液态CO2-碱性水致裂增透促瓦斯抽采和煤层注水方法技术

本发明专利技术公开了液态CO2‑

【技术实现步骤摘要】
液态CO2‑
碱性水致裂增透促瓦斯抽采和煤层注水方法


[0001]本专利技术涉及煤炭开采领域，具体涉及液态CO2‑
碱性水致裂增透促瓦斯抽采和煤层注水方法。

技术介绍

[0002]长期以来，煤炭一直是我国的主体能源。随着煤炭开采规模和开采深度的不断增加，煤层渗透性降低，且煤与瓦斯突出危险进一步增大，严重威胁矿井的安全生产。
[0003]目前瓦斯抽采是解决瓦斯灾害最有效的途径之一，我国大部分矿井具有低渗透特性，瓦斯抽采难度大，必须人为对煤层进行增透，提高瓦斯抽采效率。由于目前多采用水力压裂、水力割缝和预裂爆破等方法来增大煤层透气性，但常规煤层增透抽采瓦斯方法致裂增透范围小，煤体钻孔附近煤层的孔裂隙难扩大,无法进一步形成瓦斯抽采裂隙网，使得瓦斯抽采率低，瓦斯治理效果不理想。
[0004]近年来，大量煤层增透技术在瓦斯抽采中得到应用，并取得一定成就。其中，煤层注水和气相驱替是抑制煤与瓦斯突出的常用技术措施，但各自也存在一定不足，例如常规煤层注水例如专利CN 113914856 A公开一种煤层注水装置，通过钻头将压力水从注水孔进入钻孔内，浸润煤层，存在含水率低、水分分布不均匀等缺点，注水效果较差；气相驱替例如专利CN 105134284 B公开的一种基于水平定向钻孔液氮循环冻融增透抽采瓦斯方法，容易形成新的气体突出危险。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供液态CO2‑
碱性水致裂增透促瓦斯抽采和煤层注水方法，其基于煤层注水和气相驱替的优缺点，创新性地将二者结合起来，用液态CO2吸热汽化膨胀致裂煤体，促进煤体孔裂隙结构二次发育，汽化生成的气态二氧化碳对煤中吸附态甲烷进行高压驱替，最后注入碱性水发生酸碱中和反应吸收二氧化碳并占据其原本存在的空间，从而注水深入微孔结构内部，含水率高、水分分布均匀，该方法能够有效增加煤层透气性，显著提升瓦斯抽采效率和煤层注水效果，同时避免了新的气体危害，具有较好的推广应用前景。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供液态CO2‑
碱性水致裂增透促瓦斯抽采和煤层注水方法，包括以下步骤：
[0008]a、施工钻孔：根据煤层条件，施工瓦斯抽采钻孔；
[0009]b、放入保护花管并封孔：钻孔施工完成后，立即放入加工好的保护花管作为保护套管，所述保护花管贴紧钻孔壁，四周设有花管孔，两两连接放入钻孔内；将钻孔靠近孔口部分用封堵材料封堵，封孔处中部设有孔口预留铁管，孔口预留铁管末端接法兰盘，法兰盘上安装有阀门；
[0010]c、初次抽采瓦斯：将钻孔法兰盘与瓦斯抽采装置通过管路连接，打开阀门，进行煤
层气采收；随着抽采过程的进行，瓦斯抽采效率逐渐降低，抽采2
‑
3个月后，停止抽采并拆下瓦斯抽采装置。
[0011]d、注入液态CO2：将钻孔法兰盘与注液态CO2装置连接，向钻孔内注入液态CO2，液态CO2注入钻孔后迅速汽化，汽化过程中会迅速膨胀，促进钻孔周围煤体孔、裂隙结构发育；由于预埋保护花管的保护作用，煤体在受到致裂损伤、孔裂隙发育过程中不会垮塌堵塞钻孔。
[0012]e、二次瓦斯抽采：注入液态二氧化碳2
‑
3天后，拆除注液态CO2装置，再次将法兰盘与瓦斯抽采装置连接，在二氧化碳的高压驱替作用下，煤中吸附态甲烷大量解吸；继续抽采，直至回采工作面推进至钻孔20
‑
30m时，停止并拆除瓦斯抽采装置；
[0013]f、高压注碱性水：将法兰盘连接至高压注碱性水装置，向煤层中注入浓度为1～10％的碱性水，碱性水与煤中微孔结构内部的吸附态二氧化碳气体发生酸碱中和反应，并在压差的作用下占据原本二氧化碳的位置。
[0014]优选地，步骤f中，碱性水的浓度为2％。
[0015]优选地，步骤a中，每隔10m施工孔深为60
‑
120m的瓦斯抽采钻孔，所述钻孔长度、直径及角度按照煤层赋存条件及矿方钻机条件确定。
[0016]优选地，步骤b中，所述保护花管为每根4m长的铁质保护套管。
[0017]优选地，步骤b中，所述孔口预留铁管为孔口中间预留一根长度大于封孔长度2
‑
3m的铁管，所述孔口预留铁管直径小于钻孔3直径。
[0018]本专利技术的有益效果在于：
[0019]1、本专利技术向钻孔内注入液态CO2，利用液态CO2吸热汽化时产生的巨大膨胀力和冻胀力对煤体的损伤作用，致裂煤体，促进钻孔周围煤体孔、裂隙结构的进一步发育，并且由于预埋保护花管的保护作用，煤体在受到致裂损伤、孔裂隙发育过程中不会垮塌堵塞钻孔；
[0020]2、吸热汽化的二氧化碳气体对煤的吸附能力明显大于甲烷，其会深入煤中微孔结构内部，与吸附态甲烷产生竞争吸附并降低甲烷分压，从而促进煤体微孔结构内部吸附态甲烷的解吸，此时再次抽采，煤层气采收率明显提高；
[0021]3、本专利技术基于煤层注水和气相驱替的优缺点，创新性地将二者结合起来，注入碱性水发生酸碱中和反应吸收微孔结构内部吸附态CO2并占据其原本存在位置，前步注入液态CO2操作促进钻孔周围煤体孔、裂隙结构发育，为其建立了裂隙网，从而注水深入微孔结构内部，含水率高、水分分布均匀，通过该方法可以有效促进煤体孔裂隙结构发育，提高其渗透性，大幅度提高煤层注水效果，同时避免了新的气体危害，具有较好的推广应用前景。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
[0023]图1为本专利技术实施例1提供的液态CO2‑
碱性水致裂增透促瓦斯抽采和煤层注水装方法示意图；
[0024]图2为图1中钻孔保护花管示意图；
[0025]附图标记说明：
[0026]1、煤层；2、保护花管；3、钻孔；4、孔口预留铁管；5、封堵材料；6、法兰盘；7、阀门；8、瓦斯抽采装置；9、注液态CO2装置；10、高压注碱性水装置；11、回采工作面；12、花管孔；13、钻孔壁。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]实施例1
[0029]如图1所示，液态CO2‑
碱性水致裂增透促瓦斯抽采和煤层注水方法，
[0030]a、施工钻孔：根据煤层1赋存条件及相关资料，每隔10m施工孔深为60
‑
120m的瓦斯抽采钻孔3，钻孔3长度、直径及角度按照煤层1赋存条件及矿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.液态CO2‑
碱性水致裂增透促瓦斯抽采和煤层注水方法，其特征在于，包括以下步骤：a、施工钻孔：根据煤层(1)条件，施工瓦斯抽采钻孔(3)；b、放入保护花管(2)并封孔：钻孔(3)施工完成后，立即放入加工好的保护花管(2)作为保护套管，所述保护花管(2)贴紧钻孔壁(13)，四周设有花管孔(12)，连接放入钻孔(3)内；将钻孔(3)靠近孔口部分用封堵材料(5)封堵，封孔时在孔口预留有铁管，孔口预留铁管(4)末端接法兰盘(6)，法兰盘(6)上安装有阀门(7)；c、初次抽采瓦斯：将钻孔法兰盘(6)与瓦斯抽采装置(8)通过管路连接，打开阀门(7)，进行煤层气采收；随着抽采过程的进行，瓦斯抽采效率逐渐降低，抽采2
‑
3个月后，停止抽采并拆下瓦斯抽采装置(8)；d、注入液态CO2：将钻孔法兰盘(6)与注液态CO2装置(9)连接，向钻孔(3)内注入液态CO2，液态CO2注入钻孔(3)后迅速汽化，汽化过程中会剧烈膨胀，促进钻孔(3)周围煤体孔、裂隙结构发育；由于预埋保护花管(2)的保护作用，煤体在受到致裂损伤、孔裂隙发育过程中不会垮塌堵塞钻孔(3)；e、二次瓦斯抽采：注入液态二氧化碳2
‑
3天后，拆除注液态CO2装置(9)，再次将法兰盘(6)与瓦斯抽采...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永良，李浦瑞，王国钦，张轶凡，颜旗，赵小号，申昌，王华振，刘黎明，崔圣杰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：