本发明专利技术公开了一种煤矿井下瓦斯治理电动压裂作业系统及方法，系统包括移动混砂橇车组、移动储砂输砂橇车组、电动压裂泵橇车组、高压电源橇车组、传感设备以及指挥中心；本发明专利技术方法实现了远程操作和监控，井下压裂区域实施无人化以及设备自动化，极大的提高了煤矿高效抽采煤层气与瓦斯防治技术水平和井下装备自动化水平本发明专利技术通过井下大规模水力压裂工艺提高了瓦斯抽采率、减少了抽采时间、缩短了瓦斯治理周期。斯治理周期。斯治理周期。
【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下瓦斯治理电动压裂作业系统及方法
[0001]本专利技术属于油气田压裂
，具体涉及一种煤矿井下瓦斯治理电动压裂作业系统及方法。
技术介绍
[0002]煤矿瓦斯事故是制约煤炭工业安全发展和可持续发展、影响地区安全稳定好转的突出问题。我国煤炭瓦斯综合治理十六字工作体系“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”。瓦斯抽采仍然时当前瓦斯治理的最有效技术手段，矿井瓦斯抽采能力，要求与采掘布局相协调、相平衡，制约煤矿安全生产效率。
[0003]当前国内多数煤矿已经进入到深度开采阶段，随煤炭层深埋的增加，煤储层有效应力增大，煤储层渗透率降低，瓦斯抽采难度进一步加大。随着我国煤炭开采的由浅及深，瓦斯含量也从不影响到严重制约煤炭的安全开采；煤矿瓦斯治理从通风排出瓦斯到先抽后采以风定产，对于瓦斯的治理工作也越来越重视，煤矿瓦斯开采技术也由高透气型的瓦斯开采向低透气型的强化抽采发展，在该背景下多样化的强化瓦斯抽采方法都逐渐显露出来，如水力压裂、煤层注水及交叉布孔等。水力压裂是将高压水注入到煤层中，使原生煤裂隙张开、扩展、延伸至相互贯通，沟通游离瓦斯流动通道，提高瓦斯流动效率。与此同时，改变煤的孔隙结构，提高煤层中瓦斯的解吸效率。水力压裂技术不仅可以用来增加煤层渗透率，还可以防治煤与瓦斯突出。
[0004]目前中国煤矿领域应用的几种主要的井下钻孔水力压裂泵组，设备本身的体积可以在井下巷道狭窄的空间移动，但是在实际进行水力压裂作业的过程中，通常情况下都将设备设定在某一个额定排量上，并不适合长期作业，并且注入压力及实际的流量就会收到设备系统电机功率的严重限制，导致井下钻孔水力压裂的实际压力变化情况并不能得以真实反映，压裂规模也受限于设备整体功率情况，严重制约了煤矿井下水力压裂技术和瓦斯治理技术的进一步发展。
技术实现思路
[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的煤矿井下瓦斯治理电动压裂作业系统及方法解决了现有的水力压裂设备不适合长期作业、井下压裂规模受限、难以真实反映压裂过程中压力的实际变化情况进行影响压裂效果的问题。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种煤矿井下瓦斯治理电动压裂作业系统，包括移动混砂橇车组、移动储砂输砂橇车组、电动压裂泵橇车组、高压电源橇车组、传感设备以及指挥中心；所述移动混砂橇车组、移动储砂输砂橇车组、电动压裂泵橇车组、高压电源橇车组、传感设备均可移动布设于井下压裂作业巷道内，所述指挥中心布设于井上；所述移动混砂橇车组用于将清水与支撑剂按作业要求混合，获得压裂液并输送至电动压裂泵橇车组；
所述移动储砂输砂橇车组用于将砂输送至移动混砂橇车组；所述电动压裂泵橇车组配置于压裂井口处，用于基于输送的压裂液及砂进行压裂作业；所述高压电源橇车组用于为移动混砂橇车组、移动储砂输砂橇车组以及电动压裂泵橇车组供电；所述传感设备配置于压裂作业全过程中，并与指挥中心通信连接，用于采集及监控压裂作业数据；所述指挥中心用于根据接收的压裂作业数据，协调控制移动混砂橇车组、移动储砂输砂橇车组和电动压裂泵橇车组的工作。
[0007]进一步地，所述移动混砂橇车组包括相互连接的移动混砂橇车、第一电动混砂变频橇车和第二电动混砂变频橇车；所述移动混砂橇车的吸水口通过清水吸入管汇与煤矿井下水仓连接，所述移动混砂橇车的排出管汇上安装有质量流量计，所述移动混砂橇车排出口通过供液排出管汇与电动压裂泵橇车组输入口连接并输送压裂液；所述第一电动混砂变频橇车和第二电动混砂变频橇车上均配置有变频及电控装置，根据质量流量计实时测量的压裂液密度控制移动混砂车中压裂液的混合过程。
[0008]进一步地，所述移动储砂输砂橇车组包括若干台按照逐车输送结构连接的移动储砂输砂橇车，所述移动储砂输砂橇车的车台数满足：施工总砂量≤移动储砂输砂橇车单车储砂量*车台数。
[0009]进一步地，所述移动储砂输砂橇车包括相互连接的主车和副车；所述主车为多层结构橇车，包括从上到下依次设置的上层的储砂罐、中层的输砂装置以及下层的运输橇车；所述储砂罐下方配置有多个出砂口，并设置于输砂装置进砂料斗的上方，且所述出砂口和进砂料斗之间设置有电动闸板阀，所述输砂装置的出砂口设置于所述副车进砂料斗的上方，所述副车的出砂口配置于下一移动储砂输砂橇车中主车的进砂料斗上方。
[0010]进一步地，所述电动压裂泵橇车组包括若干台电动压裂泵橇车，所述电动压裂泵橇车的排出口通过高压管汇与压裂井口连接；所述电动压裂泵橇车的车台数满足：施工总排量≤电动压裂泵橇车单泵施工排量*车台数。
[0011]进一步地，所述高压电源橇车组包括若干台高压电源橇车，所述高压电源橇车的车台数满足：施工总功率=施工压力*施工总排量/效率施工总功率≤高压电源橇单车变压器容量*车台数。
[0012]一种煤矿井下瓦斯治理电动压裂作业方法，包括以下步骤：S1、根据压裂作业要求配置作业系统工作参数；S2、基于配置的工作参数，进行压裂液混合及输砂；S3、基于混合的压裂液及输砂进行自动化压裂作业。
[0013]进一步地，所述步骤S1中配置的工作参数包括电动压裂泵橇车组输出的压裂液流量、电动压裂泵橇车组输出的总液量、第一电动混砂变频橇车和第二电动混砂变频橇车的
排量控制参数以及移动储砂输砂橇车中电动闸板阀的开关参数；其中，电动压裂泵橇车组输出的压裂液流量基于压裂井口的目标压力确定；电动压裂泵橇车组输出的总液量根据各电动压裂泵橇车排量确定；第一电动混砂变频橇车和第二电动混砂变频橇车的排量控制参数根据压裂作业预设压裂液密度值确定；所述移动储砂输砂橇车中电动闸板阀的开关参数根据移动混砂橇车的输砂量需求确定。
[0014]进一步地，所述步骤S2中，压裂液混合过程具体为：通过移动混砂橇车排出管汇上安装的质量流量计，实时测量输出的压裂液的密度值，通过第一电动混砂变频橇车和第二电动混砂变频橇车根据预设压裂液密度值和实测值的差值，控制变频器调整移动混砂橇车中输砂绞龙的转速、吸入泵转速、搅拌器转速以及排出泵转速，实现支撑剂和清水的压裂液混合过程控制。
[0015]进一步地，所述步骤S3中，在压裂作业过程中，基于压裂井口布设的压力传感器采集的压裂压力数据持续调整作业系统中各橇车的工作状态，并通过视频监控将压裂作业全过程中各橇车工作数据反馈至指挥中心。
[0016]本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术提供的煤矿井下瓦斯治理电动压裂作业系统采用电力作为主动力能源，适用于煤矿井下环境的新型电动压裂装置，解决了煤矿井下水力压裂工艺储砂输砂能力不足、砂液混合能力不足，无法实现高压高排量的水力压裂工业的设备问题；（2）本专利技术方法实现了远程操作和监控，井下压裂区域实施无人化以及设备自动化，极大的提高了煤矿高效抽采煤层气与瓦斯防治技术水平和井下装备自动化水平。
[0017]（3）本专利技术方法通过井下大规模水力压裂工艺提高了瓦斯抽采率、减少了抽采时间、缩短了瓦斯治理周期。
[0018]（4）基于本专利技术压裂作业系统可以实现煤矿井下大规模压裂工艺，最高压超本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下瓦斯治理电动压裂作业系统，其特征在于，包括移动混砂橇车组（13）、移动储砂输砂橇车组（11）、电动压裂泵橇车组（14）、高压电源橇车组（12）、传感设备以及指挥中心；所述移动混砂橇车组（13）、移动储砂输砂橇车组（11）、电动压裂泵橇车组（14）、高压电源橇车组（12）、传感设备均可移动布设于井下压裂作业巷道（10）内，所述指挥中心布设于井上；所述移动混砂橇车组（13）用于将清水与支撑剂按作业要求混合，获得压裂液并输送至电动压裂泵橇车组（14）；所述移动储砂输砂橇车组（11）用于将砂输送至移动混砂橇车组（13）；所述电动压裂泵橇车组（14）配置于压裂井口处，用于基于输送的压裂液及砂进行压裂作业；所述高压电源橇车组（12）用于为移动混砂橇车组（13）、移动储砂输砂橇车组（11）以及电动压裂泵橇车组（14）供电；所述传感设备配置于压裂作业全过程中，并与指挥中心通信连接，用于采集及监控压裂作业数据；所述指挥中心用于根据接收的压裂作业数据，协调控制移动混砂橇车组（13）、移动储砂输砂橇车组（11）和电动压裂泵橇车组（14）的工作。2.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯治理电动压裂作业系统，其特征在于，所述移动混砂橇车组（13）包括相互连接的移动混砂橇车（2）、第一电动混砂变频橇车（3）和第二电动混砂变频橇车（4）；所述移动混砂橇车（2）的吸水口通过清水吸入管汇（7）与煤矿井下水仓连接，所述移动混砂橇车（2）的排出管汇上安装有质量流量计，所述移动混砂橇车（2）排出口通过供液排出管汇（8）与电动压裂泵橇车组（14）输入口连接并输送压裂液；所述第一电动混砂变频橇车（3）和第二电动混砂变频橇车（4）上均配置有变频及电控装置，根据质量流量计实时测量的压裂液密度控制移动混砂车中压裂液的混合过程。3.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯治理电动压裂作业系统，其特征在于，所述移动储砂输砂橇车组（11）包括若干台按照逐车输送结构连接的移动储砂输砂橇车（1），所述移动储砂输砂橇车（1）的车台数满足：施工总砂量≤移动储砂输砂橇车单车储砂量*车台数。4.根据权利要求3所述的煤矿井下瓦斯治理电动压裂作业系统，其特征在于，所述移动储砂输砂橇车（1）包括相互连接的主车和副车（104）；所述主车为多层结构橇车，包括从上到下依次设置的上层的储砂罐（101）、中层的输砂装置（102）以及下层的运输橇车（103）；所述储砂罐（101）下方配置有多个出砂口，并设置于输砂装置（102）进砂料斗的上方，且所述出砂口和进砂料斗之间设置有电动闸板阀，所述输砂装置（102）的出砂口设置于所述副车（104）进砂料斗的上方...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩淳，练国春，贺小林，
申请(专利权)人：四川宏华电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。