本发明专利技术公开了一种井上下联合瓦斯抽采系统及方法，该方法包括如下步骤：先在地面井水力压裂和割缝工艺共同作用，使煤层产生裂缝，煤体强度降低、瓦斯解吸。而后井上下联合进行高温纳米流体注热，利用纳米流体颗粒的强吸附性和优良的导热性，使纳米流体吸附在煤层表面，提高其导热能力，在高温注热作用下，促进深层瓦斯受热解吸出来。同时，在进行上述操作时，每个井口及措施孔都布置有抽采管道，保证了高效抽采。本发明专利技术基于井上下联合水力化致裂及注热抽采的思路，利用水力化增透措施与纳米流体注热的协同作用，从促进煤层高效致裂和瓦斯高效解吸两个方面，有效解决了瓦斯抽采难度较大的问题，也大大提高了瓦斯抽采效率。也大大提高了瓦斯抽采效率。也大大提高了瓦斯抽采效率。
【技术实现步骤摘要】
一种井上下联合瓦斯抽采系统及方法
[0001]本专利技术涉及瓦斯开采领域，具体涉及一种井上下联合瓦斯抽采系统及方法。
技术介绍
[0002]我国煤层普遍具有瓦斯压力高、含量大、渗透率低的特点，瓦斯抽采难度大、抽采效率低的问题严重影响着煤矿开采的效率，成为制约煤矿安全高效生产的关键问题之一。
[0003]瓦斯的产出是一个解吸、扩散与渗流的复杂过程，而温度是这一过程的主控因素之一。因此煤体温度越高，瓦斯解吸、扩散速率就会越快，渗流效果越高，使游离瓦斯的浓度增加，从而提高煤层瓦斯的抽采效率，由此可见利用注热措施提高煤层温度也是改善煤层瓦斯抽采效率的有效途径之一。但由于煤体的热传导系数不高，加之注热形式较为单一，其工程应用效果不显著。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种井上下联合瓦斯抽采系统及方法，以解决现有技术中煤体热传导系数不高、瓦斯抽采效率低的问题。
[0005]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种井上下联合瓦斯抽采系统，包括井上注热抽采系统、地面压裂系统和井下割缝注热抽采系统。
[0006]瓦斯抽采区域从上到下依次为煤层顶板、煤层和煤层底板，煤层顶板的上表面为地面。
[0007]地面上开挖出两个相互间隔的井上措施孔，两个井上措施孔的中间位置开挖出地面压裂井，井上措施孔和地面压裂井均穿透所述煤层顶板并延伸到煤层。
[0008]所述煤层底板上开完出两个相互间隔的井下措施孔，所述地面压裂井的竖直投影位于两个的井下措施孔的中间位置，井下措施孔穿透煤层底板并延伸到煤层。
[0009]所述井上注热抽采系统包括注热喷头、井上注热阀门、井上加压泵、井上纳米流体储藏罐、井上抽采管、井上气渣分离器、井上抽采管道阀门、井上瓦斯浓度检测器和井上瓦斯抽采管道。每个所述井上措施孔内均插入注热喷头和井上抽采管，注热喷头通过井上注热阀门与井上加压泵连接，井上加压泵与井上纳米流体储藏罐连接，井上纳米流体储藏罐内设有井上纳米流体加热装置。井上瓦斯抽采管通过井上瓦斯浓度检测器、井上抽采管道阀门与井上气渣分离器连接，井上气渣分离器分别与井上抽采管以及地面压裂井上端口密封连接。
[0010]所述地面压裂系统包括压裂喷头和压裂车，压裂喷头的下端伸入地面压裂井，上端与地面的压裂车连接，压裂车与井上纳米流体储藏罐连接。
[0011]所述井下割缝注热抽采系统包括割缝钻头、井下纳米流体管道阀门、井下加压泵、井下纳米流体储藏罐、井下纳米流体加热装置、井下抽采管、井下气渣分离器、井下抽采管道阀门、井下瓦斯浓度检测器、井下瓦斯抽采管和钻杆。
[0012]所述井下纳米流体储藏罐内设有井下纳米流体加热装置，井下纳米流体储藏罐分
别与两个井下加压泵连接，井下加压泵通过井下纳米流体管道阀门与钻杆连接，两根钻杆均连接有割缝钻头并伸入对应的井下措施孔。所述井下瓦斯抽采管通过井下瓦斯浓度检测器、井下抽采管道阀门与井下气渣分离器连接，井下气渣分离器分别与两根井下抽采管连接，两根井下抽采管分别伸入两个井下措施孔。
[0013]工作时，所述井上纳米流体储藏罐中加热后的纳米流体经注热喷头对井上措施孔注热，纳米流体经压裂喷头对地面压裂井压裂，井上瓦斯抽采管道收集井上措施孔和地面压裂井内的瓦斯。所述井下纳米流体储藏罐中的纳米流体经割缝钻头对井下措施孔钻进，井下瓦斯抽采管收集井下措施孔内的瓦斯。
[0014]进一步，所述井下纳米流体加热装置和井上纳米流体加热装置将纳米流体均加热至60
°
～75
°
。
[0015]一种井上下联合瓦斯抽采方法，基于上述的一种井上下联合瓦斯抽采系统，包括以下步骤：
[0016]1)在所述煤层中布置地面压裂井的孔位，并开挖地面压裂井，安装压裂喷头和压裂车后进行封孔。
[0017]2)启动所述压裂车和井上纳米流体加热装置，使加热后的纳米流体从压裂喷头喷出，对煤层进行压裂，同时打开井上抽采管道阀门进行瓦斯抽采。
[0018]3)在所述煤层中布置两个井上措施孔并开钻，钻头钻入煤层1m后退钻，布置注热喷头和井上抽采管，并封闭孔口。
[0019]4)启动所述井上纳米流体加热装置，打开加压泵，使加热后的纳米流体通过井上注热阀门与注热喷头注入到煤层中，对煤体进行注热。
[0020]5)注热2h后，关闭所述井上纳米流体加热装置和井上加压泵，同时打开井上抽采管道阀门抽采瓦斯。
[0021]6)在所述煤层中布置井下措施孔并开钻，钻头钻入煤层1m后退钻，布置割缝钻头和井下抽采管，并封闭孔口。
[0022]7)打开所述井下纳米流体管道阀门，启动井下加压泵，使井下纳米流体储藏罐中的导热性纳米流体经过割缝钻头射入煤层中，割缝致裂煤体。
[0023]8)割缝3h后，关闭所述井下纳米流体管道阀门和井下加压泵，打开井下井下抽采管道阀门与井下气渣分离器，进行瓦斯抽采，当井下瓦斯浓度检测器显示瓦斯浓度小于20％，关闭井下抽采管道阀门，停止抽采瓦斯。
[0024]9)取出所述割缝钻头并更换为注热喷头，启动井下纳米流体加热装置，打开井下加压泵使加热后的纳米流体经注热喷头注入煤层，对煤体进行注热。
[0025]10)注热2h后，关闭所述井下纳米流体加热装置和井下加压泵，同时打开井下抽采管道阀门抽采瓦斯，直到井下瓦斯浓度检测器显示瓦斯浓度低于20％，关闭井下抽采管道阀门，停止抽采瓦斯。
[0026]11)取出所述井下措施孔内的注热喷头并更换为割缝钻头。
[0027]12)依次重复步骤7)～11)若干次，持续抽采瓦斯。
[0028]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的，本专利技术针对煤层热传导系数较低导致单一抽采瓦斯技术应用效果不理想的难题，基于增透与热驱强化瓦斯抽采的基本思想，提出一种井上下联合瓦斯抽采系统及方法。该系统能够实现煤层高效增透、瓦斯充分解吸及瓦斯高效
抽采的一体化作业，显著提高抽采效率；能够充分发挥致裂、注热的协同作用，即地面压裂利用高温纳米流体作为压裂液，通过压裂高强度致裂煤体，同时通过注入高温纳米流体使煤层急剧升温，形成巨大的温度梯度，利用纳米流体的良好热传导性和吸附性，显著提高煤体的导热性从而同时提高深层和浅层煤体温度，促进煤层瓦斯的快速解吸；在进行井上压裂、井下割缝及井上下注热操作的同时，在每个工作孔进行瓦斯抽采，显著提高了瓦斯抽采效率，从而达到了防治低透气性煤层瓦斯灾害的效果，实现了煤矿安全高效生产的目的。
附图说明
[0029]图1为本专利技术所述系统的整体示意图。
[0030]图中：煤层顶板1、煤层2、煤层底板3、井下措施孔4、井上措施孔5、地面压裂井6、割缝钻头7、井下纳米流体管道阀门8、井下加压泵9、井下纳米流体储藏罐10、井下纳米流体加热装置11、井下抽采管12、井下气渣分离器13、井下抽采管道阀门14、井下瓦斯浓度检测器15、井下瓦斯抽采管16、压裂喷头17、压裂车18、注热喷头19、井上注热阀门20、井上加压泵21、井上纳米本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种井上下联合瓦斯抽采系统，其特征在于：包括所述井上注热抽采系统、地面压裂系统和井下割缝注热抽采系统；瓦斯抽采区域从上到下依次为煤层顶板(1)、煤层(2)和煤层底板(3)，煤层顶板(1)的上表面为地面；地面上开挖出两个相互间隔的井上措施孔(5)，两个井上措施孔(5)的中间位置开挖出地面压裂井(6)，井上措施孔(5)和地面压裂井(6)均穿透所述煤层顶板(1)并延伸到煤层(2)；所述煤层底板(3)上开完出两个相互间隔的井下措施孔(4)，所述地面压裂井(6)的竖直投影位于两个的井下措施孔(4)的中间位置，井下措施孔(4)穿透煤层底板(3)并延伸到煤层(2)；所述井上注热抽采系统包括注热喷头(19)、井上注热阀门(20)、井上加压泵(21)、井上纳米流体储藏罐(22)、井上抽采管(24)、井上气渣分离器(25)、井上抽采管道阀门(26)、井上瓦斯浓度检测器(27)和井上瓦斯抽采管道(28)；每个所述井上措施孔(5)内均插入注热喷头(19)和井上抽采管(24)，注热喷头(19)通过井上注热阀门(20)与井上加压泵(21)连接，井上加压泵(21)与井上纳米流体储藏罐(22)连接，井上纳米流体储藏罐(22)内设有井上纳米流体加热装置(23)；井上瓦斯抽采管(28)通过井上瓦斯浓度检测器(27)、井上抽采管道阀门(26)与井上气渣分离器(25)连接，井上气渣分离器(25)分别与井上抽采管(24)以及地面压裂井(6)上端口密封连接；所述地面压裂系统包括压裂喷头(17)和压裂车(18)，压裂喷头(17)的下端伸入地面压裂井(6)，上端与地面的压裂车(18)连接，压裂车(18)与井上纳米流体储藏罐(22)连接；所述井下割缝注热抽采系统包括割缝钻头(7)、井下纳米流体管道阀门(8)、井下加压泵(9)、井下纳米流体储藏罐(10)、井下纳米流体加热装置(11)、井下抽采管(12)、井下气渣分离器(13)、井下抽采管道阀门(14)、井下瓦斯浓度检测器(15)、井下瓦斯抽采管(16)和钻杆(29)；所述井下纳米流体储藏罐(10)内设有井下纳米流体加热装置(11)，井下纳米流体储藏罐(10)分别与两个井下加压泵(9)连接，井下加压泵(9)通过井下纳米流体管道阀门(8)与钻杆(29)连接，两根钻杆(29)均连接有割缝钻头(7)并伸入对应的井下措施孔(4)；所述井下瓦斯抽采管(16)通过井下瓦斯浓度检测器(15)、井下抽采管道阀门(14)与井下气渣分离器(13)连接，井下气渣分离器(13)分别与两根井下抽采管(12)连接，两根井下抽采管(12)分别伸入两个井下措施孔(4)。工作时，所述井上纳米流体储藏罐(22)中加热后的纳米流体经注热喷头(19)对井上措施孔(5)注热，纳米流体经压裂喷头(17)对地面压裂井(...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹全乐，江城子，贾雪祺，张天诚，陈子涵，马腾飞，冉启灿，王鑫，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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