[发明专利]一种二氧化碳爆破与酸化联合作用的含瓦斯煤体增透方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含瓦斯煤体增透方法，具体涉及一种二氧化碳爆破与酸化联合作用的含瓦斯煤体增透方法，属于煤矿防瓦斯突出安全治理技术领域。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在我国能源结构中占有重要地位。近年来，我国煤矿在安全上的投入极大，也取得了较好的效果。然而煤矿事故时有发生。统计表明，矿井瓦斯事故和顶板事故占总事故的80％以上，其中矿井瓦斯事故因危害度强、伤亡率高、造成经济损大而成为煤矿的第一杀手。可见，矿井瓦斯治理成为减少甚至杜绝瓦斯事故的根本所在。

随着我国煤矿开采深度的逐步加大，开采条件更趋于复杂，出现了高地应力、高瓦斯、高非均质性、低渗透性、低强度的煤体特征，煤体的原生裂隙和孔隙度逐渐变小，煤层的渗透率随之降低，而我国赋存煤层渗透率普遍差，进而使得工作面发生煤与瓦斯突出的危险性随之加剧。由此可见，渗透率低已经成为制约煤层瓦斯抽采的关键因素，提高煤层渗透率，是瓦斯灾害治理和资源利用的根本途径。瓦斯预抽已经成为我国煤矿瓦斯治理的一项重要技术，煤层透气性系数的高低直接决定着抽采效果的好坏。但是当前普遍存在预抽钻孔工程量大，抽采效率低，单个钻孔有效影响范围小等问题，导致常规瓦斯抽采方法难以发挥作用，瓦斯爆炸和瓦斯突出的威胁也愈加严重。

目前煤层增透的主要技术手段有深孔控制预裂爆破增透、水力增透等，其中水力增透又包括水力压裂增透及水力割缝增透等。上述技术手段在含瓦斯煤体增透方面均可取得一定的积极效果，然而也存在一定的局限性。深孔控制预裂爆破常出现拒爆、熄爆现象且一旦出现处理工序繁琐、极易为煤层的开采留下安全隐患，而且增透效果好坏不一；水力压裂及水力割缝目前应用较广，但是水力压裂在构造煤地带效果甚微，再加上有些地区煤层本身差异性以及水对瓦斯解吸的抑制作用，导致增透效果并不理想。因此，有必要提供一种针对含瓦斯煤体增透的新手段，使其无论是在适用性还是实用性上都起到较好的效果且具有一定的推广应用价值，真正实现含瓦斯煤体的增透，提高瓦斯抽采率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种二氧化碳爆破与酸化联合作用的含瓦斯煤体增透方法，前期通过二氧化碳爆破使得煤体中裂隙充分扩展，在为后期酸液的注入创造有利条件同时增大酸液与煤体的接触面积及酸液的有效作用距离，在深度与广度上真正形成煤层深部酸化改造的同时提高煤质，而且无论是前期的二氧化碳爆破还是后期的酸化，煤体中均增加了大量的二氧化碳，而煤对二氧化碳的吸附能力远大于甲烷，进而对甲烷起到置换、驱替的作用，使得煤层透气性大大增加，最终达到提高煤层瓦斯抽采率的目的。

为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种二氧化碳爆破与酸化联合作用的含瓦斯煤体增透方法，包括以下步骤：

(a)制定增透方案：根据工作面参数及煤层厚度、瓦斯含量等确定爆破孔和酸化孔的布置方式；

(b)二氧化碳爆破与酸化联合增透：首先利用爆破孔对含瓦斯煤体进行二氧化碳爆破，其次利用酸化孔注入酸液封孔并保持设定时间；

(c)瓦斯抽采：将爆破孔及酸化孔接入抽采系统进行瓦斯抽采。

所述步骤(a)中，制定的增透方案中包括若干增透单元，若煤厚M≤2m，则以1个爆破孔、1个酸化孔为一个增透单元；若煤厚M＞2m，则以1个爆破孔、4个酸化孔为一个增透单元。

煤厚M≤2m时，所有的爆破孔与酸化孔孔底的中心位于同一平面上。

煤厚M≤2m时，增透单元等间距布置。

煤厚M＞2m时，每个增透单元中以爆破孔为中心，菱形布置酸化孔且菱形长轴沿水平方向。

煤厚M＞2m时，分层布设增透单元，每层上设有若干个增透单元。

所述步骤(b)中的酸液为：质量分数分别对应为15％～20％、2％～4％、1％～2％的HCL、HF、CH₃COOH的混合酸液。

所述步骤(b)中的设定时间不少于48h。

本发明具有如下有益效果：

1.相比岩石，煤中层理、裂隙高度发育，可以看作是裂隙集合体，采用二氧化碳爆破使得煤层中裂隙扩展并增加，形成瓦斯流动通道，进而使得煤层中的游离瓦斯快速释放，吸附瓦斯也可解吸释放，有效降低了煤层中瓦斯含量；同时爆破后由于煤体中裂隙增多，此时注入酸性溶液更为容易且增加了与煤体的接触面积同时也增大了酸液的有效作用距离，在深度与广度上真正形成煤层的深部酸化改造，有利于煤层的进一步增透。