爆破后煤層注氣膨脹二次增透方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種促進(jìn)瓦斯抽采的液態(tài)0)2爆破后煤層注氣膨脹二次增透方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層增透是提高瓦斯抽采效率的技術(shù)關(guān)鍵，現(xiàn)有技術(shù)中常用的煤層增透方法包括深孔預(yù)裂爆破、水力壓裂、水力沖孔和水力割縫等。由于煤層是由孔隙和裂隙構(gòu)成的可壓縮各向異性雙重介質(zhì)系統(tǒng)，在井下煤層各種水力化措施實(shí)施過(guò)程中，當(dāng)水壓大于煤層地應(yīng)力時(shí)，煤體破壞變形，產(chǎn)生裂隙，達(dá)到增透目的，當(dāng)水排出煤層后，裂隙會(huì)重新閉合，增透效果不明顯。采用深孔預(yù)裂爆破和現(xiàn)有的液態(tài)CO2爆破煤層增透，爆破后確實(shí)達(dá)到了一定的增透效果，但是煤層在吸附解吸甲烷過(guò)程中，煤體會(huì)發(fā)生膨脹和收縮變形，隨著煤層和煤層氣開(kāi)采，瓦斯大量解吸，煤基質(zhì)發(fā)生收縮變形，煤體內(nèi)的裂隙通道縮小甚至閉合，煤層滲透率進(jìn)一步降低，嚴(yán)重影響了煤層和煤層氣開(kāi)采效率和安全生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種促進(jìn)瓦斯抽采的液態(tài)CO2爆破后煤層注氣膨脹二次增透方法，目的是在提高煤層透氣性系數(shù)的同時(shí)維持煤層裂隙、維持煤層瓦斯流動(dòng)速度，提高瓦斯抽采純量和效率。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案按照以下步驟進(jìn)行:
(1)在工作面上施工爆破孔和瓦斯抽采孔，爆破孔和瓦斯抽采孔等距離間隔布置；
(2)在爆破器中充裝液態(tài)CO2，在爆破孔中安裝液態(tài)CO2爆破器，啟動(dòng)爆破器，爆破器主管內(nèi)液態(tài)CO2氣化變?yōu)楦邏簹怏w沖出，煤體開(kāi)裂，完成第一次煤層增透，液態(tài)CO2爆破器回收待下次使用；
(3)在瓦斯抽采孔內(nèi)鋪設(shè)瓦斯抽采管路并封孔，以煤礦井下壓風(fēng)系統(tǒng)的空氣作為注氣氣源，進(jìn)行煤層注氣膨脹二次增透，注氣氣源接入爆破孔中并封孔，開(kāi)啟注氣和瓦斯抽采系統(tǒng)，進(jìn)行瓦斯抽采。
[0005]其中，所述的相鄰的爆破孔間隔7.5m，相鄰?fù)咚钩椴煽组g隔7.5m。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是:
本發(fā)明首先進(jìn)行液態(tài)CO2爆破，煤體破碎，新裂隙產(chǎn)生，原裂隙二次擴(kuò)展，增透效果明顯，然后進(jìn)行低壓注氣抽采，注氣壓力直接采用井下壓風(fēng)系統(tǒng)壓力維持爆破裂隙通道，減緩了抽采后煤體收縮變形導(dǎo)致裂隙閉合的速度，相當(dāng)于進(jìn)行了二次增透，比未爆破煤層注氣膨脹增透效果更明顯，而且井下有完善的壓風(fēng)設(shè)備，低壓注氣抽采所需的注氣氣源及壓力設(shè)施使用簡(jiǎn)單，投入成本較低，可以達(dá)到較好效果，可行性和可操作性?xún)?yōu)勢(shì)明顯。
[0007]本發(fā)明選用井下壓風(fēng)系統(tǒng)空氣作為注氣源是基于在吸附過(guò)程中，煤對(duì)瓦斯的主要組成氣體的吸附能力由大到小依次為C02> CH4> N2，解吸過(guò)程中，大多情況下CH4優(yōu)先解吸，但因煤級(jí)差異，也有CO2優(yōu)先解吸的現(xiàn)象，所以煤層注氣首選氣源為CO 2，但是0)2在井下制備、運(yùn)輸極不方便，而且需求量較大，煤層中大量注入可能導(dǎo)致煤巖與CO2的突出，由于CO2的抑燃特性，大量注入CO 2可能導(dǎo)致抽采的煤層氣中CO 2濃度過(guò)高，失去燃燒性，故不宜選取CO2作為注氣氣源；N2有多種制取設(shè)備，但是經(jīng)濟(jì)成本都較高，選取空氣作為注氣氣源具有較大的優(yōu)勢(shì)，首先空氣無(wú)處不在，井下有完善的壓風(fēng)設(shè)備，井下壓風(fēng)的壓力一般在0.3-0.5MPa，可以進(jìn)行低壓注氣，其次，空氣中含有大量N2,依靠高濃度隊(duì)對(duì)煤基質(zhì)吸附N 2造成分壓比，隊(duì)吸附導(dǎo)致吸附位的競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)CH4解吸，可以達(dá)到較好的注氣抽采效果。
[0008]本發(fā)明中采用低壓注氣是基于對(duì)于高地應(yīng)力、高瓦斯壓力和含II1、IV類(lèi)構(gòu)造煤等的煤與瓦斯突出煤層，高壓注氣會(huì)增加煤層應(yīng)力，大大增加煤與瓦斯突出的幾率和危險(xiǎn)性。采用井下壓風(fēng)系統(tǒng)的空氣作為注氣氣源在井下隨處可見(jiàn)，注氣壓力較低無(wú)突出危險(xiǎn)性，經(jīng)濟(jì)成本較低，可行性較高，整體瓦斯抽采效果明顯，可行性高，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
[0009]本發(fā)明在液態(tài)CO2爆破煤層后瓦斯抽米濃度和混量明顯提尚的原因在于:爆破后煤體破碎，形成大量孔裂隙，隨著瓦斯抽采的進(jìn)行，深埋煤層地應(yīng)力導(dǎo)致部分裂隙逐漸閉合，進(jìn)行煤層注氣后，注氣壓力和注入的氣體會(huì)為孔裂隙提供支撐作用，維持滲流速度，達(dá)到膨脹增透的目的；同時(shí)，注入氣體增加了煤層氣向抽采孔流動(dòng)的能量，為煤體中流體流動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)力，克服在低滲透煤層中的流動(dòng)阻力；由于空氣中含有大量的n2，由于注氣孔與抽采孔之間的壓力差，空氣和游離瓦斯加速在煤體中流動(dòng)，煤體孔裂隙中N2濃度明顯提升，對(duì)煤基質(zhì)中N2造成較大的分壓比，煤基質(zhì)吸附大量N2，由于吸附位的競(jìng)爭(zhēng)和煤基質(zhì)中的014對(duì)孔裂隙中014的分壓比，煤基質(zhì)大量中CH4解吸為游離瓦斯，促進(jìn)了煤層瓦斯抽采濃度和混量的提尚。
[0010]本發(fā)明的突出優(yōu)勢(shì)是:
(I)本發(fā)明方法減少了爆破增透過(guò)程中的CO等有毒有害氣體，基本無(wú)揚(yáng)塵大大降低粉塵爆炸可能性，液態(tài)0)2爆破屬于物理爆破過(guò)程，無(wú)明火出現(xiàn)，杜絕瓦斯爆炸可能性，保證了施工人員的人身安全；
(2 )本發(fā)明方法鉆孔工程量少，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，成本低廉，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益；
(3)采用本發(fā)明方法瓦斯抽采純量大大提高，具有巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明采用的液態(tài)CO2爆破器結(jié)構(gòu)示意圖；
其中1:起爆頭；2:發(fā)熱管；3:主管；4:密封墊；5:瀉能片；6:泄能頭；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例中爆破孔和瓦斯抽采孔布置示意圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例中布置液態(tài)CO2爆破器示意圖；
其中:7:工作面；8:煤層；9:液態(tài)CO2爆破器；10:連接管；11:封孔器；
圖4是液態(tài)CO2爆破器起爆后的工作面俯視角度示意圖；
其中:A:粉碎區(qū)；B:破裂區(qū)；C:震動(dòng)區(qū)；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例中注氣后瓦斯抽采孔有效影響半徑監(jiān)測(cè)示意圖；
圖6是不同抽采條件下注氣壓力與有效抽采半徑關(guān)系示意圖； 其中:(a)是未進(jìn)行液態(tài)CO2爆破后低壓注氣抽采；(b)是未進(jìn)行液態(tài)CO 2爆破后高壓注