[发明专利]钻孔加热煤层抽采瓦斯方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种井下抽采煤层气的开采方法，特别适合利用煤层钻场加热煤层抽放煤层中瓦斯。

背景技术

矿井瓦斯是煤的伴生气体产物，又称煤层气或煤层甲烷。它是一种赋存于本煤层及其煤层围岩石中的自生自储或气藏的天然气。煤层中的瓦斯有三种赋存状态，一是吸附状态，它由煤的表面吸附力作用，在煤的微孔(煤是多孔隙物质)上所吸附，在一定温度和卸压的环境中，吸附瓦斯可解吸为游离瓦斯。二是游离瓦斯，它存在于煤的原生和次生裂隙内和孔隙中，可以自由运动，是不被吸附力所联系的部分瓦斯，以压力状态存在，压力愈高煤的裂隙内游离瓦斯含量愈高。三是吸收瓦斯，是深入在煤体胶粒结构间的瓦斯，量很少。

矿井瓦斯是煤矿生产的一大危险要素，当瓦斯浓度达到5％-16％时，遇到火源引起瓦斯爆炸，高瓦斯矿井在进行回采之前必须对煤层进行瓦斯抽采，目前已公知的主要抽采方法分为两类，一类是地面钻井实施瓦斯抽放，另一类是对井下煤层钻孔进行瓦斯抽放。对井下煤层瓦斯钻孔抽放瓦斯的主要技术就是在煤层中钻孔进行负压抽放，煤层裂隙中的游离瓦斯在负压作用下进入抽放管路中，由于煤层对瓦斯的吸附作用以及煤层的透气性等问题，往往这种负压抽放达不到理想的效果，而且抽放时间较长，其中煤对瓦斯的吸附力是一个重要原因。

瓦斯属于原生气体，它是被吸附在煤体内的微小孔隙中，根据煤层气开采理论，由于瓦斯压力的变化，瓦斯首行解吸为游离瓦斯，并逐渐由孔隙和不可渗流的微裂隙扩散到大的裂隙中，这是瓦斯的扩散阶段，；其次在压力梯度的作用下，有高压力区向低压力区流动，这是瓦斯的渗流阶段。在瓦斯抽采过程中，这两步缺一不可，对于低渗透煤层，由于渗流阶段无法进行，因此驱替技术对于煤层气开采效果甚微。

煤的温度对煤层瓦斯的吸附能力有显著影响，在同一瓦斯压力下，温度越高，煤的吸附瓦斯量越小，随着煤层温度的升高，吸附瓦斯量减小。煤层瓦斯在0.1MPa压力下煤层温度从20℃提高到30℃，可以减小煤层对瓦斯吸附9％，用以下经验公式确定温度对吸附瓦斯量的影响：

X_t＝X₀e^-nt

式中X_t、X₀——温度分别为t℃和0℃时煤的吸附瓦斯量，m3/t

t——煤的温度，℃；

n——与瓦斯压力有关的常数。

N＝0.02/(0.993+0.07P)

P——瓦斯压力，MP；

煤层中的瓦斯气体在高温作用下，气体膨胀，煤层瓦斯压力增大，煤层瓦斯压力增大容易引起煤与瓦斯突出事故，这是对煤层进行加温的一大弊端，采取的措施能够有效的避免煤层突出，对把这种能量于对煤层裂隙能够促进裂隙的发育，促进瓦斯流动。

因此提高煤层的温度不但有利于煤层中瓦斯的解吸，有利用瓦斯流动，减少煤层抽放瓦斯的时间，提高瓦斯抽放的效果。[引自《煤与瓦斯突出防治手册》李建铭2006中国矿业大学出版社]。

发明内容

本发明的目的在于克服上述瓦斯抽采过程中遇到的问题，提供了一种井下煤层加热抽采煤层瓦斯的方法，该方法能够有效的进行瓦斯抽采，加快瓦斯的抽采速度和提高抽采效率。

本发明所述的加热煤层抽采瓦斯的方法为：首先在被抽采煤层建立一个钻场，然后在煤层表面及四周打上锚网及锚杆进行煤层的加固，选择其中至少一个钻孔作为热源孔，利用加热设备对距热源孔孔口一段深度的位置开始对煤层进行加热，将煤层加热到80℃～200℃以上，其它钻孔作为抽放钻孔利用抽放设备进行负压抽放煤层瓦斯，煤层被加热以后，煤体热胀冷缩，煤层裂隙增多，同时高温下吸附的瓦斯将迅速解吸为游离瓦斯，游离的瓦斯体积增大，煤层中的瓦斯压力增大，瓦斯压力增大也促进了煤层中裂隙的发育，有利于煤层瓦斯的流动，在负压抽放钻孔的作用下实现迅速高效的抽采煤层气的目的。

本发明所述的加热煤层抽采瓦斯的方法，其特征在于：

(1)向被抽采煤层内部打深层钻孔，钻孔间距依据被抽采煤层的性质距离在0.5-10米之间，选择其中的钻孔为热源孔对煤层进行加热。

(2)如果煤层为低渗透煤层或煤层的渗透系数较小，可以采用一些公知的煤层强化抽采方法对煤层进行增透。

(3)对煤层进行高温加热有利于煤层瓦斯解吸，驱动煤层瓦斯向低压孔流动。

(4)采用在距孔口一段距离处进行加热，孔口至钻孔开始加热间的煤层做为一个保护层煤层，同时采用锚网进行防护，防止煤层加热过程中由于煤层瓦斯压力过大造成煤与瓦斯突出事故。