[发明专利]瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统及工作方法

说明书

本发明公开了一种瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统及工作方法，适用于废弃煤矿或无法开采煤层使用。通过将瓦斯发电厂处理后的高温尾气注入到已经经过水力压裂的煤层中，加热煤体促进瓦斯解析，煤体受热后内部产生新的孔裂隙为瓦斯流动提供通道，由于CO₂对煤体的吸附大于瓦斯对煤体的吸附，尾气中的CO₂进入煤层后对瓦斯进行置换，进一步加速瓦斯释放，实现整个系统的闭环运行。其步骤简单，尾气注入煤层无需人工介入，安全可靠，使用的尾气温度高压力强且无需另外热源，同时高温高压的尾气还能大大的增加煤层至裂以及瓦斯产出的效率，针对废弃矿和无法开采的煤层均具有很好的利用效果。

技术领域

本发明涉及一种瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统及工作方法，尤其适用于地下废弃煤矿以及因三下问题无法开采煤层使用。

背景技术

近年来，国家对碳排放越来越重视。如何在不影响社会发展的条件下，经济有效减少碳排放，是问题的关键。加之现由于我国煤矿开采逐步进入深部开采阶段，地应力高、瓦斯抽采困难等问题尤为突出，解决这一问题的关键就在于瓦斯抽采。目前，常采用的瓦斯抽采方法主要有：水力压裂、深孔爆破、水力割缝、保护层开采，但是这些技术应用起来存在一些缺陷，例如：水力压裂容易造成水锁现象，堵塞瓦斯运移的通道；深孔爆破送药困难；水力割缝在软煤层应用效果较差，而且因排渣问题，不适用于向下打的钻孔；保护层开采不适应在单一煤层开采。因此，开发应用范围更广的煤层增透方法以解决低透气煤层瓦斯抽采困难的问题尤为重要，本技术的提出，对于不开采的煤层，不仅抽采瓦斯获得了一种清洁能源，还为二氧化碳的封存提供了一个创新的举措，实现双重效益；对于开采煤层，不仅获得了清洁能源，还降低了煤矿井下煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸的风险。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统及工作方法，其能够有效将瓦斯发电厂的尾气充分利用，将尾气注入到煤层中，加速瓦斯解析，并利用煤体对CO₂的吸附大于甲烷的特点，将甲烷置换出来，并在热应力的作用下，在煤体中形成网络裂隙，实现甲烷的开采和CO₂的封存，或者实现消除煤层瓦斯突出危险和甲烷开采。

为解决上述技术问题，本发明一种瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统，包括相互连接的瓦斯利用系统、瓦斯发电厂尾气注入系统以及瓦斯抽采系统，其中瓦斯抽采系统将地下的瓦斯气体抽采出来空后输送到瓦斯利用系统中进行发电，发电后的尾气通过瓦斯发电厂尾气注入系统将发电后产生的高温尾气注入到经过水力压裂的煤层中加热煤体促进瓦斯解析，煤体受热后在热应力的作用下，内部产生新的孔裂隙为瓦斯流动提供通道；此外尾气中的CO₂进入煤层后对煤层中的瓦斯进行置换，进一步加速瓦斯释放；

所述瓦斯利用系统包括设置在地表的发电厂和尾气处理系统；

所述瓦斯发电厂尾气注入系统包括保温烟气管路、增压泵、地面注气井和井壁套管，地面注气井和井壁套管与增压泵密封连接；

所述瓦斯抽采系统包括抽采井、地面抽采站和瓦斯管路；

其中瓦斯管路钻入煤层中，瓦斯管路位于地表出设有抽采井，抽采井上设有抽采用地面抽采站，抽采井通过瓦斯管路与发电厂连接，发电厂排放的尾气与尾气处理系统连接，尾气处理系统通过烟气管路与钻注入煤层的地面注汽井连接，其中套管穿过岩层直至地下煤层，地下煤层区域处的套管侧壁上设有多个开孔；

瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统的工作方法，步骤为：

在开采过的矿井或者废弃矿井区域地面设置燃烧瓦斯的发电厂，在选定的位置布置抽采井和地面注气井，抽采井和地面注气井之间距离在2000米范围内，在抽采井处布置地面抽采站，在地面注气井中下入套管；

利用瓦斯管路将抽采井与发电厂的燃气入口密封连接，利用烟气管路将地面注气井与发电厂匹配的尾气处理系统的尾气排出口密封连接，并在烟气管路上设置增压泵；