[发明专利]地面钻井抽采卸压煤层与采空区瓦斯效果评价及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及地面钻井抽采瓦斯技术领域，具体涉及一种地面钻井抽采卸压煤层与采空区瓦斯效果评价及控制方法。

背景技术

地面钻井抽采采动区、采空区卸压瓦斯方法是实现煤与瓦斯资源绿色共采的关键技术措施之一。

地面钻井一井两用抽采卸压煤层和采空区瓦斯技术的目的是：减少本煤层采空区的瓦斯涌出量，进而防止工作面瓦斯超限；降低卸压煤层的瓦斯含量，从而消除卸压煤层的突出危险性。该抽采技术的瓦斯来源包括采空区和卸压煤层，但尚缺乏对目标采空区和目标卸压煤层群不同瓦斯源抽采质量重要参数(如采空区瓦斯抽采浓度、卸压煤层瓦斯抽采量)定量化的监测手段，以适时评价目标区域瓦斯抽采和消突效果，造成对瓦斯抽采效率改进措施方案技术实施的滞后，甚至不合理。特别是，地面钻井抽采可能加剧采空区漏风，采空区瓦斯抽采浓度随抽采时间不断降低，采空区内氧气浓度不断上升，煤自燃风险逐步增加，当采空区浮煤氧化自燃且瓦斯浓度介于爆炸极限(5％～16％)范围内时，采空区存在爆炸危险。因采空区松散体内环境复杂，在地面钻孔底部布设温度和气体浓度等传感器条件受限，如何科学的适时定量化采空区瓦斯抽采的瓦斯浓度、煤自燃指标参数和目标卸压煤层群不同瓦斯源瓦斯消突效果，目前尚缺乏智能的定量化手段，以及适时智能控制技术以提高瓦斯抽采质量，保障瓦斯抽采过程中的安全性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种地面钻井抽采卸压煤层与采空区瓦斯效果评价及控制方法，该方法能有效的提高地面钻井瓦斯抽采效率，同时能保障采空区瓦斯抽采的安全性，可显著缩短瓦斯抽采达标时间。

为解决上述技术问题，本发明提供一种地面钻井抽采卸压煤层与采空区瓦斯效果评价及控制方法，包括竖向地由采空区上部依次穿过第1层卸压煤层、第2层卸压煤层、直至第i层卸压煤层后延伸到地面的钻井，所述钻井的井口通过抽采管路与抽采泵连接，所述抽采管路靠近钻井的井口处设有压力传感器，其后部依次设有流量传感器、瓦斯浓度传感器和阀门，所述压力传感器、流量传感器、瓦斯浓度传感器分别通过信号输入线路和控制终端电连接，所述控制终端通过信号输出线路分别与抽采泵和阀门电连接，还包括以下步骤：

步骤一：控制终端通过流量传感器自动读取瓦斯抽采混合流量、通过瓦斯浓度传感器自动读取瓦斯浓度、通过压力传感器自动读取井口负压；根据钻井参数及煤层地质参数直接获取钻井直径、第1～i层各卸压煤层厚度及其距钻井底部的高度，将这些固有参数直接输入到控制终端；控制终端中建立地面钻井抽采卸压煤层和采空区瓦斯质量计算模型系统，该计算模型是基于气体流动质量守恒和能量守恒原理，由瓦斯-空气混合流质量守恒、瓦斯质量守恒和混合气体流能量守恒联立组成，采用该模型可以求解得出采空区瓦斯抽采浓度与流量，以及第1～i层各卸压煤层的瓦斯抽采流量，并进一步根据采空区瓦斯涌出量和第1～i层各卸压煤层总瓦斯赋存量，得出采空区和第1～i层各卸压煤层的瓦斯抽采率；

步骤二：当采空区瓦斯抽采浓度低于15％时，控制终端逐步调整抽采管路上的阀门的阀口开度及抽采泵的转速，直至采空区瓦斯抽采浓度达到25％或第1层卸压煤层、第2层卸压煤层、直至第i层卸压煤层的瓦斯抽采率降低至所要求达到的阀值时停止调节。

进一步，所述步骤一中，基于气体流动质量守恒和能量守恒原理建立的地面钻井抽采卸压煤层和采空区瓦斯质量的计算模型为：