一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置及方法与流程

本发明属于煤矿井下瓦斯抽采，具体涉及一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置及方法。

背景技术：

1、瓦斯是我国煤矿主要灾害之一，在我国煤矿高瓦斯和瓦斯突出矿井占矿井总数的46％。由于瓦斯治理难度高、灾害因素多，矿井瓦斯一直是我国煤矿安全工作的重点和难点。传统的煤层气开采方法是通过钻孔和抽放技术来开采煤层气，但这种方法钻孔成本高、开采效率低、煤层破坏严重，需要寻找一种新的技术来提高煤层气的开采效率和减少对煤层的破坏，煤层钻孔水利压穿溶解瓦斯抽采技术应运而生。煤层钻孔水利压穿溶解瓦斯抽采技术是一种结合了水压裂和化学溶解原理的新型煤层气抽采技术，该技术的基本原理是，通过在煤层中打钻孔，并注入高压水，利用水压裂的作用将煤层裂开，提高煤层的透气性，然后再注入化学溶剂，使煤层内的物质溶解，从而促进瓦斯的释放和抽采。

2、现有的煤层钻孔水利压穿溶解瓦斯抽采技术仍存在一些缺陷：

3、(1)钻孔只能作为压裂钻孔或者控制钻孔，施工成本高、煤层破坏严重；

4、(2)化学溶剂无法循环利用，造成资源浪费。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提供一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置，包括清水池、化学溶液池、高压水力压裂泵、净化池、沉淀过滤池、高压阀门、高压水管一、高压水管二、压裂钻孔和控制钻孔；

2、在岩层和煤层内，设置若干个钻孔，钻孔贯穿岩层到达煤层，每个钻孔上设置有高压阀门，钻孔作为压裂钻孔和控制钻孔；

3、进一步，相邻两个钻孔间距50m；

4、所述高压水力压裂泵设置有入水口和出水口，高压水力压裂泵的入水口与清水池1连接或与化学溶液池连接，高压水力压裂泵的出水口与高压水管一连接；

5、所述沉淀过滤池设置有进水口、出水口、沉淀区和过滤区；过滤池的进水口与高压水管二连接，淀过滤池通过重力沉淀和过滤实现净化处理；控制钻孔排出的化学溶液通过高压水管二进入过滤池的沉淀区，沉淀后的化学溶液经过滤区过滤后从沉淀过滤池6的出水口流出；

6、所述净化池设置有进水口、出水口、物理吸附区和生物降解区；净化池的进水口与沉淀过滤池的出水口连接，过滤池的出水口流出的化学溶液通过净化池的进水口进入净化池内；物理吸附区内设置吸附介质，用于吸附水中的有机物和重金属离子；生物降解区内设置微生物降解介质，用于将有机物降解为无害的物质；净化池的出水口与化学溶液池通过管道连接，将经过物理吸附和生物降解后的化学溶液引化学溶液池。

7、所述清水池内盛放清水，所述化学溶液池内盛放化学溶液。

8、所述高压水力压裂泵的出水口还设置有压力流量调节阀。

9、所述沉淀过滤池还设置有排泥口，用于将沉淀后的污泥和固体颗粒经沉淀过滤池的出泥口排出。

10、进一步，本发明的一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置还包括排渣池，排渣池与过滤池的出泥口连接，用于收集沉淀过滤池排出的污泥和固体颗粒。

11、所述排渣池设置有进泥口、排泥口，排渣池的进泥口与沉淀过滤池的排泥口通过管道连接。

12、本发明还提供一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采方法，包括以下步骤：

13、步骤1：在岩层和煤层内，打若干个钻孔，钻孔贯穿岩层到达煤层，钻孔数量根据煤层长度进行设置，钻孔完成后按高压水利压裂的要求进行封孔，封孔后每个钻孔设置一个高压阀门并关闭所有高压阀门；

14、步骤2：选择第一个钻孔作为压裂钻孔，第二个钻孔作为控制钻孔，将高压水管一连接到压裂钻孔，高压水管二的一端连接到控制钻孔，高压水管二的另一端连接到沉淀过滤池，打开压裂钻孔和控制钻孔的阀门，将高压水力压裂泵的入水口通过管道连接清水池，启动高压水力压裂泵，当高压水力压裂泵的工作压力大于煤层压力时，煤层开始破裂，压裂钻孔和控制钻孔之间的煤层形成水力压裂途径，高压水被迅速压入，并从控制钻孔泄压涌出；

15、步骤3：将高压水力压裂泵的入水口从清水池中转移到化学溶液池中，同时将高压水管二连接到沉淀过滤池中；高压水力压裂泵将化学溶液从压裂钻孔压入，从控制钻孔流出，再经过高压水管二流入沉淀过滤池；经沉淀过滤池沉淀和过滤后的化学溶液引入净化池；经过净化池物理吸附和生物降解后的化学溶液引入化学溶液池；

16、步骤4：重复步骤3，化学溶液在压裂钻孔、水力压裂途径和控制钻孔、沉淀过滤池、净化池和化学溶液池间闭路循环；

17、步骤5：将高压水力压裂泵的入水口从化学溶液池中转到清水池中，对压裂钻孔和控制钻孔间的水力压裂途径进行清洗，目测出水清澈无杂质后关闭高压水力压裂泵和所有高压阀门；

18、步骤6：将第二个钻孔作为压裂钻孔、第三个钻孔作为控制钻孔，重复步骤2至步骤5，依次更换压裂钻孔和控制钻孔进行水利压穿溶解处理，直到煤层内的全部钻孔都经过压穿溶解，每个钻孔间都相互连通。

19、进一步，步骤4中化学溶液在压裂钻孔、水力压裂途径和控制钻孔、沉淀过滤池、净化池和化学溶液池间闭路循环，循环时间为4小时。

20、进一步，步骤5中对压裂钻孔和控制钻孔间的水力压裂途径进行清洗的时间为30分钟。

21、本发明的有益效果是：

22、本发明提供一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置及方法，通过在煤层中打钻孔，并注入高压水，利用水力压裂的作用将煤层裂开，在煤层内形成瓦斯卸压通道，提高了瓦斯抽采效率提高煤层的透气性，然后再注入化学溶液，采用高压水力压裂泵使化学溶液在压裂钻孔、水力压裂途径、控制钻孔、沉淀过滤池、净化池和化学溶液池间闭路循环，提高化学溶液的利用效率，减少对环境的污染，促进瓦斯的释放和抽采；另外本发明的钻孔即可以作为压裂钻孔，也可以作为控制钻孔，降低了施工成本，减少对煤层的破坏。

技术特征：

1.一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置，其特征在于：包括清水池(1)、化学溶液池(2)、高压水力压裂泵(3)、净化池(5)、沉淀过滤池(6)、高压阀门(13)、高压水管一(14)、高压水管二(15)、压裂钻孔(8)和控制钻孔(9)；

2.根据权利要求1所述的一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置，其特征在于：相邻两个钻孔间距50m。

3.根据权利要求1所述的一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置，其特征在于：所述清水池(1)内盛放清水，所述化学溶液池(2)内盛放化学溶液。

4.根据权利要求1所述的一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置，其特征在于：所述高压水力压裂泵(3)的出水口还设置有压力流量调节阀(4)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置，其特征在于：所述沉淀过滤池(6)还设置有排泥口，用于将沉淀后的污泥和固体颗粒经沉淀过滤池(6)的出泥口排出。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置，其特征在于：还包括排渣池(7)，排渣池(7)与沉淀过滤池(6)的出泥口连接，用于收集沉淀过滤池(6)排出的污泥和固体颗粒。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置，其特征在于：排渣池(7)设置有进泥口、排泥口，排渣池(7)的进泥口与沉淀过滤池(6)的排泥口通过管道连接。

8.一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采方法，采用权利要求3所述的装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采方法，其特征在于：步骤4中化学溶液在压裂钻孔(8)、水力压裂途径(12)和控制钻孔(9)、沉淀过滤池(6)、净化池(5)和化学溶液池(2)间闭路循环时间为4小时。

10.根据权利要求7所述的一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采方法，其特征在于：步骤5中对压裂钻孔(8)和控制钻孔(9)间的水力压裂途径(12)进行清洗的时间为30分钟。

技术总结
本发明属于煤矿井下瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种基于煤层钻孔水利压穿溶解的瓦斯抽采装置及方法。装置包括清水池、化学溶液池、高压水力压裂泵、净化池、沉淀过滤池、高压阀门、高压水管一、高压水管二；抽采时首先在岩层和煤层中打钻孔，钻孔贯穿岩层到达煤层中，采用上述装置向钻孔中注入高压水，利用水力压裂的作用将煤层裂开，在煤层内形成瓦斯卸压通道，然后再注入化学溶液，使化学溶液在压裂孔、水力压裂途径、控制孔、沉淀过滤池、净化池和化学溶液池间闭路循环，提高化学溶液的利用效率，减少对环境的污染，促进瓦斯的释放和抽采；另外本发明的钻孔即可以作为压裂孔，也可以作为控制孔，降低了施工成本，减少对煤层的破坏。

技术研发人员：雷云,陈绍川,王魁军,贾男,王海东,高宏烨
受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11