[发明专利]一种高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法

说明书

一种高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法，适用于低渗透性、低温强氧化性、高瓦斯含量煤层或封闭采空区遗留煤层使用。从地面向目标煤层或封闭采空区遗留煤层钻取水平钻井和瓦斯抽采钻井，利用爆破方式使得水平钻井周围产生大量的裂隙，竖井封孔，将适当流速的空气注入水平钻井内，当目标煤层或遗留煤层与少量空气接触一定时间后，使用击火器使煤层发生阴燃，升高的温度可诱发大量多尺度孔裂隙间的贯通，促进煤层中的吸附瓦斯解吸，同时，阴燃产生的CO₂气体可有效驱替煤基质内吸附态瓦斯，使其沿着裂隙网络发生渗流扩散，最终经由瓦斯抽采钻井进行负压抽采。该方法可行性高，操作简单，能够最大限度地实现煤炭资源高效利用。

技术领域

本发明涉及一种高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法，尤其适用于低渗透性、低温强氧化性、高瓦斯含量煤层或封闭采空区遗留煤层使用的高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法。

背景技术

随着开采深度的不断增加，高地应力使得高强度煤层普遍具有变质程度高、结构致密且孔隙度低、渗透性差等特性，且由于开采技术的限制，许多封闭采空区通常存在大量的遗留煤层。相应地，待开采煤层需要满足先瓦斯抽采后采煤的施工顺序，另一方面遗留煤层内含有大量的瓦斯气体，为提高这两类煤层区域内的瓦斯抽采与利用效率，目前主要水力压裂技术、注热技术(微波、注热气等形式)等增透方式。

然而，常规煤层增透方式存在着一定的缺陷性，例如，水力压裂技术需要提供较大体积量的水资源，增加了缺水地区的用水压力，对于水敏性较强的煤层，大量的压力水注入煤层后会导致煤层内孔裂隙结构发生水锁反应，堵塞CH₄气体流动通道，大大降低了CH₄抽采效率；注热技术需要借助大量的水蒸气、微波辐射等加热方法使煤层内的温度升高，从而产生许多不同尺度的孔裂隙结构，促进吸附态瓦斯解吸成为游离态，沿着孔裂隙结构发生渗流扩散，但是也存在一定的应用限制，例如，提高煤体温度使其达到破碎的温度时所需的水蒸气或电能消耗量极大，对现场应用缺乏一定的可行性；其次，较高的温度容易引发煤体自燃或瓦斯爆炸，具有较差的灾变可控性。因此，针对上述存在的技术问题和应用限制，亟需一种新型的瓦斯抽采方法，不仅能够高效率提高瓦斯抽采效率，而且能够保证增加资源的高效低碳应用，减少遗留煤炭资源和CH₄气体的浪费。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有技术所存在的不足之处，提供一种操作简便、成本低、效果较好的高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法。

技术方案：本发明的高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法，使用多功能组配装置，多功能组配装置内分别固定有温度传感器、气体探测器、击火器头和压力传感器，多功能组配装置设置在铜管的头部，铜管内设有温度传感器线、气体探测器线、击火器线和压力传感器线，铜管尾部设有温度监测装置、多组分气体监测装置及压力监测装置，铜管内其他空间提供空气流动空间，铜管的空气流动空间通过三向阀通过空气注入管与气体压缩泵和多组分气体混合槽车进行连接；

其特征在于步骤如下：

a首先利用钻机穿过地层向目标煤层或采空区遗留煤层钻取竖向钻井，并利用转向钻头在竖向钻井的钻孔底部沿煤层走向钻取水平钻井，并在竖向钻井旁平行设置瓦斯抽采钻井，并确保瓦斯抽采钻井底端位于水平钻井上侧方向，使用液态CO₂相变致裂技术对水平钻井进行聚能爆破，使水平钻井井壁产生大量的裂隙；

b将铜管沿竖向钻井给入到水平钻井内三分之二设计长度位置，将瓦斯抽采管插入瓦斯抽采钻井内，利用带有高精计数单向阀门的封孔器分别对竖向钻井和瓦斯抽采钻井进行常规密封；

c启动气体压缩泵，将多组分气体混合槽车中的空气以特定流速和流量沿铜管持续注入水平钻井内，利用气体探测器持续读取水平钻井内氧气浓度，待水平钻井内氧气浓度大于20％时，启动击火器头产生火花，使得水平钻井内的破碎煤体发生阴燃；