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专利号: 2019113857082
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法,使用多功能组配装置(16),多功能组配装置(16)内分别固定有温度传感器(20)、气体探测器(21)、击火器头(22)和压力传感器(23),多功能组配装置(16)设置在铜管(5)的头部,铜管(5)内设有温度传感器线(6)、气体探测器线(7)、击火器线(8)和压力传感器线(9),铜管(5)尾部设有温度监测装置(10)、多组分气体监测装置(11)及压力监测装置(12),铜管(5)内其他空间提供空气流动空间,铜管(5)的空气流动空间通过三向阀(24)通过空气注入管(13)与气体压缩泵(14)和多组分气体混合槽车(15)进行连接;

其特征在于步骤如下:

a首先利用钻机穿过地层(1)向目标煤层或采空区遗留煤层(2)钻取竖向钻井(3),并利用转向钻头在竖向钻井(3)的钻孔底部沿煤层走向钻取水平钻井(4),并在竖向钻井(3)旁平行设置瓦斯抽采钻井(19),并确保瓦斯抽采钻井(19)底端位于水平钻井(4)上侧方向,使用液态CO2相变致裂技术对水平钻井(4)进行聚能爆破,使水平钻井(4)井壁产生大量的裂隙;

b将铜管(5)沿竖向钻井(3)给入到水平钻井(4)内三分之二设计长度位置,将瓦斯抽采管(18)插入瓦斯抽采钻井(19)内,利用带有高精计数单向阀门的封孔器(17)分别对竖向钻井(3)和瓦斯抽采钻井(19)进行常规密封;

c启动气体压缩泵(14),将多组分气体混合槽车(15)中的空气以特定流速和流量沿铜管(5)持续注入水平钻井(4)内,利用气体探测器(21)持续读取水平钻井(4)内氧气浓度,待水平钻井(4)内氧气浓度大于20%时,启动击火器头(22)产生火花,使得水平钻井(4)内的破碎煤体发生阴燃;

d在煤体发生阴燃过程中,分别监测温度监测装置(10)、多组分气体监测装置(11)及压力监测装置(12)的读数,当温度传感器(20)监测到温度高于400 ℃、气体探测器(21)监测到的CH4气体浓度高于5%时,二者出现一种情况时,调节气体压缩泵(14)减小气体泵入流速和流量,防止目标煤层或采空区遗留煤层(2)出现明火或瓦斯爆炸现象;当测读数显示水平钻井(4)内CO2气体、CH4气体二者的压力与浓度同时出现急速上升时,打开封孔器(17)上的高精计数单向阀门利用瓦斯抽采管(18)将瓦斯抽采钻井(19)中的气体抽采出来。

2. 根据权利要求1所述高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法,其特征在于:竖向钻井(3)、水平钻井(4)和瓦斯抽采钻井(19)的半径为150-200 mm,竖向钻井(3)与瓦斯抽采钻井(19)两井筒间的距离为5-10 m,瓦斯抽采钻井(19)底端位于水平钻井(4)上侧方向1-2 m。

3. 根据权利要求1所述高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法,其特征在于:封孔器(17)分别对竖向钻井(3)和瓦斯抽采钻井(19)进行密封的长度为20-70 m,封孔器(17)要求气体注入或抽采方向为单一性,可有效减小空气回流;封孔器膨胀压力为15-20 MPa。

4. 根据权利要求1所述高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法,其特征在于:所述铜管(5)的伸缩率为10%,可在多个探测位置进行来回移动,最高耐温温度为1200 ℃;多功能组配装置(16)最大承压能力为 50 MPa,且放置气体探测器(21)、击火器头(22)及压力传感器(23)的固定槽位置具有绝热特性。

5.根据权利要求1所述高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法,其特征在于:所述温度传感器(20)、气体探测器(21)和压力传感器(23)的型号分别为SBWZ系列热电偶温度传感器、HoneywellBWUltra多气体探测器和PAINE传感器。

6. 根据权利要求1所述的高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法,其特征在于:多组分气体混合槽车(15)可实现O2、CO2、N2三类气体的多种比例混合,且三者混合比例为:O2:CO2:N2=30%:10%:60%,工作环境为30 ℃。

7. 根据权利要求1所述的高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法,其特征在于:气体压缩泵(14)的有效泵入压力为10-20 MPa,有效泵入速率为300-500 ml/min,工作温度为

10-50 ℃。

8. 根据权利要求1所述的高瓦斯煤层原位热解瓦斯流态化开采方法,其特征在于:瓦斯抽采管(18)内的有效抽采负压不低于30 k Pa,抽采出来的混合气体需要进行气体分离。