[发明专利]一种利用抽采的瓦斯致裂煤体并驱替瓦斯的方法与系统

说明书

一种利用抽采的瓦斯致裂煤体并驱替瓦斯的方法与系统，方法部分利用孔群协作，将孔群抽采的瓦斯进行增压，在抽采初期直接注入高浓度瓦斯，抽采后期将提浓后的高浓度瓦斯注入钻孔，并与瓦斯抽采相结合，实现钻孔周围煤体的气体致裂、正负压交变应力疲劳致裂，以及进行瓦斯驱替；系统采用除杂装置、旁通管、提浓管、离心泵、气体增压泵、注气管、瓦斯抽采支管相结合的方式，经增压管上的离心泵和气体增压泵的作用，实现整个抽采周期浓度高于30％的瓦斯直接注入钻孔，通过钻孔变换与瓦斯抽采相结合，实现高浓度瓦斯高压致裂煤体、正负压交变应力疲劳致裂煤体以及瓦斯驱替，本发明能够显著提高瓦斯抽采效率与瓦斯抽采浓度。

技术领域

本发明涉及一种煤层瓦斯增产的方法，具体是一种利用抽采的瓦斯致裂煤体并驱替瓦斯的方法与系统，属于瓦斯抽采技术领域。

背景技术

我国煤层的构造复杂，渗透率普遍较低，许多高瓦斯煤层均属于低透气性煤层。同时随着煤矿开采深度的逐步加大，应力的增高，进一步降低了煤层的透气性，在透气性差的矿井进行未卸压煤层瓦斯预抽效果往往都不理想。

目前，我国煤矿瓦斯高效抽采的技术措施有水力化致裂增产措施和注气驱替增产措施，采用水力化致裂增产措施，煤体被水浸泡后易泥化，堵塞瓦斯流动通道，受水表面张力限制，增透范围有限；采用水力化增透措施时，煤体起裂压力要求25MPa，在高压水作用下极易诱导煤与瓦斯突出，给煤矿高效生产带来严重的安全隐患。注气驱替增产措施主要向煤层中注入氮气、二氧化碳、空气等对煤层瓦斯进行驱替抽采，这些方法虽然瓦斯抽采率和抽采效率有极大的提高，但是稀释了后期抽采的瓦斯浓度，导致瓦斯利用率下降，甚者无法应用。因此，如何在提高瓦斯抽采效率的同时不影响瓦斯的利用成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用抽采的瓦斯致裂煤体并驱替瓦斯的方法与系统，无需外接气源，工艺简单，操作方便，成本低，集成气体压裂、交变应力疲劳致裂与瓦斯驱替，解决高浓度瓦斯抽采周期短的难题，实现煤体的气体压裂和和交变应力致裂、瓦斯驱替，显著提高瓦斯抽采效率与瓦斯抽采浓度。

为了实现上述目的，本发明提供一种利用抽采的瓦斯致裂煤体并驱替瓦斯的方法，包括如下步骤：

①根据煤层倾角施工用于瓦斯抽采的若干个钻孔，若干个钻孔施工结束后，采用高压注水泥浆法对瓦斯抽采钻孔进行密封；

②每五个钻孔为一组，第一钻孔、第二钻孔、第三钻孔、第四钻孔、第五钻孔接入瓦斯汇集管，其中第二钻孔至第五钻孔封孔管上的控制阀打开，将第一钻孔的注气接头与注气管相连；

③依次打开第五控制阀、第四控制阀、第三控制阀和第一控制阀，此时为瓦斯抽采初期，瓦斯浓度接近100％，第二瓦斯浓度测量仪将瓦斯浓度信号传递给控制器，当控制器接收到的第二瓦斯浓度测量仪的瓦斯浓度高于30％时，控制器通过数据线传递信号打开第一智能球阀，延迟30s后，控制器通过数据线传递信号依次打开气体增压泵和离心泵；第二钻孔、第三钻孔、第四钻孔、第五钻孔的瓦斯在离心泵的抽采负压作用下，经过除杂装置除去瓦斯携带的水和煤粉等杂质，经过旁通管、增压管、注气管、注气接头后由封孔管注入第一钻孔内，第一钻孔附近煤体受到来自注气压力与第二钻孔的抽采负压方向相同，都是向外扩散，形成合力致裂煤体，也能驱替煤体的瓦斯，注气时间为3-5h；

④拆除与第一钻孔的封孔管连通的注气管，并将第一钻孔的封孔管与瓦斯汇集管相连，然后将第二钻孔与瓦斯汇集管分离，第二钻孔的封孔管通过其上的注气接头与注气管连通，重复步骤③，直至完成第一钻孔至第五钻孔的注气致裂煤体与驱替瓦斯工作；

⑤将第一钻孔至第五钻孔均连接至瓦斯汇集管，通过控制器打开第四智能球阀，进行瓦斯抽采，瓦斯时间为4-6d；

⑥将步骤②、③、④、⑤重复5-7次，在此过程中，第一钻孔至第五钻孔周围煤体经历了瓦斯正压致裂、正负压变换的瓦斯动力疲劳致裂与瓦斯驱替，确保了煤层瓦斯高效高浓度抽采，然后通过控制器打开第四智能球阀，进行正常的瓦斯抽采，并将注气管保持与第一钻孔的注气接头相连；