一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法
【专利摘要】本发明公开了红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，（一）实验室测量煤层的物理化学性质，初步设计几组红外参数方案；（二）沿煤层掘出底抽巷或者顶抽巷，然后从底抽巷或顶抽巷向煤层打改造孔，并在改造孔侧边布置抽采钻孔，（三）将红外线辐射管放置到改造孔的煤层段，对改造孔和抽采钻孔均分别进行封孔作业，抽采钻孔直接接入瓦斯抽采管路上，红外线辐射管的红外控制线连接到红外控制器上，（四）打开红外控制器，利用红外光波持续的照射煤层；（五）以抽采量、抽采浓度和抽采率为判断依据选择最优参数方案，将整个采区施工单元的红外参数都调整为最优参数方案。本发明是一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，可增加煤层瓦斯的解吸量。
【专利说明】一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，尤其对瓦斯含量较大，且残存瓦斯含量较高的煤层，效果更加显著。
【背景技术】
[0002]瓦斯是煤的伴生气体产物,又称煤层气。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。煤中瓦斯有三种赋存状态:吸附、吸收、游离状态。瓦斯抽采主要通过卸压抽采煤层中的游离态和部分吸附态的瓦斯，但我国煤层瓦斯具有微孔隙、低渗透率、高吸附的特性，高瓦斯低透气性煤层随开采深度的增加也在逐年增加，瓦斯涌出量越来越大，瓦斯爆炸与瓦斯突出危险的威胁越来越严重。预抽煤层瓦斯是预防瓦斯灾害的治本措施。常规的方法都是通过打本煤层钻孔或者穿层钻孔抽采煤层中的瓦斯。常用的措施是密打钻、严封孔、高负压，其实常规的方法有效影响范围小，施工钻孔量大，且抽采效率低下，对于高瓦斯低透气性煤层难以达到理想效果。
[0003]常规的瓦斯抽采方法若要做到抽采达标，需要采取措施增加单孔产气量，扩大单孔抽采半径，减少工作量，增加抽采效果。目前采用使用较多的增透增产措施有深孔松动爆破、水射流割缝技术、水力挤出、水力冲孔技术和井下煤层水力压裂技术等。但这些技术普遍存在作量大、施工工艺复杂、抽采效率低等问题。并且水力化措施虽然可以实现煤层卸压，但部分地方会出现应力集中，影响安全生产。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服上述瓦斯抽采过程中遇到的问题，提供一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，可增加煤层瓦斯的解吸量，减少采掘时瓦斯涌出量，显著提升单孔抽采能力，缩短抽采时间。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，包括如下步骤:(一)实验室测量煤层的物理化学性质，初步设计几组红外参数方案；(二)沿煤层掘出底抽巷或者顶抽巷，然后从底抽巷或顶抽巷向煤层打改造孔，并在改造孔侧边布置抽采钻孔，改造孔和抽采钻孔均为钻穿煤层的穿层钻孔，并且改造孔以及位于改造孔侧边的抽采钻孔组成一个施工单元；(三)将红外线辐射管放置到改造孔的煤层段，红外线辐射管用于发射红外光波并照射改造孔外周圈煤层，对改造孔和抽采钻孔均分别利用封孔管进行封孔作业并将封孔管接到瓦斯抽采管路上，红外线辐射管的红外控制线从改造孔的封孔管中穿出并连接到红外控制器上，(四)打开红外控制器，利用改造孔中的红外线辐射管分别在每组红外参数方案下发射红外光波并照射及加热改造孔外周圈煤层，并在记录每组红外参数方案下的抽采瓦斯浓度和抽采量；(五)对比不同组红外参数方案下的抽采瓦斯浓度和抽采量，选择最优红外参数方案，在最优红外参数方案下对施工单元实施瓦斯抽采。
[0006]在步骤(三)中，改造孔的封孔管先接到三防装置上，然后再连接抽采管。
[0007]改造孔中安放的红外线辐射管为矿用本安防爆型红外线辐射管。
[0008]红外线辐射管发射的红外光的波长在0.760 μ m -1000 μ m之间。
[0009]所述抽采钻孔的布置是由现场测试的红外线辐射管的红外作用半径RjP抽采钻孔的抽采半径Rtl决定，当R PRtl时，布置一个抽采钻孔，当R MRtl时，布置两个抽采钻孔。
[0010]本发明所述的一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，采用了红外控制器和红外线辐射管，红外线辐射管可以发射红外光波，当红外光照射到煤体时，煤体吸附红外线后进行二次热辐射，由于红外线具有较强的穿透能力，所以红外线辐射管发出的红外光波的作用范围比较大，红外光波对煤基质表面吸附的瓦斯进行扰动，增加瓦斯的动能，降低煤的吸附势垒，煤的吸附能力减弱，同时促进煤中瓦斯的解吸，增加解吸量，减少煤中瓦斯的残存量，实验结果表明红外作用下的煤样是不做处理的煤样解吸量的1.2-1.8倍，从而有效的提高了煤层瓦斯的抽采速度，缩短抽采时间。并且本发明所述的一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，方法简单，操作容易，具有广泛的实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是红外线辐射管与改造孔的结构示意图；
图2是实施例1的结构示意图；
图3是图2中的A-A剖视图；
图4是实施例2的结构示意图。
[0012]图5是图4中的B-B剖视图。
【具体实施方式】
[0013]实施例1:
由图1-图3所示的一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，包括如下步骤:(一)实验室测量煤层2的物理化学性质，利用实验室仪器如渗透率测试仪、比表面积孔隙率测定仪、导热系数测定仪和工业分析仪等测量煤层2的渗透率、孔隙率、导热系数、含水率等，为初步设计红外参数方案提供实验依据，然后初步设计几组红外参数方案，红外参数方案包括红外光波的频率和波长，(二)沿煤层2掘出底抽巷7，即在煤层2下面沿走向方向掘出底抽巷7，然后从底抽巷7向煤层2打改造孔3，并在改造孔3两侧分别布置一个抽采钻孔3A，改造孔3和两抽采钻孔3A均为钻穿煤层2的穿层钻孔，改造孔3和两抽采钻孔3A均为从底抽巷7巷道向上施工上行孔，改造孔3和抽采钻孔的成孔深度均为穿透煤层2的煤层2厚度，抽采钻孔3A的布置是由现场测试的红外线辐射管的红外作用半径R1和抽采钻孔的抽采半径Rtl决定，本实施例中由于R !>3^,所有共布置两个抽采钻孔3A，红外线辐射管的红外作用半径RjP抽采钻孔的抽采半径Rtl均为现场测试所得，，改造孔3以及分别位于改造孔3两侧的两抽采钻孔3A组成一个施工单元，所述施工单元共实施数个(为使附图更简洁，本实施例仅示出一个施工单元)；(三)钻孔施工结束后，用铝塑管将红外线辐射管I推送到改造孔3的煤层段内，并且每个施工单元中改造孔3的煤层段内均设置一个红外线辐射管1，红外线辐射管I通过固定器8固定在各自改造孔3的煤层段，红外线辐射管I用于发射红外光波并照射改造孔3外周圈煤层，红外线辐射管I为矿用本安防爆型红外线辐射管1，红外线福射管I为闻红外福射加热管，红外线福射管I发射的红外光的波长在0.760 μ m~1000 μ m之间，将红外线辐射管I的控制线6从改造孔3的封孔管4中穿出，再将封孔管4插入改造孔3的岩层段，并对改造孔3实施封孔作业，对封孔管4以及改造孔3孔壁之间进行注浆封孔，并形成封孔段5，封孔段5的封孔长度应在10~15m，采用现有比较成熟的封孔器封孔，改造孔3的封孔管4先接到三防装置10上，然后将三防装置10接入瓦斯抽采管路；两抽采钻孔内也分别另插入封孔管4并进行封孔作业，并将两抽采钻孔内的封孔管4也接入瓦斯抽采管路，即对改造孔3和两抽采钻孔均分别利用封孔管4进行封孔作业并将所有封孔管4接到瓦斯抽采管路上(三防装置10以及封孔作业均为现有技术，故不详细叙述)；红外线辐射管I的红外控制线6从改造孔3的封孔管4中穿出后连接到红外控制器上(红外控制器图中未示出)，当然，封孔管4上对应红外控制线6设置出线孔9，红外控制线6从出线孔9穿出封孔管4 ;(四)针对其中一个施工单元，打开该施工单元的红外控制器，利用改造孔3中的红外线辐射管I分别在每组红外参数方案下发射红外光波并照射及加热改造孔外周圈煤层，并在记录每组红外参数方案下的抽采瓦斯浓度和抽采量，即利用改造孔3中的红外线辐射管分别发射每组红外参数方案下设定的频率和波长的红外波，利用红外线辐射管发射的红外光波持续的照射改造孔3周圈煤层2，使煤层2温度升高，促进煤层2中的瓦斯解吸，增加游离态的瓦斯，分别在每组红外参数方案下进行瓦斯抽采后记录每组红外参数方案下的抽采瓦斯浓度和抽采量；(五)对比不同组红外参数方案下的抽采瓦斯浓度和抽采量，选择最优红外参数方案，将整个采区所有施工单元的红外参数都调整为最优参数方案，在最优红外参数方案下对施工单元实施瓦斯抽采。
[0014]本发明不拘泥于本实施例所述，所述抽采钻孔的布置是由现场测试的红外线辐射管的红外作用半径R1和抽采钻孔抽采半径R C1决定，当R ^3%时，仅在改造孔3 —侧布置一个抽采钻孔3A即可。
[0015]实施例2:
由图1、图4和图5所示的一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，(一)实验室测量煤层2的物理化学性质，利用实验室仪器如渗透率测试仪、比表面积孔隙率测定仪、导热系数测定仪和工业分析仪等测量煤层2的渗透率、孔隙率、导热系数、含水率等，为初步设计红外参数方案提供实验依据，然后初步设计几组红外参数方案，红外参数方案包括红外光波的频率和波长，(二)沿煤层2掘出顶抽巷11，即在煤层2上面沿走向方向掘出顶抽巷11，然后从顶抽巷11向煤层2打改造孔3，并在改造孔3两侧分别布置一个抽采钻孔，改造孔3和两抽采钻孔均为钻穿煤层2的穿层钻孔，改造孔3和两抽采钻孔3A均为从顶抽巷11巷道向下施工的下行孔，改造孔3和抽采钻孔3A的成孔深度均为穿透煤层2的煤层2厚度，抽采钻孔3A的布置是由现场测试的红外线辐射管的红外作用半径R1和抽采钻孔3A的抽采半径Rtl决定，本实施例中由于R !>3^,所有共布置两个抽采钻孔3A，红外线辐射管的红外作用半径RjP抽采钻孔的抽采半径R ο均为现场测试所得，，改造孔3以及分别位于改造孔3两侧的两抽采钻孔3A组成一个施工单元，所述施工单元共实施数个(为使附图更简洁，本实施例仅示出一个施工单元)；(三)钻孔施工结束后，用铝塑管将红外线辐射管I推送到改造孔3的煤层段内，并且每个施工单元中改造孔3的煤层段内均设置一个红外线辐射管1，红外线辐射管I通过固定器8固定在各自改造孔3的煤层段，红外线辐射管I用于发射红外光波并照射改造孔3外周圈煤层，红外线辐射管I为矿用本安防爆型红外线辐射管1，红外线福射管I为闻红外福射加热管，红外线福射管I发射的红外光的波长在0.760 μ m —1000 μ m之间，将红外线辐射管I的红外控制线6从改造孔3的封孔管4中穿出，再将封孔管4插入改造孔3的岩层段，并对改造孔3实施封孔作业，对封孔管4以及改造孔3孔壁之间进行注浆封孔，并形成封孔段5，封孔段5的封孔长度应在10~15m，采用现有比较成熟的封孔器封孔，改造孔3的封孔管4先接到三防装置10上，然后将三防装置10接入瓦斯抽采管路；两抽采钻孔内也分别另插入封孔管4并进行封孔作业，并将两抽采钻孔内的封孔管4也接入瓦斯抽采管路，即对改造孔3和两抽采钻孔均分别利用封孔管4进行封孔作业并将所有封孔管4接到瓦斯抽采管路上(三防装置10以及封孔作业均为现有技术，故不详细叙述);红外线辐射管I的红外控制线6从改造孔3的封孔管4中穿出后连接到红外控制器上，(红外控制器图中未示出)，当然，封孔管4上对应红外控制线6设置出线孔9，红外控制线6从出线孔9穿出封孔管4 ;(四)针对其中一个施工单元，打开该施工单元的红外控制器，利用改造孔3中的红外线辐射管I分别在每组红外参数方案下发射红外光波并照射及加热改造孔外周圈煤层，并在记录每组红外参数方案下的抽采瓦斯浓度和抽采量，即利用改造孔3中的红外线辐射管分别发射每组红外参数方案下设定的频率和波长的红外波，利用红外线辐射管发射的红外光波持续的照射改造孔3周圈煤层2，使煤层2温度升高，促进煤层2中的瓦斯解吸，增加游离态的瓦斯；(五)对比不同组红外参数方案下的抽采瓦斯浓度和抽采量，选择最优红外参数方案，将整个采区所有施工单元的红外参数都调整为最优参数方案，在最优红外参数方案下对施工单元实施瓦斯抽采。
[0016]本发明所述的一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，红外线辐射管I把电能转化为红外光波，煤吸收红外光波后会以热辐射的形式向外释放能量，向外依次传递能量，从而提高煤层2的温度，促进煤层2中的瓦斯解吸，增加游离态的瓦斯，有利于煤层2中瓦斯流动，在负压的引导下通过抽采管运移出去。本发明增加了煤层2瓦斯的解吸量，减少了采掘时瓦斯涌出量，显著提升单孔抽采能力，从而实现提高抽采效率、缩短抽采时间的目的。
[0017]本发明不拘泥于本实施例所述，所述抽采钻孔的布置是由现场测试的红外线辐射管的红外作用半径R1和抽采钻孔抽采半径R C1决定，当R ^3%时，仅在改造孔3 —侧布置一个抽采钻孔3A即可。
【权利要求】
1.一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，其特征在于:包括如下步骤:(一)实验室测量煤层的物理化学性质，初步设计几组红外参数方案；(二)沿煤层掘出底抽巷或者顶抽巷，然后从底抽巷或顶抽巷向煤层打改造孔，并在改造孔侧边布置抽采钻孔，改造孔和抽采钻孔均为钻穿煤层的穿层钻孔，并且改造孔以及位于改造孔侧边的抽采钻孔组成一个施工单元；(三)将红外线辐射管放置到改造孔的煤层段，红外线辐射管用于发射红外光波并照射改造孔外周圈煤层，对改造孔和抽采钻孔均分别利用封孔管进行封孔作业并将封孔管接到瓦斯抽采管路上，红外线辐射管的红外控制线从改造孔的封孔管中穿出并连接到红外控制器上，(四)打开红外控制器，利用改造孔中的红外线辐射管分别在每组红外参数方案下发射红外光波并照射及加热改造孔外周圈煤层，并在记录每组红外参数方案下的抽采瓦斯浓度和抽采量；(五)对比不同组红外参数方案下的抽采瓦斯浓度和抽采量，选择最优红外参数方案，在最优红外参数方案下对施工单元实施瓦斯抽采。
2.如权利要求1所述的一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，其特征在于:在步骤(三)中，改造孔的封孔管先接到三防装置上，然后再连接抽采管。
3.如权利要求1所述的一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，其特征在于:改造孔中安放的红外线辐射管为矿用本安防爆型红外线辐射管。
4.如权利要求1所述的一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，其特征在于:红外线辐射管发射的红外光的波长在0.760 μ m -1000 μ m之间。
5.如权利要求1所述的一种红外提高煤层瓦斯抽采率的方法，其特征在于:所述抽采钻孔的布置是由现场测试的红外线辐射管的红外作用半径凡和抽采钻孔的抽采半径Ro决定，当札〈3&时，布置一个抽采钻孔，当R >3%时，布置两个抽采钻孔。
【文档编号】E21B43/16GK104481471SQ201410473961
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】刘晓, 李锋, 马耕, 白万备, 梁爽, 韩颖, 李贤忠 申请人:河南理工大学