CN109869125A - 一种液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤层中瓦斯抽采技术领域，提供了一种液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法，包括钻孔、第一次压裂、排水、第二次压裂、第三次压裂和抽采瓦斯。本发明通过采用复合增透的方法，对煤层内的抽采钻孔分别进行第一次压裂、第二次压裂和第三次压裂，实现抽采钻孔内形成的裂隙不断扩增，增透效果好，便于后续的瓦斯抽采作业。

Description

一种液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法

技术领域

本发明涉及煤层中瓦斯抽采技术领域，具体地说，涉及一种用于煤层中瓦斯的增透抽采的方法，特别适用于高瓦斯低渗透性煤层中瓦斯的强化抽采。

背景技术

我国煤矿多为高瓦斯低透气性矿井，在煤矿开采过程中，瓦斯突出与瓦斯***事故时有发生，造成严重的人身伤亡和财产损失等后果。因此，随着社会的进步和对能源需求的增加，如何有效解决低透气性煤层的瓦斯抽采问题，对煤矿安全生产具有十分重要的意义。国内外煤炭科研人员针对上述问题进行了广泛的研究，创造了多项增透技术措施，主要包括深孔松动***和深孔控制***、水力冲孔、水力割缝、加沙致裂预抽、液态二氧化碳相变致裂等。这些技术存在如下缺陷：

一、深孔松动***技术具有影响半径小，持续时间短等缺点。

二、水力冲孔技术和水力割缝技术：以水为介质，需大量的水资源，而且产生大量的水、煤渣、岩石等混合物，影响巷道的环境，工人生产条件恶劣。

三、加沙致裂技术：以水、沙为介质，存在同样的缺点。

四、深孔预裂***，液态二氧化碳相变致裂也是一种煤层瓦斯增透的方法，现在在煤矿生产中采用也比较多，是一种大家熟知的技术，其不足之处是，***的范围小，而且只是使完整的煤层构造出一些裂隙，让瓦斯气体有了一些通道，在其自身的压力下流动，在人为的抽采。

同时，现有煤层瓦斯抽采技术均是通过增加瓦斯通道的数量，让其自身通过扩散来达到抽采瓦斯的目的。

发明内容

针对现有技术中上述的不足，本发明的目的在于提供一种液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法，采用该方法,能够实现将抽采钻孔内的裂隙不断扩大的目的，增透效果好，便于后续的瓦斯抽采作业。

为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：

一种液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法，包括以下步骤：

S1.钻孔：在预定的煤层钻出抽采钻孔；

S2.第一次压裂：连接水力压裂管路，利用水力压裂管路向所述抽采钻孔内输送水使所述抽采钻孔内形成裂隙；

S3.排水：撤离所述水力压裂管路并排出所述抽采钻孔内的水，所述裂隙内的水残留在所述裂隙中；

S4.第二次压裂：连接液氮输送管路，利用所述液氮输送管路向所述抽采钻孔内输送液氮使所述裂隙内的水凝结成冰，通过水凝结成冰时体积膨胀10％，使所述裂隙发育形成新的裂隙；

S5.第三次压裂：当所述抽采钻孔内的状态达到平衡时停止液氮输送，同时撤离所述液氮输送管路，所述抽采钻孔内的温度升高，液氮气化为氮气，体积膨胀600～700倍，使得所述新的裂隙再次发育，最终形成瓦斯通道；

S6.抽采瓦斯：连接瓦斯抽采管路，利用所述瓦斯抽采管路抽采瓦斯。

进一步地，步骤S1中还包括封堵所述抽采钻孔的进口，具体步骤为：

S11.在所述抽采钻孔的进口处***注浆封孔管，向所述注浆封孔管内注入注浆封孔材料，并预留供水力压裂管路、液氮输送管路和瓦斯抽采管路通过的通道。

S12.待所述抽采钻孔的进口封堵完成后撤离所述注浆封孔管。

进一步地，所述水力压裂管路包括清水输水管和矿用清水泵，所述矿用清水泵用于向所述抽采钻孔内供水。

进一步地，所述液氮输送管路包括低温液体泵、液氮槽车和液氮输送管，所述低温液体泵的输入端与液氮槽车连接，所述低温液体泵的输出端与液氮输送管连接。

进一步地，所述矿用清水泵的出口压力≤31.5Mpa，流量为500L/min。

进一步地，所述低温液体泵的出口压力为5Mpa，流量为100-450L/h。

本发明的有益效果是：

本发明通过采用复合增透的方法，对煤层内的抽采钻孔分别进行第一次压裂、第二次压裂和第三次压裂，实现抽采钻孔内形成的裂隙不断扩增，增透效果好，便于后续的瓦斯抽采作业。

附图说明

图1为本发明第一次压裂时水力压裂管路的结构示意图；

图2为本发明第二次压裂时液氮输送管路的结构示意图；

图3为本发明抽采瓦斯时抽采管路的结构示意图；

附图中：1-煤层，2-抽采钻孔，3-清水输送管，4-矿用清水泵，5-低温液体泵，6-液氮槽车，7-液氮输送管，8-注浆封孔管，9-注浆封孔材料，10-瓦斯抽采管路，11-通道，12-阀门。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的一种液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法进行具体说明。

一种液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法，

包括以下步骤：

S1.钻孔：参照图1，首先在预定的煤层1中采用常规的钻孔方法钻出抽采钻孔2，其中抽采钻孔2的孔径和深度根据实际煤层1的情况来确定；

S2.第一次压裂：在钻好抽采钻孔2后，连接水力压裂管路，其中水力压裂管路包括清水输送管3和矿用清水泵4，将清水输送管3一端连接矿用清水泵4的输出端，将清水输送管3另一端***至抽采钻孔2内部，实际的***深度根据抽采钻孔2的实际深度来确定，随后调节矿用清水泵4的出口压力和流量，其中出口压力≤31.5Mpa、流量为500L/min，启动矿用清水泵4向清水输送管3供水，利用水力压裂管路向抽采钻孔2内输送水，当抽采钻孔2内的水压达到平衡时停止输送，此时抽采钻孔2内经过第一次水力压裂形成了裂隙；

S3.排水：当抽采钻孔2内形成裂隙后，撤离水力压裂管路并排出抽采钻孔2内的水，在裂隙形成的过程中，裂隙中也存在有水，在排水时将抽采钻孔2形成的裂隙内的水残留在裂隙中，为下一次的压裂做准备。

S4.第二次压裂：在完成排水工作后，连接液氮输送管路，其中液氮输送管路包括低温液体泵5、液氮槽车6和液氮输送管7，低温液体泵5的输入端与液氮槽车6连接，低温液体泵5的输出端与液氮输送管7连接，液氮槽车6作为氮源提供液氮，移动灵活使用方便，调节低温液体泵5的出口压力和流量，其中出口压力为5Mpa、流量为100～450L/h，启动低温液体泵5，液氮槽车6内的液氮依次经过低温液体泵5和液氮输送管7后进入抽采钻孔2内，利用液氮输送管路向抽采钻孔内输送液氮，由于液氮常压下温度为-196℃，在5Mpa的压力状态下输入抽采钻孔2内，此时抽采钻孔2形成的裂隙内的水由于液氮的作用在低温状态下凝结成冰，且水自身的体积膨胀10％，使得抽采钻孔2内的裂隙发育(即扩增)形成新的裂隙。

S5.第三次压裂：当抽采钻孔2内的状态达到平衡时(即输送液氮输送不进去为止)，停止液氮输送，同时撤离液氮输送管路，随着抽采钻孔2内的温度升高，冰液化为水，同时液氮发生相变，由液氮汽化为氮气，液氮在汽化过程中自身体积膨胀600～700倍，使得抽采钻孔2内的裂隙三次发育(即再次扩增)，最终形成瓦斯通道。

S6.抽采瓦斯：在形成瓦斯通道的基础上，连接瓦斯抽采管路10，利用瓦斯抽采管路10抽采煤层1内的瓦斯。

其中，步骤S1中还包括封堵抽采钻孔2的进口，具体步骤为：

S11.可参照图1，在抽采钻孔2的进口处***注浆封孔管8，向注浆封孔管8内注入注浆封孔材料9，并预留供水力压裂管路、液氮输送管路和瓦斯抽采管路通过的通道11，其中通道11为管道，在管道的末端设置有阀门12，在实际操作时，清水输送管3和液氮输送管7通过通道11***抽采钻孔2内，而抽采管路10可直接与通道11连通，便于抽采瓦斯；同时设置阀门12能够防止输送水和液氮时水和液氮从通道11流出，提高通道11的密闭性。

S12.待抽采钻孔2的进口封堵完成后撤离注浆封孔管8。

综上，本发明通过采用复合增透的方法，对煤层1内的抽采钻孔2分别进行第一次压裂、第二次压裂和第三次压裂，实现抽采钻孔2内形成的裂隙不断扩增，增透效果好，便于后续的瓦斯抽采作业。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法，其特征是，包括以下步骤：

S1.钻孔：在预定的煤层钻出抽采钻孔；

S2.第一次压裂：连接水力压裂管路，利用水力压裂管路向所述抽采钻孔内输送水使所述抽采钻孔内形成裂隙；

S3.排水：撤离所述水力压裂管路并排出所述抽采钻孔内的水，所述裂隙内的水残留在所述裂隙中；

S4.第二次压裂：连接液氮输送管路，利用所述液氮输送管路向所述抽采钻孔内输送液氮使所述裂隙内的水凝结成冰，通过水凝结成冰时体积膨胀10％，使所述裂隙发育形成新的裂隙；

S5.第三次压裂：当所述抽采钻孔内的状态达到平衡时停止液氮输送，同时撤离所述液氮输送管路，所述抽采钻孔内的温度升高，液氮气化为氮气，体积膨胀600～700倍，使得所述新的裂隙再次发育，最终形成瓦斯通道；

S6.抽采瓦斯：连接瓦斯抽采管路，利用所述瓦斯抽采管路抽采瓦斯。

2.根据权利要求1所述的液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法，其特征是：所述步骤S1中还包括封堵所述抽采钻孔的进口，具体步骤为：

S11.在所述抽采钻孔的进口处***注浆封孔管，向所述注浆封孔管内注入注浆封孔材料，并预留供水力压裂管路、液氮输送管路和瓦斯抽采管路通过的通道；

S12.待所述抽采钻孔的进口封堵完成后撤离所述注浆封孔管。

3.根据权利要求1所述的液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法，其特征是：所述水力压裂管路包括清水输水管和矿用清水泵，所述矿用清水泵用于向所述抽采钻孔内供水。

4.根据权利要求1所述的液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法，其特征是：所述液氮输送管路包括低温液体泵、液氮槽车和液氮输送管，所述低温液体泵的输入端与液氮槽车连接，所述低温液体泵的输出端与液氮输送管连接。

5.根据权利要求3所述的液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法，其特征是：所述矿用清水泵的出口压力≤31.5Mpa，流量为500L/min。

6.根据权利要求4所述的液态氮气与水压预裂复合增透用于煤层瓦斯抽采的方法，其特征是：所述低温液体泵的出口压力为5Mpa，流量为100-450L/h。