【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于瓦斯抽采，特别涉及一种煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统及方法。
技术介绍
1、我国煤层普遍具有瓦斯含量高、渗透率差、埋藏深等特点，致使煤体依靠自然条件进行瓦斯抽采难以实现，且现有煤体开采技术往往导致在采空区产生大量遗煤，造成遗留煤体内富含的瓦斯气体等资源的浪费。针对预开采含瓦斯煤层，为保证煤矿安全，必须采取“先抽后采”的技术方案，先降低煤层内的瓦斯压力和瓦斯含量至安全界线以下再进行开采。目前瓦斯抽采常规手段包括水力压裂技术、流态化开采相关技术等，并在实际应用中也取得了一定的成效。
2、然而，上述方法都还存在着一定的应用限制，例如，水力压裂技术需要借助大量的高压水对煤体进行致裂，现场应用对所在区域水资源的含量具有较高的要求；流态化开采相关技术主要是将煤层温度升高至上千度通过气化方式进行开采，而该方法目前主要出于理论研究及概念性阶段，受热注入量、热量控制、煤层气化速率等因素的影响，现场应用还处于摸索阶段。因此，针对上述存在的问题，需要采取一种新的瓦斯抽采方法，不仅能够提高预开采煤层内部的裂隙贯通程度，而且可充分增加煤炭资源和瓦斯资源的最大化利用。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统及方法，不仅能够提高预开采煤层内部的裂隙贯通程度，而且可充分增加煤炭资源和瓦斯资源的最大化利用。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种煤层化学活化自热驱动的流态化
4、周向设置的若干竖直钻井，其钻取于预开采的煤层；每个竖直钻井侧壁上均开设有若干水平钻孔，于每个水平钻孔内分别布置注液分管，水平钻孔便于煤层内放置注液分管，注液分管上均开设有若干注液孔，注液分管用于将氧化液或水通过注液孔排入至煤层内，注液分管共同与注液总管道连接，氧化液或水经由注液总管道进入至注液分管内，注液总管道安装于每个竖直钻井内，注液总管道的自由端连接供氧化液组件，供氧化液组件用于提供氧化液；
5、供氧化液组件的氧化液由化学活化a液和化学活化b液组成；化学活化a液与化学活化b液混合后，会与煤基质中的多环芳烃发生氧化反应，从而降低煤的抗氧化性，使其活性增强，快速达到临界温度，煤层温度升高，裂隙增加，促进吸附在煤层孔隙中的瓦斯解析；
6、若干水平钻井，其分别钻取于每个竖直钻井终端，于水平钻井内预留炸药，在水平钻井完成后预留炸药，并将导火索引出钻井，在地面用起爆器引爆；竖直钻井27、水平钻井3的半径均为200～250mm，于每个竖直钻井内均布置大尺寸管，大尺寸管5的半径为100-150mm，于每个水平钻井内均布置小尺寸管，小尺寸管共同与大尺寸管连接，大尺寸管的自由端连接供气组件，供气组件用于提供空气，使得在空气挤压下将瓦斯经由煤层排出，大尺寸管和小尺寸管均用于流通空气；
7、瓦斯抽采钻井和监测钻井，瓦斯抽采钻井21的半径为150～200mm，监测钻井17的半径为50～100mm，瓦斯抽采钻井用于抽采瓦斯，监测钻井用于检测煤层内气体组成和温度，便于根据煤层内情况进行及时调控，二者分别钻取于竖直钻井的中央，监测钻井靠近瓦斯抽采钻井；监测钻井内设置有温度传感器和气体探测器。
8、优选的，化学活化a液为由作为化学活化剂的40g/l的过硫酸钠溶液、作为螯合剂的50g/l的柠檬酸溶液和作为表面活性剂的体积分数为1‰～1％的十二烷基硫酸钠溶液组成；化学活化b液为10g/l的硫酸亚铁溶液。
9、优选的，供氧化液组件由注液泵和混合罐组成，注液总管道与混合罐贯通连接，混合罐上还分别贯通连接有化学活化b液贮存罐和化学活化a液贮存罐，混合罐用于化学活化a液和化学活化b液的混合，且注液泵可拆卸连接于注液总管道上；
10、注液泵还能够与水源可拆卸连接，当对煤层进行降温时，采用注液泵与水源连接，当对煤层通过氧化液进行氧化时，采用注液泵与混合罐连接。
11、优选的，供气组件为由空气压缩泵和空气加热罐组成，大尺寸管通过注气管路连接空气加热罐，空气压缩泵安装于注气管路上，空气加热罐用于储存带温空气或者用于对室温空气进行加热，在空气压缩泵的作用下将带温空气经由空气加热罐排入至大尺寸管内。
12、优选的，瓦斯抽采钻井内设置有瓦斯抽采管，瓦斯抽采管上设置有瓦斯抽采泵，在瓦斯抽采泵的作用下，瓦斯经由瓦斯抽采管被采出，瓦斯抽采钻井底端高于水平钻井2～3m，方便将水平钻井上方氧化致裂煤层里的瓦斯抽出来，且此位置位于煤层中部，对瓦斯抽采的比较完全；监测钻井距离瓦斯抽采钻井5～10m；监测钻井底部没入煤层1～2m。
13、优选的，水平钻井靠近煤层底部，水平钻孔距离煤层顶部0.3～0.8m，水平钻孔的长度30-80m，具体根据煤层倾向长度而定，更佳的水平钻井与水平钻井平行。
14、优选的，小尺寸管与大尺寸管之间设置有第一四向分流阀门，注液分管与注液总管道之间设置有第二四向分流阀门，通过调控第一四向分流阀门以及第二四向分流阀门方便对氧化液、水、空气的注入量进行及时调控。
15、本专利技术还保护了上述煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统的抽采方法，包括如下步骤：
16、启动瓦斯抽采泵后，利用炸药爆破的方式使得水平钻井上方的煤层产生大量裂隙，此时方便氧化液注入至裂隙内，增大氧化液与煤层的接触面积，提升氧化液对煤层的氧化作用；
17、开启注液泵，使得加热带温的氧化液进入注液分管，并在重力作用下沿注液孔进入煤层裂隙并布满整个煤层；
18、其中，加热带温的氧化液温度大于煤的临界点温度，氧化液的加热温度为60～70℃，煤会在零界点温度后发生缓慢氧化反应，提前加热到零界点温度可以加速氧化，此时化学活化a液与化学活化b液的流量之比为1:1，氧化反应伴随着放热，此时煤层内温度上升，待温度传感器监测到煤层温度达到60℃，调整化学活化a液与化学活化b液的流量比至2:1，防止过多fe2+产生继而抑制硫酸根自由基的生成，影响活化速率；
19、当煤层温度达到70℃，并开始快速升温时，停止注氧化液，此时煤进入自热期，自身放热并快速升温，就不需要氧化液进行氧化，煤会自热氧化，氧化液的作用是于准备阶段加速煤的能级跃迁；
20、启动空气压缩泵，将加热到零界点温度的干空气经由大尺寸管排入至小尺寸管，并注入水平钻井内，干空气的零界点温度为60-70℃，煤会在零界点温度后发生缓慢氧化反应，提前加热到零界点温度的空气可以加速氧化；当温度传感器监测到煤层温度达到150～160℃时，改为通新鲜干空气，此时煤开始快速氧化升温，不需要带温空气供给热量，可以节约能源；空气穿过煤层沿瓦斯抽采钻井被抽出，热量在煤体内堆积，温度不断上升；
21、煤体的氧化生热使得煤层温度不断升高，进一步促进化学活化液与煤基质反应，但其温度不能超过煤的着火点，利用温度传感器持续监测含有氧化液的化学活化区域煤体温度，当温度达到280℃，判断煤层氧化完全本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在于，所述化学活化A液为由过硫酸钠、柠檬酸、十二烷基硫酸钠和水组成，过硫酸钠溶液为40g/L、柠檬酸溶液为50g/L、十二烷基硫酸钠溶液的体积分数为1‰～1％；所述化学活化B液为10g/L的硫酸亚铁水溶液。
3.根据权利要求2所述的煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在于，所述供氧化液组件由注液泵(10)和混合罐(26)组成，所述注液总管道(4)与所述混合罐(26)贯通连接，所述混合罐(26)用于化学活化A液与化学活化B液的混合，且所述注液泵(10)可拆卸连接于所述注液总管道(4)上；
4.根据权利要求3所述的煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在于，所述供气组件为由空气压缩泵(8)和空气加热罐(7)组成，所述大尺寸管(5)通过注气管路(9)连接所述空气加热罐(7)，所述空气压缩泵(8)安装于所述注气管路(9)上。
5.根据权利要求4所述的煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在
6.根据权利要求5所述的煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在于，所述水平钻井(3)靠近所述煤层(2)底部，所述水平钻孔(25)距离所述煤层(2)顶部0.3～0.8m，所述水平钻井(3)与所述水平钻井(3)平行。
7.根据权利要求6所述的煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在于，所述小尺寸管(29)与所述大尺寸管(5)之间设置有第一四向分流阀门(14)，注液分管(30)与注液总管道(4)之间设置有第二四向分流阀门(28)。
8.一种利用权利要求7所述的煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统的抽采方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种煤层化学活化自热驱动的流态化抽采方法，其特征在于，所述温度传感器(18)的最高耐温值为1800℃，且有效工作温度范围在0～1200℃之间。
10.根据权利要求8所述的一种煤层化学活化自热驱动的流态化抽采方法，其特征在于，当所述温度传感器(18)监测到所述煤层(2)温度达到280-290℃时，采用所述注液泵(10)与水源连接，对煤层(2)进行注水降温，并降温至室温。
...【技术特征摘要】
1.一种煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在于，所述化学活化a液为由过硫酸钠、柠檬酸、十二烷基硫酸钠和水组成，过硫酸钠溶液为40g/l、柠檬酸溶液为50g/l、十二烷基硫酸钠溶液的体积分数为1‰～1％；所述化学活化b液为10g/l的硫酸亚铁水溶液。
3.根据权利要求2所述的煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在于，所述供氧化液组件由注液泵(10)和混合罐(26)组成，所述注液总管道(4)与所述混合罐(26)贯通连接，所述混合罐(26)用于化学活化a液与化学活化b液的混合，且所述注液泵(10)可拆卸连接于所述注液总管道(4)上；
4.根据权利要求3所述的煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在于，所述供气组件为由空气压缩泵(8)和空气加热罐(7)组成，所述大尺寸管(5)通过注气管路(9)连接所述空气加热罐(7)，所述空气压缩泵(8)安装于所述注气管路(9)上。
5.根据权利要求4所述的煤层化学活化自热驱动的流态化抽采系统，其特征在于，所述瓦斯抽采钻井(21)内设置有瓦斯抽采管(20)，所述瓦斯抽采管(20)上设置有瓦斯抽采泵(23)，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：辛海会，白广余，吴津峰，李剑锋，许洪亮，刘荣军，刘金虎，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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