[发明专利]一种低渗煤层超临界二氧化碳增透系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于煤层增透系统和方法技术领域，特别涉及一种低渗煤层超临界二氧化碳增透系统及方法。

背景技术

随着矿井开采大量向深部延伸，由于煤层受高地应力影响，其渗透率非常低，低渗透煤体可视为一种含气多孔致密的低渗透介质，其煤层的瓦斯压力梯度相对于浅部煤层更大。故而，深部低渗透煤层的高地应力和高瓦斯压力梯度引发的一系列瓦斯灾害事故也在不断增加。

目前，煤矿生产主要通过煤层增透的方法来提高煤层气的产量，增透方法主要包括水力化增透、高能气体致裂以及定向长钻孔法、开采保护层法、加密抽放钻孔法、卸压带抽放法和深孔松动爆破法等。虽然，上述部分方法对提高煤层透气性效果良好，但由于自然条件和开发成本等限制，在许多矿区还很难推广应用。

因此，随着煤层开采进入地层深部，煤层的高地应力、瓦斯的高压力梯度和煤层的低渗透性等特征的愈发显著，现有的煤层增透技术在不同的矿井存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构合理、便于实施和能够确保矿井安全生产的低渗煤层超临界二氧化碳增透系统及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种低渗煤层超临界二氧化碳增透系统，包括平行设置的抽采管和注射管，抽采管和注射管上套设有封孔器；抽采管外端通过抽采管路连接有抽采设备，抽采管与抽采设备之间依次设有抽采截止阀和抽采总截止阀；注射管外端通过注射管路依次连接有注气截止阀、注超临界二氧化碳泵、恒温箱和二氧化碳气罐，恒温箱内设有高压缓冲罐，注射管路上设有两个位于恒温箱前、后方的截止阀，注射管与注气截止阀之间的注射管路上设有四通阀，四通阀上连接有温度传感器和注气压力表。

所述二氧化碳气罐上安装有减压阀；注射管与注气截止阀之间的注射管路上设有气体稳压器。

所述抽采管为两个，其位于注射管两侧，抽采管路上设有分别与抽采管相对应的抽采截止阀。

低渗煤层超临界二氧化碳增透方法，依次包括如下步骤：

a）在矿井巷道内向低渗煤层施工一个增透钻孔和其两侧的两个抽采钻孔，两侧的抽采钻孔处在增透钻孔的影响范围内；

b）布置抽采管：将抽采管一端伸入抽采钻孔内，抽采管外端通过抽采管路与抽采设备相连，在抽采管路上安装抽采截止阀和抽采总截止阀；

c）布置注射管：将注射管一端伸入增透钻孔内，注射管外端通过注射管路依次连接四通阀、注气截止阀、气体稳压器、注超临界二氧化碳泵、截止阀、恒温箱、截止阀和二氧化碳气罐，恒温箱内设置高压缓冲罐，四通阀上连接温度传感器和注气压力表；

d）利用封孔器对增透钻孔和抽采钻孔进行密封；

e）开启和调节恒温箱，由恒温箱提供二氧化碳气体超临界状态所需要的温度，使高压缓冲罐内的二氧化碳温度达到34℃，且保证温度传感器的示数达到32℃以上；

f）在确定恒温箱前后的截止阀和注气截止阀开启、抽采截止阀关闭的情况下，启动注超临界二氧化碳泵，由注超临界二氧化碳泵提供恒温的二氧化碳超临界状态所需要的压力，将超临界二氧化碳气体通过注射管路注入到增透钻孔，并实时监测增透钻孔内的压力；

g）当注气压力表的示数达到压力初始值8MPa 时，启动气体稳压器，继续监测并保证增透钻孔的压力值不低于8MPa；

h）步骤g）持续一定时间，该时间可根据实际增透效果而设定；

i）开启抽采设备和抽采截止阀、抽采总截止阀，开始抽采瓦斯作业。

所述增透钻孔和抽采钻孔的孔径为75-105mm，增透钻孔和抽采钻孔的孔深依据施工方式不同而定。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1、本发明包括平行设置的抽采管和注射管，抽采管和注射管上套设有封孔器；抽采管外端通过抽采管路连接有抽采设备，抽采管与抽采设备之间依次设有抽采截止阀和抽采总截止阀；注射管外端通过注射管路依次连接有注气截止阀、注超临界二氧化碳泵、恒温箱和二氧化碳气罐，恒温箱内设有高压缓冲罐，注射管路上设有两个位于恒温箱前、后方的截止阀，注射管与注气截止阀之间的注射管路上设有四通阀，四通阀上连接有温度传感器和注气压力表，其结构合理，装置简单，便于实施，安全可靠，可大大提高煤层渗透性，提高煤层瓦斯产出效率和抽采效果，可有效地降低煤层的突出危险性。

2、二氧化碳气罐上安装有减压阀，可适时泄压，保证系统安全；注射管与注气截止阀之间的注射管路上设有气体稳压器，可保证系统安全稳定运行，确保煤层渗透质量和煤层瓦斯抽采效果。