井下施工井下措施孔，并将井下超高压纳米流体力割缝子系统、井下瓦斯抽采子系统依次进行连接、调试。
[0017]4)启动钻机，使其带动钻头进行钻孔作业，打开加压泵、管道阀门，调节加压泵压力至5
‑
10MPa，使高压纳米流体通过钻头的高压纳米流体流道出口从钻头侧面喷出，冲击煤岩体，扩大钻孔直径，同时提高煤层导热性。钻进同时打开井下瓦斯抽采管道阀门，使瓦斯气体通过井下气渣分离器、井下瓦斯浓度检测器、井下瓦斯抽采管道阀门被抽至井下瓦斯抽采管道中。
[0018]5)当钻头穿过上覆岩层1m处时，停止钻进，关闭加压泵、管道阀门、钻机、将钻头向孔口方向退后3
‑
5m置于上层煤层中。
[0019]6)启动纳米流体压裂车，使纳米流体压裂液从纳米流体压裂液喷口处喷出，对上层煤层进行持续压裂，同时使纳米颗粒吸附在煤层表面，提高煤层导热性。压裂的同时，打开井上瓦斯抽采管道阀门，使瓦斯通过井上气渣分离器、井上瓦斯浓度检测器、井上瓦斯抽采管道阀门进入井上瓦斯抽采管道中。
[0020]7)打开管道阀门，启动加压泵，调节加压泵压力至100
‑
150MPa，使高压纳米流体通过钻头的高压纳米流体流道出口喷出，致裂煤岩体，同时启动钻机，使钻机带动钻头围绕轴心线旋转，对钻头所在位置的煤体进行割缝增透，同时使纳米颗粒吸附在煤层中提高煤层
导热性。
[0021]8)割缝3h后，关闭加压泵、管道阀门、钻机。当井下瓦斯浓度检测器显示瓦斯浓度低于20％时，关闭井下瓦斯抽采管道阀门，停止抽采瓦斯。
[0022]9)将钻头向孔口方向退后至下层煤层中，重复步骤7)和步骤8)，完成对下层煤层的超高压纳米流体割缝后，退钻。
[0023]10)将蒸汽注热管联入井下措施孔内，其前端部伸至上覆岩层后2
‑
4m处，使一对蒸汽喷嘴位于第一条割缝卸压带处，前端的环式往复密封器对蒸汽注热管与井下措施孔之前的空隙进行密封，防治瓦斯在抽采孔内积聚，保证了解吸瓦斯的定向流动。
[0024]11)启动蒸汽发生器，打开蒸汽发生器阀门，使高压热蒸汽通过蒸汽注热管上端部的一对蒸汽喷嘴注入至临近割缝卸压带中，通过对临近的割缝卸压带加热致使煤体温度升高，吸附性瓦斯大量解吸。同时打开瓦斯抽采管道阀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采系统，其特征在于：包括井上纳米流体压裂子系统、井上瓦斯抽采子系统、井下超高压纳米流体割缝子系统、井下定向热驱子系统和井下瓦斯抽采子系统；所述井上纳米流体压裂子系统包括井上措施孔(4)、压裂管柱(6)、悬挂封隔器(7)和纳米流体压裂车(8)；深部矿区包括上层煤层(1)和下层煤层(2)；所述上层煤层(1)上方为上覆岩层(3)；所述上层煤层(1)和下层煤层(2)之间为层间岩层(30)；所述下层煤层(2)下方为下伏岩层(300)；所述井上措施孔(4)的终孔位置位于上层煤层(1)或层间岩层(30)中；所述压裂管柱(6)伸入井上措施孔(4)中；所述压裂管柱(6)的柱身上布置有悬挂封隔器(7)；所述压裂管柱(6)的上端与纳米流体压裂车(8)联通，下端依次设置有水力喷射器(9)、筛管和引鞋；所述井上瓦斯抽采子系统包括孔口密封器、井上气渣分离器(23)、井上瓦斯浓度检测器(24)、井上瓦斯抽采管道阀门(25)、井上瓦斯抽采管道(26)；所述孔口密封器为管状体；所述孔口密封器的前端开口，并固定在井上措施孔(4)孔口孔壁上，后端与井上气渣分离器(23)连接；所述压裂管柱(6)从孔口密封器的后端伸入井上措施孔(4)中；所述井上气渣分离器(23)与井上瓦斯抽采管道(26)相连；所述井上气渣分离器(23)与井上瓦斯抽采管道(26)之间的管路上安装有井上瓦斯浓度检测器(24)和井上瓦斯抽采管道阀门(25)；所述井下瓦斯抽采子系统包括井下气渣分离器(13)、井下瓦斯浓度检测器(14)、井下瓦斯抽采管道阀门(15)和井下瓦斯抽采管道(16)；孔口密封器的前端开口固定在井下措施孔(5)孔口孔壁上，后端与井下气渣分离器(13)连接；所述井下气渣分离器(13)与井下瓦斯抽采管道(16)相连；所述井下气渣分离器(13)与井下瓦斯抽采管道(16)之间的管路上安装有井下瓦斯浓度检测器(14)和井下瓦斯抽采管道阀门(15)；所述井下超高压纳米流体割缝子系统包括钻头(10)、钻机(11)、钻杆(12)、加压泵(17)和纳米流体储藏罐(19)；所述加压泵(17)和纳米流体储藏罐(19)之间的高压管路上设置有管道阀门(18)；所述钻杆(12)为中空圆管；钻机(11)夹持钻杆(12)尾端；钻杆(12)从孔口密封器的后端伸入井下措施孔(5)中；所述钻头(10)的侧壁上设有供高压纳米流体射出的一对高压纳米流体流道(10
‑
1)；所述钻头(10)安装在钻杆(12)的首端；所述钻头(10)的内腔与钻杆(12)的内腔连通；水辫的输入端与加压泵(17)通过高压管路连接，输出端与钻杆(12)的尾端连接；钻机(11)带动钻杆(12)旋转并钻入煤岩层中；所述钻头(10)在钻杆(12)的旋转带动下自轴旋转；纳米流体通过加压泵(17)和水辫进入钻杆(12)的内腔；所述纳米流体经过内腔送入钻头(10)；所述高压纳米流体流道(10
‑
1)形成水射流对煤岩体进行冲击；煤岩体经受水射流冲击而破碎或者由钻头(10)研磨破碎；纳米颗粒粘附在煤岩屑表面；纳米流体携带煤岩渣返出至井下气渣分离器(13)；所述井下定向热驱子系统包括蒸汽发生器(21)和蒸汽注热管(22)；所述蒸汽注热管(22)从孔口密封器的后端伸入井下措施孔(5)中；所述蒸汽发生器(21)通过管道与蒸汽注热管(22)的内腔连通；所述蒸汽发生器(21)与蒸汽注热管(22)之间的管道上设置有蒸汽发生器阀门(20)；所述蒸汽注热管(22)的首端外壁上设置有环式往复密封器(22
‑
1)和一对蒸汽喷嘴(22
‑
2)；所述蒸汽喷嘴(22
‑
2)与蒸汽注热管(22)的内腔连通；所述环式往复密封器(22
‑
1)位于蒸汽喷嘴(22
‑
2)的前方；所述环式往复密封器(22
‑
1)可对钻孔孔壁与蒸汽注热管(22)之间的空隙进行往复式密封；蒸汽发生器(21)产生的热蒸汽沿蒸汽注热管(22)和蒸
汽喷嘴(22
‑
2)输送到井下措施孔(5)中；通过热蒸汽携带的热量加热煤体。2.根据权利要求1所述的一种深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采系统，其特征在于：所述蒸汽注热管(22)的外壁上贴敷有玻璃棉保护层。3.一种根据权利要求1所述系统的远距离深部煤层群井上下联合增透瓦斯抽采方法，其特征在于，包括以下步骤：1)调研上层煤层(1)和下层煤层(2)的层位、厚度和强度参数；2)根据地质资料和实际钻探资料确定井上下联合增透方法；3)在上层煤层(1)中布置井上措施孔(4)的孔位，将依次将纳米流体压裂液喷口(9)、压裂管柱(6)、悬挂封隔器(7)、纳米流体压裂车(8)进行连接、调试；同时在井下施工井下措施孔(5)，并将井下超高压纳米流体力割缝子系统、井下瓦斯抽采子系统依次进行连接、调试；4)启动钻机(11)，使其带动钻头(10)进行钻孔作业，打开加压泵(17)、管道阀门(18)，调节加压泵(17)压力至5
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10MPa，使高压纳米流体通过钻头(10)的高压纳米流体流道(10
‑
1)出口从钻头侧面喷出，冲击煤岩体，扩大钻孔直径，同时提高煤层导热性；钻进同时打开井下瓦斯抽采管道阀门(15)，使瓦斯气体通过井下气渣分离器(13)、井下瓦斯浓度检测器(14)、井下瓦斯抽采管道阀门(15)被抽至井下瓦斯抽采管道(16)中；5)当钻头(10)穿过上覆岩层(3)1m处时，停止钻进，关闭加压泵(17)、管道阀门(18)、钻机(11)、将钻头(10)向孔口方向退后3
‑
5m置于上层煤层(1)中；6)启动纳米流体压裂车(8)，使纳米流体压裂液从纳米流体压裂液喷口(9)处喷出，对上层煤层(1)进行持续压裂，同时使纳米颗粒吸附在煤层表面，提高煤层导热性；压裂的同时，打开井上瓦斯抽采管道阀门(25)，使瓦斯通过井上气渣分离器(23)、井上瓦斯浓度检测器(24)、井上瓦斯抽采管道阀门(25)进入井上瓦斯抽采管道(26)中；7)打开管道阀门(18)，启动加压泵(17)，调节加压泵(17)压力至100
‑
150MPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈结，张志刚，邹全乐，赵旭生，李全贵，刘延保，李日富，张天诚，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：