[发明专利]一种声场与水力压裂复合技术提高煤层瓦斯抽采系统及方法

说明书

本发明属于煤层瓦斯高效开采技术领域，涉及一种声场与水力压裂复合技术提高煤层瓦斯抽采系统及方法，包括声场系统、水力压裂系统以及瓦斯抽采管路系统；其中瓦斯抽采管路系统包括煤层瓦斯抽采钻场、钻孔和瓦斯管；所述声场系统包括超声波发生器以及与其相连的换能器，所述换能器放置于煤层钻孔内；所述水力压裂系统包括压裂泵以及水箱，所述压裂泵的进水端与所述水箱相连，所述压裂泵的出水端与抽采钻孔相连；本发明利用了声场、水力压裂各自的优点强化煤层瓦斯抽采，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于煤层瓦斯高效开采技术领域，涉及一种声场与水力压裂复合技术提高煤层瓦斯抽采系统及方法。

背景技术

煤层气是我国战略性接替的新能源，在埋深2000m以浅储量约36.8万亿立方米，它是一笔可支配的较洁净的能矿资源和化工原料，其次煤层气是煤矿重大瓦斯事故的有害源。据统计，瓦斯灾害事故约占煤矿重大灾害事故的70％。同时，其主要组分CH₄是一种比CO₂高21倍的强温室效应气体。所以从资源的利用、安全生产和保护环境角度来看，开发煤层气势在必行。

我国煤矿95％以上为井工开采，国有重点煤矿70％以上是高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井，且80％煤矿是低透气性煤层。煤层气赋存特点为：一是煤层气含量高(10～30m³/t)，吸附态占90％，煤层气难解吸，二是煤层渗透率极低(透气性系数10^-5～10^-3mD)，煤层气难抽采，抽采时间长，三是瓦斯压力大(3～12MPa)，瓦斯治理困难，四是抽采效率低。当前国内外高效抽采煤层气主要有松动爆破、水力压裂、水力割缝、注气、水平井技术、物理场激励等。

目前采用的煤层增渗技术具有一定的适用条件，还需探索新的技术实现煤层瓦斯的高效开发。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种声场与水力压裂复合技术提高煤层瓦斯抽采系统及方法，能够结合声场激励和水力压裂两种抽采形式的优势，充分发挥在抽采过程中的声场效应，强化煤层瓦斯的高效抽采。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种声场与水力压裂复合技术提高煤层瓦斯抽采系统，包括声场系统、水力压裂系统以及瓦斯抽采管路系统；其中瓦斯抽采管路系统包括煤层瓦斯抽采钻场、钻孔和瓦斯管；所述声场系统包括超声波发生器以及与其相连的换能器，所述换能器放置于煤层钻孔内；所述水力压裂系统包括压裂泵以及水箱，所述压裂泵的进水端与所述水箱相连，所述压裂泵的出水端与抽采钻孔相连。

可选地，还包括用于整合声场系统以及水力压裂系统能量的声震孔，所述声震孔在煤层内钻孔设置，在回采工作面机巷或回风巷向煤层中钻孔，所述换能器放置在声震孔的孔底；所述压裂泵的出水端与声震孔连接。

可选地，所述声震孔的入口端密封，密封长度为4～6m。

可选地，所述声震孔可放置若干个换能器。

可选地，所述超声波发生器设有多台，且其输出功率均独立调节。

可选地，所述换能器的频率为15～30kHz，单台超声波发生器最大功率为3kw，总功率9kw。

可选地，所述抽采孔的直径为75～120mm，封孔长度3～5m。

一种声场与水力压裂复合技术提高煤层瓦斯抽采方法，利用超声波的空化效应、振动效应、热效应促进瓦斯解吸、扩散、流动；同时利用水力压裂致煤层形成主裂缝和大量微裂缝网络促进瓦斯渗流。

可选地，该抽采方法包括以下步骤，使用矿用钻机钻取抽采孔、声震孔；在声震孔中放入换能器，在煤层机巷放置超声波发生器，换能器导线与超声波发生器连接；在煤层机巷中安装水箱和压裂泵，压裂泵的出水端高压管放入声震孔中；密封抽采孔、声震孔；对煤层实施水力压裂致裂煤层；在水力压裂保压和卸压后实施声场激励煤层瓦斯。