[发明专利]煤矿瓦斯憋压抽采方法及系统

说明书

本发明提供的一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，方法：获取煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；计算瓦斯压力、浓度、干扰波动距离随时间的变化规律；确定钻孔布孔方式和工艺；进行煤矿巷道内水平钻孔；确定关井“憋压”的时间和压力值，进行憋压和试井；根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，模拟计算确定最优化的排采工作制度；结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；煤层压力落零后，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的负压抽采。本发明具有可操作性、实用性和可实现性强的优点，并有理论和工程实例做为支撑，对煤矿瓦斯抽采具有重大现实意义。

技术领域

本发明涉及瓦斯开采领域，尤其涉及常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，为了区别于其它方法将其命名为“憋压抽采”。

背景技术

为了保障煤矿生产安全，需将煤层中的瓦斯排放出来，而瓦斯被称为煤矿第一杀手，又是极为难得的清洁能源，排空的温室效应是二氧化碳的21倍，因此煤矿一直在致力于瓦斯的治理和利用。目前，煤矿瓦斯治理主要采用井下抽放方式，主要有2种方法：

方法一：常压钻孔负压抽放

这种方法首先在煤层的煤壁上水平钻孔，其钻孔时采用常压钻孔，抽采时采用负压抽排。但由于抽排的瓦斯浓度较低，无法利用，直接排放在大气中或低浓度瓦斯发电。这种抽排方式存在二类严重危害，一是钻孔过程中，在某个深度开始把接近原始地层压力的几兆帕压力迅速释放到大气常压，导致出现损害瓦斯通道的压实效应。压实效应：瓦斯抽采打孔时，孔内压力基本与大气压力相同，孔壁附近的游离态瓦斯的初始压力基本与地层压力相同，游离态瓦斯将快速向钻孔内运移；当压力低于临界解析压力时，吸附瓦斯也急速解析成游离瓦斯排出，短时间内孔壁附近压力消失，在地层压力作用下煤体缝隙被压实，通道减少，渗透率大幅度下降；二是抽采初始，孔中的正压直接转换为无节制措施的负压流体，初速过大易造成速敏效应。速敏效应：是指因流体流动速度变化引起储层岩石中微粒运移、堵塞喉道，导致岩石渗透率下降的现象。流速的改变引起微粒运移而造成的地层伤害是不可恢复的。以上两个环节和钻水平孔形成的围岩松动圈，使煤粉增加，通道减小，渗透率大幅度降低，瓦斯抽采量快速衰减。降压漏斗得不到充分的扩展，只有孔壁附近很小范围内的煤层得到了有效降压使少部分瓦斯解析。从而影响抽采中的瓦斯浓度和采收率。同时这种方法需要在煤矿井下密集布井，严重增加煤矿成本。因此，这种技术的缺陷是：在钻孔过程和排采方式均由于压实效应和速敏效应，使得瓦斯抽排气量小，从而影响抽采中的瓦斯浓度和采收率。

方法二：带压式钻孔正压排采

这种方法首先在煤层的煤壁上水平钻孔，其钻孔时采用正压钻孔，排采时采用正压抽排。但由于这种方法过于理想化、煤矿现场实现不了，存在明显的缺陷是：一方面，理论上不支持(1) 根据瓦斯解析压力和原始煤层压力，设定正压排采压力不能实现，设定正压排采压力是个系统工程，必须依据地质资料、瓦斯参数和关井试井获得的压力数据，进行模拟分析、计算，才能确定最优化的排采工作制度；(2)根据带压钻孔压力及正压排采压力不能获取所述排采区煤层的干扰波动距离，这需要试井和生产拟合等综合分析才能获得。另一方面煤矿现场工作条件不支持(1) 将目前煤矿井下常压式钻孔设备更换为带压式钻孔设备，投资巨大，不具备经济性；(2)煤矿井下布置钻机的巷道普遍较窄，常压钻孔钻机所占产地勉强够用，若改为带压钻孔，带压设备增加设备长度至少5米，这就需要将煤矿井下巷道加宽5米，如此加宽煤矿井下巷道代价巨大，没有可操作性，不能实现。(3)带压式钻孔设备在地面石油钻井中已有应用，但推广普及难度很大，既有理论原因也有现场实际问题，用于煤矿井下的带压式钻孔设备仍停留在纸面上。因此带压式钻孔设备应用于煤矿井下钻井几乎没有可能性。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，为了区别于其它方法将其命名为“憋压抽采”，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：获取抽采区煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；