專利名稱：鉆孔加熱煤層抽采瓦斯方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種井下抽采煤層氣的開采方法，特別適合利用煤層鉆場加熱煤層抽放煤層中瓦斯。
背景技術(shù)：
礦井瓦斯是煤的伴生氣體產(chǎn)物，又稱煤層氣或煤層甲烷。它是一種賦存于本煤層及其煤層圍巖石中的自生自儲或氣藏的天然氣。煤層中的瓦斯有三種賦存狀態(tài)，一是吸附狀態(tài)，它由煤的表面吸附力作用，在煤的微孔(煤是多孔隙物質(zhì))上所吸附，在一定溫度和卸壓的環(huán)境中，吸附瓦斯可解吸為游離瓦斯。二是游離瓦斯，它存在于煤的原生和次生裂隙內(nèi)和孔隙中，可以自由運動，是不被吸附力所聯(lián)系的部分瓦斯，以壓力狀態(tài)存在，壓力愈高煤的裂隙內(nèi)游離瓦斯含量愈高。三是吸收瓦斯，是深入在煤體膠粒結(jié)構(gòu)間的瓦斯，量很少。礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)的一大危險要素，當瓦斯?jié)舛冗_到5% -16%時，遇到火源引起瓦斯爆炸，高瓦斯礦井在進行回采之前必須對煤層進行瓦斯抽采，目前已公知的主要抽采方法分為兩類，一類是地面鉆井實施瓦斯抽放，另一類是對井下煤層鉆孔進行瓦斯抽放。 對井下煤層瓦斯鉆孔抽放瓦斯的主要技術(shù)就是在煤層中鉆孔進行負壓抽放，煤層裂隙中的游離瓦斯在負壓作用下進入抽放管路中，由于煤層對瓦斯的吸附作用以及煤層的透氣性等問題，往往這種負壓抽放達不到理想的效果，而且抽放時間較長，其中煤對瓦斯的吸附力是一個重要原因。瓦斯屬于原生氣體，它是被吸附在煤體內(nèi)的微小孔隙中，根據(jù)煤層氣開采理論，由于瓦斯壓力的變化，瓦斯首行解吸為游離瓦斯，并逐漸由孔隙和不可滲流的微裂隙擴散到大的裂隙中，這是瓦斯的擴散階段，；其次在壓力梯度的作用下，有高壓力區(qū)向低壓力區(qū)流動，這是瓦斯的滲流階段。在瓦斯抽采過程中，這兩步缺一不可，對于低滲透煤層，由于滲流階段無法進行，因此驅(qū)替技術(shù)對于煤層氣開采效果甚微。煤的溫度對煤層瓦斯的吸附能力有顯著影響，在同一瓦斯壓力下，溫度越高，煤的吸附瓦斯量越小，隨著煤層溫度的升高，吸附瓦斯量減小。煤層瓦斯在0. IMI^a壓力下煤層溫度從20°C提高到30°C，可以減小煤層對瓦斯吸附9 %，用以下經(jīng)驗公式確定溫度對吸附瓦斯量的影響Xt = X0e_nt式中Xt、X0——溫度分別為t°C和0°C時煤的吸附瓦斯量，m3/tt——煤的溫度，V ；η——與瓦斯壓力有關(guān)的常數(shù)。N = O. 02/ (0. 993+0. 07Ρ)P——瓦斯壓力，MP;煤層中的瓦斯氣體在高溫作用下，氣體膨脹，煤層瓦斯壓力增大，煤層瓦斯壓力增大容易引起煤與瓦斯突出事故，這是對煤層進行加溫的一大弊端，采取的措施能夠有效的避免煤層突出，對把這種能量于對煤層裂隙能夠促進裂隙的發(fā)育，促進瓦斯流動。
因此提高煤層的溫度不但有利于煤層中瓦斯的解吸，有利用瓦斯流動，減少煤層抽放瓦斯的時間，提高瓦斯抽放的效果。[引自《煤與瓦斯突出防治手冊》李建銘2006中國礦業(yè)大學(xué)出版社]。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述瓦斯抽采過程中遇到的問題，提供了一種井下煤層加熱抽采煤層瓦斯的方法，該方法能夠有效的進行瓦斯抽采，加快瓦斯的抽采速度和提高抽采效率。本發(fā)明所述的加熱煤層抽采瓦斯的方法為首先在被抽采煤層建立一個鉆場， 然后在煤層表面及四周打上錨網(wǎng)及錨桿進行煤層的加固，選擇其中至少一個鉆孔作為熱源孔，利用加熱設(shè)備對距熱源孔孔口一段深度的位置開始對煤層進行加熱，將煤層加熱到 80°C 200°C以上，其它鉆孔作為抽放鉆孔利用抽放設(shè)備進行負壓抽放煤層瓦斯，煤層被加熱以后，煤體熱脹冷縮，煤層裂隙增多，同時高溫下吸附的瓦斯將迅速解吸為游離瓦斯，游離的瓦斯體積增大，煤層中的瓦斯壓力增大，瓦斯壓力增大也促進了煤層中裂隙的發(fā)育，有利于煤層瓦斯的流動，在負壓抽放鉆孔的作用下實現(xiàn)迅速高效的抽采煤層氣的目的。本發(fā)明所述的加熱煤層抽采瓦斯的方法，其特征在于(1)向被抽采煤層內(nèi)部打深層鉆孔，鉆孔間距依據(jù)被抽采煤層的性質(zhì)距離在 0. 5-10米之間，選擇其中的鉆孔為熱源孔對煤層進行加熱。(2)如果煤層為低滲透煤層或煤層的滲透系數(shù)較小，可以采用一些公知的煤層強化抽采方法對煤層進行增透。(3)對煤層進行高溫加熱有利于煤層瓦斯解吸，驅(qū)動煤層瓦斯向低壓孔流動。(4)采用在距孔口一段距離處進行加熱，孔口至鉆孔開始加熱間的煤層做為一個保護層煤層，同時采用錨網(wǎng)進行防護，防止煤層加熱過程中由于煤層瓦斯壓力過大造成煤與瓦斯突出事故。(5)由于采用煤層內(nèi)部加熱，對鉆孔進行負壓抽放，抽采過程中煤層中沒有氧氣進入煤層，不會引起煤層自燃。本發(fā)明采取的方法采取的具體步驟是1.首先在被抽采煤層表面實施多個鉆孔，然后對煤層四周及表面根據(jù)相應(yīng)規(guī)范進行錨網(wǎng)和錨桿加固。2.選擇一個或多個鉆孔為熱源孔，在熱源孔以0. 5m為半徑的圓周上打6個以上的抽放孔，將熱源孔進行擴孔，穿過保護層煤層到達被加熱煤層。3.對其它抽放鉆孔進行設(shè)備連接，將與鉆孔相應(yīng)的加熱設(shè)備放入鉆孔中，擴孔處用隔熱材料對加熱設(shè)備進行固定及防護，防止對保護面煤層進行加熱，根據(jù)煤層的滲透率的大小，選擇是否對煤層進行強化抽采措施。4.運行加熱設(shè)備對煤層進行加熱，煤層溫度控制在80-200°C內(nèi)，實行邊加熱邊抽米。本發(fā)明所述的加熱煤層抽采煤層瓦斯的方法，通過對煤層加熱，隆低煤對瓦斯的吸附性，加快了煤層瓦斯的解吸速度，由于加熱煤層瓦斯解吸快，瓦斯氣體增多，煤層瓦斯壓力增大，促進了煤體裂隙的發(fā)育，同時對煤體加熱也增加了煤體裂隙，裂隙的增加，增大了煤層的滲透性，從而也提高了煤層瓦斯的抽采速度，能夠更有效快速的進行瓦斯抽采。


下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。圖1是煤層表面的鉆孔實施圖。圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖。圖中1-瓦斯抽放鉆孔 2-熱源孔 3-錨桿4-錨網(wǎng)5-隔熱材料6-保護層煤層
具體實施例方式圖1為被抽采煤層，首先在煤層進行打瓦斯抽放鉆孔(1)，選擇其中合適的抽放鉆孔為熱源孔O)，保證熱源孔(幻0. 5m為半徑的圓周上有6個以上的抽放鉆孔，然后對熱源孔進行擴孔處理，擴孔距離為穿過保護層煤層(6)，鉆孔打好后在煤層表面鋪設(shè)錨網(wǎng)(4)并用錨桿⑶加固。將煤層的加熱設(shè)備放入熱源孔( 孔，在孔口前1/3處用隔熱材料( 對加熱設(shè)備進行固定，保證保護層煤層(6)不被加熱，根據(jù)煤層透氣性系數(shù)選擇是否對煤層進行強化抽采措施，增大煤層的透氣性。設(shè)備連接好后運行加熱設(shè)備，把熱源孔( 周圍的煤層加熱到80-200°C之間，采用邊加熱邊抽采的模式進行。本發(fā)明加熱煤層抽采煤層氣的方法，采用對熱源孔( 加熱，把煤層的溫度加熱到80-200°C之間，促進煤層瓦斯解吸，增大了煤層游離的瓦斯含量，煤層瓦斯壓力增大，游離瓦斯向負壓抽放鉆孔(1)流動，進而達到高效抽采的目的，同時為防止在加熱過程中煤層瓦斯壓力增大造成煤與瓦斯突出事故，采用了保護層煤層(6)和在被抽采煤層表面鋪設(shè)錨網(wǎng)(4)和錨桿C3)加固方法，能有效防止煤與瓦斯突出事故。
權(quán)利要求
1.在煤層進行打瓦斯抽放鉆孔(1)，選擇其中合適的抽放鉆孔為熱源孔O)，保證熱源孔(2)0. 5m為半徑的圓周上有6個以上的抽放鉆孔，然后對熱源孔進行擴孔處理，對熱源孔前1/3處孔段進行擴孔，鉆孔打好后在煤層表面鋪設(shè)錨網(wǎng)(4)并用錨桿C3)加固，將煤層的加熱設(shè)備放入熱源孔( 孔，在孔口前1/3處用隔熱材料( 對加熱設(shè)備進行固定，保證保護層煤層(6)不被加熱，根據(jù)煤層透氣性系數(shù)選擇是否對煤層進行強化抽采措施，增大煤層的透氣性，設(shè)備連接好后運行加熱設(shè)備，把熱源孔⑵周圍的煤層加熱到80-200°C之間， 采用邊加熱邊抽采的模式進行。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的煤層加熱方法，其特征在于采用鉆孔為煤層加熱，加熱溫度控制在80-200°C之內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的煤層加熱方法，其特征在于采用在被抽采煤層中采用被抽采煤層的前一部分煤層作為保護層煤層(6)，防止在煤層加熱過程發(fā)生煤與瓦斯突出事故。
4.根據(jù)權(quán)力要求1所述的煤層加熱方法，其特征在于在被抽采煤層的保護層煤層(6) 之外開始對煤層進行加熱。
全文摘要
一種井下煤層抽采瓦斯的方法，首先在被抽采煤層中建立一個鉆場，然后在煤層的表面及四周打上錨網(wǎng)(4)及錨桿(3)進行煤層的加固，選擇其中的至少一個鉆孔作為熱源孔(2)，其它抽放鉆孔(1)利用抽放設(shè)備進行瓦斯的負壓抽放，利用隔熱材料(5)進行對保護層煤層(6)防護，防止保護層被加熱，利用加熱設(shè)備對保護層煤層(6)之外的煤層進行加熱，將煤層加熱到80℃～200℃之間，煤層被加熱以后，吸附的瓦斯將迅速解吸為游離瓦斯，游離的瓦斯體積增大，煤層中的瓦斯壓力增大，煤層的瓦斯壓力增大促進了煤層中裂隙的發(fā)育，有利于煤層瓦斯的流動，在負壓抽放鉆孔(1)的作用下實現(xiàn)迅速高效的抽采煤層氣的目的。
文檔編號E21F7/00GK102400669SQ201010284979
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月11日
發(fā)明者田力龍 申請人:田力龍