微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法技术

本发明专利技术公开了一种微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法，包括如下步骤：步骤1，在煤体中分别施工钻孔组，并在钻孔施工完成后对各钻孔进行水力割缝形成缝槽；步骤2，配置压裂液，压裂液为水和厌氧型甲烷氧化菌菌液的混合液，对各钻孔组的压裂钻孔进行水力压裂，对每个压裂钻孔采用分段压裂的方式，所述分段压裂是按照钻孔内由里到外的顺序进行逐段压裂；步骤3，压裂钻孔完成后，回收设备并关闭各压裂钻孔、导向钻孔及控制钻孔外接管上的球阀，保证钻孔及煤体内部裂隙不与外界空气沟通。本发明专利技术能够有效缓解矿井抽采能力紧张或不足的情况，并且可以从根本上消除煤体内部的甲烷，同时有效减少向大气中排放的甲烷量，保护生态环境。保护生态环境。保护生态环境。

【技术实现步骤摘要】
微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法


[0001]本专利技术涉及煤矿瓦斯治理
，特别是一种微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法。

技术介绍

[0002]瓦斯抽采作为能够有效解决煤矿瓦斯问题的根本技术措施之一，已经被各煤矿普遍应用。但是，由于地质条件的原因，我国大多数煤层的赋存条件比较复杂、透气性比较差，从而导致煤层瓦斯抽采效率低下，进而严重影响煤炭的安全、高效开采。因此，为治理低渗透性煤层的瓦斯，国内外众多学者在煤层增透技术方面进行了大量研究，相关研究成果包括水力化增透技术(水力压裂、水力割缝、水力冲孔等)、爆破增透技术(深孔预裂爆破、松动爆破、CO2相变致裂等)、化学改性增透技术(煤层酸化、增渗液等)等。上述煤层增透技术中，水力化增透技术的应用比较广泛，但是对于可解析瓦斯量小、瓦斯吸附性强的煤层，对其进行水力化增透措施后，虽然有效丰富了煤层内部的裂隙网络，使得煤层内部通过钻孔与外界的接触面积有效增加，但是由煤层所释放出的可解析瓦斯量非常有限，即使连接负压抽采系统，其抽采效果也并不理想，故导致煤层瓦斯含量的降低量非常有限，进而无法实现有效缩短抽采时间和降低钻孔工程量的目的。此外，受矿井泵站综合抽采能力的限制、抽采设备库存量不足等因素，可能会出现抽采设备的安装远远滞后巷道掘进或工作面回采的情况，此时仅靠排放钻孔来释放煤层内的瓦斯将会严重影响巷道掘进速度及煤炭的安全开采，特别是对于采掘接替比较紧张的矿井。此外，甲烷是一种温室气体，而现在大多数煤矿从煤层中所抽采的甲烷是直接排放到大气中的，因此将会对大气造成污染。为此，需要一种能够在抽采效率较低或无法进行抽采条件下能够有效治理低渗透性煤层内部瓦斯的环保型瓦斯治理方法。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法，包括如下步骤：
[0005]步骤1，首先在煤体中分别施工钻孔组，每组钻孔组包括1个压裂钻孔、2个导向钻孔和2个控制钻孔，并在钻孔施工完成后对各钻孔进行水力割缝形成缝槽，各个缝槽之间形成主裂隙，沿主裂隙形成多条微裂隙，其中各个压裂钻孔、导向钻孔和控制钻孔分别与外接管相连，外接管上分别设有球阀；
[0006]步骤2，配置压裂液，压裂液为水和厌氧型甲烷氧化菌菌液的混合液，对各钻孔组的压裂钻孔进行水力压裂，对每个压裂钻孔采用分段压裂的方式，所述分段压裂是按照钻孔内由里到外的顺序进行逐段压裂；
[0007]步骤3，压裂钻孔完成后，回收设备并关闭各压裂钻孔、导向钻孔及控制钻孔外接
管上的球阀，保证钻孔及煤体内部裂隙不与外界空气沟通，厌氧型甲烷氧化菌吸附在煤的表面和孔隙中，对煤微孔中吸附的CH4进行驱离和置换，使吸附态CH4变为游离态CH4，从而方便厌氧型甲烷氧化菌对其进行转化，进而扩大厌氧型甲烷氧化菌消除煤体内部CH4的范围。
[0008]进一步地，所述步骤1中钻孔施工完成后对各钻孔进行水力割缝是利用割缝
‑
压裂一体化装置进行水力割缝。
[0009]进一步地，所述步骤1中每组钻孔组的布置为：压裂钻孔位于中间，压裂钻孔的外部两侧依次为导向钻孔和控制钻孔。
[0010]进一步地，所述步骤1中每组钻孔中的压裂钻孔、导向钻孔及控制钻孔均在位于孔口处的位置安装有套管，套管外部通过水泥砂浆与煤体进行固定，套管通过法兰盘及螺栓与外接管固定。
[0011]进一步地，所述套管的长度L9不小于3m。
[0012]进一步地，所述步骤1中各钻孔组的布置包括采煤工作面煤层钻孔布置和掘进工作面煤层钻孔布置：
[0013](1)采煤工作面
[0014]采煤工作面中，相邻两组钻孔组共用1个控制钻孔，导向钻孔、控制钻孔和压裂钻孔的长度根据采煤工作面倾斜长度L1来确定，其中，控制钻孔和压裂钻孔的长度相等，且长度L2应至少小于采煤工作面倾斜长度30m，即L2≤L1‑
30；导向钻孔的长度较控制钻孔或压裂钻孔的长度短；
[0015]每个压裂钻孔内施工缝槽的数量根据L2和钻孔内最外侧缝槽距孔口之间的距离L8来确定，钻孔内最外侧缝槽距孔口之间的距离L8至少为30m，而压裂钻孔内相邻缝槽之间的距离L7为20
‑
30m，单个缝槽的宽度L3为2
‑
4m；
[0016]每个控制钻孔内部的缝槽数量、缝槽的轴向位置和相邻缝槽之间的距离L7与压裂钻孔相同；
[0017]每个导向钻孔内部的缝槽数量与压裂钻孔一致，但是缝槽的轴向位置与压裂钻孔和控制钻孔不同，导向钻孔内部的缝槽与压裂钻孔和控制钻孔相对应的缝槽在钻孔轴向上相距L7/2m，各导向钻孔、控制钻孔和压裂钻孔的孔径不小于94mm，钻孔均为垂直于巷道煤壁施工的顺层钻孔，钻孔倾角同煤层倾角；
[0018](2)掘进工作面
[0019]压裂钻孔垂直掘进工作面施工，而控制钻孔和导向钻孔与巷道中心轴之间具有夹角，导向钻孔、控制钻孔和压裂钻孔的长度主要根据掘进计划来确定；压裂钻孔的长度L
11
为100
‑
140m；
[0020]同时为保证整体掘进效率可通过增开掘进工作面数量来保证掘进施工队伍的掘进效率，即在一个掘进工作面进行瓦斯治理时，掘进施工队伍可以去另一个掘进工作面进行掘进，等到另一个掘进工作面进行瓦斯治理时，再返回该掘进工作面进行施工；
[0021]掘进工作面本掘进循环中各钻孔与下一循环掘进各钻孔之间需要有一定的压茬，压茬长度L
10
为20
‑
40m；
[0022]各导向钻孔、控制钻孔和压裂钻孔内缝槽数量、缝槽宽度及相邻缝槽之间的距离要求与采煤工作面相同。
[0023]进一步地，所述步骤2对每个压裂钻孔按照由里到外的顺序进行逐段压裂具体包
的过程，进一步扩大厌氧型甲烷氧化菌消除煤体内部CH4的范围；此外，厌氧型甲烷氧化菌能够使煤体发生部分降解，增大煤体的孔容，使得煤体内部裂缝及孔隙之间的连通性增强，进一步增加煤体的渗透性。
[0037]3)本专利技术微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法能够有效缓解矿井抽采能力紧张或不足的情况，并且同样可以从根本上消除煤体内部的甲烷，同时有效减少向大气中排放的甲烷量，保护生态环境。
附图说明
[0038]图1为本专利技术采煤工作面煤层各钻孔组的布置及压裂后裂隙分布平面示意图；
[0039]图2为本专利技术的压裂钻孔孔口套管及外接管的连接剖面示意图；
[0040]图3为掘进工作面煤层各钻孔布置平面图；
[0041]图4为本专利技术的压裂钻孔中前置高压胶囊、后置高压胶囊和连接杆的安装结构示意图；
[0042]图5为本专利技术的不同钻孔组内不同压裂段进行压裂时压裂钻孔及导向钻孔内前置高压胶囊和后置高压胶囊的布置示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，首先在煤体中分别施工钻孔组，每组钻孔组包括1个压裂钻孔、2个导向钻孔和2个控制钻孔，并在钻孔施工完成后对各钻孔进行水力割缝形成缝槽，各个缝槽之间形成主裂隙，沿主裂隙形成多条微裂隙，其中各个压裂钻孔、导向钻孔和控制钻孔分别与外接管相连，外接管上分别设有球阀；步骤2，配置压裂液，压裂液为水和厌氧型甲烷氧化菌菌液的混合液，对各钻孔组的压裂钻孔进行水力压裂，对每个压裂钻孔采用分段压裂的方式，所述分段压裂是按照钻孔内由里到外的顺序进行逐段压裂；步骤3，压裂钻孔完成后，回收设备并关闭各压裂钻孔、导向钻孔及控制钻孔外接管上的球阀，保证钻孔及煤体内部裂隙不与外界空气沟通，厌氧型甲烷氧化菌吸附在煤的表面和孔隙中，对煤微孔中吸附的CH4进行驱离和置换，使吸附态CH4变为游离态CH4，从而方便厌氧型甲烷氧化菌对其进行转化，进而扩大厌氧型甲烷氧化菌消除煤体内部CH4的范围。2.如权利要求1所述的微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法，其特征在于，所述步骤1中钻孔施工完成后对各钻孔进行水力割缝是利用割缝
‑
压裂一体化装置进行水力割缝。3.如权利要求1所述的微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法，其特征在于，所述步骤1中每组钻孔组的布置为：压裂钻孔位于中间，压裂钻孔的外部两侧依次为导向钻孔和控制钻孔。4.如权利要求1所述的微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法，其特征在于，所述步骤1中每组钻孔中的压裂钻孔、导向钻孔及控制钻孔均在位于孔口处的位置安装有套管，套管外部通过水泥砂浆与煤体进行固定，套管通过法兰盘及螺栓与外接管固定。5.如权利要求4所述的微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法，其特征在于，所述套管的长度L9不小于3m。6.如权利要求1所述的微生物与水力化联合增透技术相协同的煤层瓦斯治理方法，其特征在于，所述步骤1中各钻孔组的布置包括采煤工作面煤层钻孔布置和掘进工作面煤层钻孔布置：(1)采煤工作面采煤工作面中，相邻两组钻孔组共用1个控制钻孔，导向钻孔、控制钻孔和压裂钻孔的长度根据采煤工作面倾斜长度L1来确定，其中，控制钻孔和压裂钻孔的长度相等，且长度L2应至少小于采煤工作面倾斜长度30m，即L2≤L1‑
30；导向钻孔的长度较控制钻孔或压裂钻孔的长度短；每个压裂钻孔内施工缝槽的数量根据L2和钻孔内最外侧缝槽距孔口之间的距离L8来确定，钻孔内最外侧缝槽距孔口之间的距离L8至少为30m，而压裂钻孔内相邻缝槽之间的距离L7为20
‑
30m，单个缝槽的宽度L3为2
‑
4m；每个控制钻孔内部的缝槽数量、缝槽的轴向位置和相邻缝槽之间的距离L7与压裂钻孔相同；每个导向钻孔内部的缝槽数量与压裂钻孔一致，但是缝槽的轴向位置与压裂钻孔和控
制钻孔不同，导向钻孔内部的缝槽与压裂钻孔和控制钻孔相对应的缝槽在钻孔轴向上相距L7/2m，各导向钻孔、控制钻孔和压裂钻孔的孔径不小于94mm，钻孔均为垂直于巷道煤壁施工的顺层钻孔，钻孔倾角同煤层倾角；(2)掘进工作面压裂钻孔垂直掘进工作面施工，而控制钻孔和导向钻孔与巷道中心轴之间具有夹角，导向钻孔、控制钻孔和压裂钻孔的长度主要根据掘进计划来确定；压裂钻孔的长度L
11
为100
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140m；同时为保证整体掘进效率可通过增开掘进...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦玉金，苏伟伟，任发科，周睿，郭怀广，李杰，陈洋，王重洋，田富超，马金魁，徐洋，孙维丽，郑忠宇，刘恩会，闫比男，闫循强，
申请(专利权)人：中煤科工集团沈阳研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：