一种煤矿井下原位液气两相注热增渗促解方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯抽采，具体涉及一种煤矿井下原位液气两相注热增渗促解方法

背景技术：

1、煤炭是我国的主体能源，是能源保供与安全的“稳定器”与“压舱石”，但我国煤层瓦斯普遍具有非均质性、高瓦斯、低储层压力、低渗透性和低含气饱和度等特点，煤矿瓦斯仍是煤矿重特大灾害事故的首要致灾因素和影响厚煤层高产高效安全开采的主要因素。随着煤矿智能化的推进，采掘工作面的工作效率日益提高，对煤层瓦斯的治理效果提出了更高的要求，尤其是迫切需要降低煤层的可解吸量，如何增加煤层的渗透率和有效降低煤层可解吸含量已成为增产和煤矿安全生产的关键。煤层气(煤矿瓦斯)以游离和吸附两种状态存在于煤体内，煤体对瓦斯有很大的吸附能力，煤体中所含瓦斯的体积可以达到煤本身体积的30倍～40倍，如何将吸附状态的瓦斯解吸并抽采出来成为重点研究的方向。煤层增透方法除了卸压解吸以外，升温也是有效促进煤层气解吸的方法。通过向煤层中注入热介质使得瓦斯活性增大，从而促进煤层气的解吸和运移，温度升高也可增加煤层的渗透率，降低煤层的可解吸量。

2、申请公布号为：cn112412410a、申请公布日为：2021.02.26的中国发明专利公开了一种煤层钻孔注热强化促抽方法，通过专用封孔器向注热孔内注入高温、高压的氮气，邻近的抽采孔一直在正常瓦斯抽采，保证加热后煤体逸出气体被及时抽走，强化瓦斯抽采效果。该专利文献注入高温、高压的氮气，但氮气的定容比热容仅为0.741j/(kg·k)，与煤的比热容1.00～1.26×103j/(kg·k)相比，增加煤体温度的难度很大。

3、申请公布号为：cn107701157a、申请公布日为：2018.02.16中国发明专利公开了一种井下注热改造煤层物理特性的装置及方法，水经过净化-软化器处理后，由高压水泵注入电加热器，在高压状态下由电加热器对水进行加热，产生过热水沿注热管路和注热钻孔的封孔管注入煤层，水进入煤层后随压力降低，部分转化为水蒸气，过热水及水蒸气沿煤层裂缝渗流并加热煤层，释放热量后的水汇入到抽采钻孔，排出煤层。申请公布号为：cn114704234a、申请公布日为：2022.07.05的中国发明专利公开了一种井下相邻钻孔交替循环注热抽采瓦斯的方法，从井下的巷帮或钻场向煤层施工相互间隔的a组钻孔和b组钻孔，先以a组钻孔为注热钻孔向煤层注入过热水，当注热半径等于或大于相邻钻孔间距的一半时，停止注热并进行保温，24h后将b组钻孔作为注热钻孔继续注热，a组钻孔改为抽采钻孔，连接抽采系统抽采瓦斯。该两项专利文献的过热水温度为150～300℃，作业人员在煤矿井下密闭空间进行高温作业危险增大，且水浸煤的自燃特性增强，更易发生自然发火事故。

4、申请公布号为：cn113586132a、申请公布日为2021.11.02的中国发明专利公开了一种低渗透强吸附性煤体注热治理瓦斯方法，在煤体上打上注热孔和抽采孔，通过注热管向注热孔内注热，注热介质为压风，压风会使煤体与空气会发生氧化或预氧化，容易在注气过程中或开采过程中发生煤炭自燃。

5、综上所述，现有技术中通常采用煤层注热压风、过热水及水蒸气、高温氮气的方法，没有考虑不同物质比热容、引发次生灾害、煤矿井下狭小空间内高温作业危险等问题，与煤矿现场需求差异较大，不利于推广应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种煤矿井下原位液气两相注热增渗促解方法，包括以下步骤：

2、步骤1、从煤矿井下巷道向煤层施工若干个钻孔，若干个钻孔交替设置为注热钻孔和抽采钻孔，抽采钻孔接入煤矿瓦斯抽采系统；

3、步骤2、采取增渗措施以增加煤层裂隙并使注热钻孔和抽采钻孔之间的煤体形成立体缝网；

4、步骤3、将水溶液加热至60℃～100℃后，由注热钻孔沿高温高压水溶液注入方向以持续动压方式向煤层注入，注入压力保持为10mpa～50mpa，注入流量不低于12m3/h，水驱瓦斯、煤体升温解吸瓦斯和水溶液的气液混合物经立体缝网进入抽采钻孔；水溶液包含用于煤层增渗的酸液、用于阻化煤层自燃的阻化剂、用于提升煤体湿润性的表面活化剂，其中酸液质量占比为5～10％、阻化剂质量占比为5～15％、表面活化剂质量占比为2～8％；

5、步骤4、采用气水分离除渣器对抽采钻孔中的气液混合物进行气水分离和除渣处理；气水分离得到的瓦斯气体由煤矿瓦斯抽采系统进行抽采；气水分离、除渣得到的水溶液从抽采钻孔流出并重新调整浓度；

6、步骤5、重复步骤3-4直至抽采钻孔附近的煤体温度与注入的水溶液的温度差小于10℃；

7、步骤6、将注热钻孔和抽采钻孔同时接入煤矿瓦斯抽采系统进行计量抽采作业，直至瓦斯抽采纯量降低到初始抽采纯量的20％；

8、步骤7、由注热钻孔沿高温高压氮气注入方向向煤层注入高温高压氮气进行高压驱替作业，同时抽采钻孔接入煤矿瓦斯抽采系统进行高负压抽采作业。

9、进一步，步骤7中，高温高压氮气注入煤层的方式为间歇式保压方式，氮气纯度不低于97％，温度为85℃，氮气初始压力为2.5mpa，当注热钻孔中氮气压力低于初始压力60％时，向注热钻孔中补入氮气直至达到初始压力。

10、进一步，步骤7中，高温高压氮气注入煤层的方式为持续性保压方式，氮气纯度不低于97％，氮气温度不低于50℃，氮气压力不低于2.5mpa，流量不低于600m3/h。

11、进一步，步骤3中，水溶液的温度为85℃，注入压力为35mpa。

12、进一步，步骤6中，注热钻孔和抽采钻孔负压不低于13kpa。

13、进一步，步骤3中，所述水溶液包含植物酸液、卤化镁和十八烷基硫酸钠。

14、进一步，相邻所述钻孔间距为煤层瓦斯抽采半径的2倍～10倍。

15、进一步，步骤2中所述增渗措施为水力割缝与间隔式立体分段压裂措施。

16、进一步，步骤2中所述增渗措施为深孔预裂爆破措施。

17、进一步，步骤3中将水溶液以间歇式保压方式向煤层注入，水溶液初始压力为10mpa～50mpa，当注热钻孔中水溶液压力低于初始压力60％时，向注热钻孔中补入水溶液直至达到初始压力。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、(1)抽采初期注入的高温水溶液比热容较大，能够迅速提升煤体温度；控制水溶液在60℃～100℃的温度范围，适用于煤矿井下实际作业环境，避免高温作业风险和诱导煤炭自燃危险。

20、(2)水溶液内含有用于煤层增渗的酸液、用于阻化煤层自燃的阻化剂、用于提升煤体湿润性的表面活化剂；酸液能够与煤体内碳酸盐类物质反应形成新的瓦斯扩散通道；阻化剂能够降低煤氧化活性从而降低煤体自然发火的可能性；表面活化剂能够降低水溶液表面张力并提高对煤炭的湿润性能，降低煤体空隙对高温水溶液的阻力，提升对煤体的加热效果。

21、(3)抽采后期注入高温高压氮气对煤体瓦斯进行置换和驱替，提高瓦斯抽采效果和降低煤体吸附瓦斯的数量，降低煤层回采过程中的解吸量和涌出量，有效解决矿井“抽-掘-采”失调的问题。煤体内的吸附瓦斯被氮气置换，回采后遗煤吸附的氮气解吸释放，对采空区遗煤自燃产生抑制作用，能够解决厚煤层瓦斯与火共治难题。氮气属于惰性气体，不会与注水后的煤体发生氧化反应，有效避免了煤层自然发火，而且高温高压氮气可以再次提升降温后煤体的温度，降低煤体对瓦斯的吸附作用。