一種二氧化碳爆破設(shè)備及驅(qū)替瓦斯的煤礦開采系統(tǒng)及方法

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明屬于瓦斯治理領(lǐng)域，涉及一種二氧化碳爆破設(shè)備及驅(qū)替瓦斯的煤礦開采系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

[0002] 我國大部分煤礦煤層滲透系數(shù)較低，且瓦斯含量較高，瓦斯治理難度大，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)安全。瓦斯抽采技術(shù)是煤礦日常生產(chǎn)中治理瓦斯災(zāi)害的常用方法，強化抽采瓦斯技術(shù)及配套裝備對低透氣性的高瓦斯礦井和突出危險煤層礦井尤為重要。

[0003] 隨著人們對瓦斯治理技術(shù)深入研究，許多新的煤礦開采方法被提出來，其主要原理為破壞地層裂隙結(jié)構(gòu)、提高透氣性，從而實現(xiàn)瓦斯氣體的高效抽采，提高抽采率。目前較為成熟的開采技術(shù)有：水力沖孔、水力壓裂、水力割縫法、深孔預(yù)裂爆破等增透工藝技術(shù)。但是上述技術(shù)同時也存在一些問題，如水力壓裂法在頂?shù)装鍡l件較差的條件下，容易造成地層嚴(yán)重失穩(wěn)破壞，不但消耗水量巨大，壓裂液還污染地下水源；水力割縫法效果顯著，適用于水平孔及上向孔作業(yè)，但消耗水量巨大，對未開采儲層影響很大；深孔爆破法的炸藥爆破的危險性大，易引起瓦斯爆炸。

[0004] 現(xiàn)有的二氧化碳爆破設(shè)備及驅(qū)替瓦斯的開采實驗系統(tǒng)具有以下幾個方面缺點：(1)研究對象主要針對二氧化碳，很少有針對空氣和氮氣的，空氣和氮氣比二氧化碳施工安全性更高、成本更低。(2)致裂和驅(qū)替設(shè)備是單獨分離的，造成了設(shè)備成本的增加，且巷道空間狹小，不利于過多大型設(shè)備存放。(3)有的設(shè)備操作不方便，不能對實驗過程進(jìn)行更好地控制，甚至存在安全隱患，給試驗研究的開展帶來極大不便。

發(fā)明內(nèi)容

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種二氧化碳爆破設(shè)備及驅(qū)替瓦斯的煤礦開采系統(tǒng)及方法，可以靈活選擇成本更低，安全性更高的氣體進(jìn)行致裂及驅(qū)替瓦斯，且致裂和驅(qū)替設(shè)備集成在一起，節(jié)省成本和占用空間。

[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

[0007] 一種二氧化碳爆破設(shè)備及驅(qū)替瓦斯的煤礦開采系統(tǒng)，包括依次連接的氣源罐、高壓泵和高壓儲氣罐；

[0008] 氣源罐的氣體為二氧化碳、氮氣，空氣及其他氣體中的單一種類氣體，或者多種氣體的混合；

[0009] 高壓儲氣罐輸出端分為兩路，第一路采用致裂管依次連接有高壓控制閥和其中一個注氣管；第二路依次連接有減壓閥、低壓儲氣罐和另一個注氣管；

[0010] 兩個注氣管固定設(shè)置在煤層的孔眼內(nèi)，注氣管周圍設(shè)置有抽氣管。

[0011] 優(yōu)選的，氣源罐輸入端連接有第一閥，氣源罐和高壓泵之間連接有第一過濾器和第二閥，高壓泵和高壓儲氣罐之間連接有第三閥和第一溫度計。

[0012] 優(yōu)選的，高壓儲氣罐側(cè)面設(shè)置有安全閥和第四閥。

[0013] 優(yōu)選的，高壓儲罐通過致裂管依次連接有第一壓力計、第五閥，第五閥輸出端分為兩路，第一路通過致裂管依次連接有高壓控制閥、第一止回閥、第二過濾器和其中一個注氣管；

[0014] 第二路依次連接有減壓閥、第二溫度計、第二壓力計、低壓儲氣罐、第七閥、第二止回閥、第三壓力計、第三過濾器和另一個注氣管；

[0015] 低壓儲氣罐側(cè)面設(shè)置有第六閥。

[0016] 優(yōu)選的，致裂管內(nèi)徑為0.5?20cm，最大可承受30MPa以上。

[0017] 優(yōu)選的，注氣管和抽氣管的管外壁位于煤層孔口的部位，和煤層采用孔口密封的方式固定，注氣管和抽氣管位于煤層孔內(nèi)部的管外壁與煤層密封接觸面采用內(nèi)部封孔的方式固定。

[0018] 優(yōu)選的，注氣管或抽氣管周面設(shè)置有0個或多個孔，多個孔以螺旋式進(jìn)行排列、單向等間隔形式進(jìn)行排列或雙向等間隔對稱排列。

[0019] 優(yōu)選的，注氣管和抽氣管采用多點法排布，注氣管位于多個抽氣管中間位置。

[0020] 一種基于上述任意一項所述系統(tǒng)的二氧化碳爆破設(shè)備及驅(qū)替瓦斯的煤礦開采方法，包括以下步驟；

[0021] 步驟一，在煤層中鉆孔，放置注氣管與抽氣管；

[0022] 步驟二，向氣源罐注入氣體，將氣體注入高壓泵，再將加壓氣體注入高壓儲氣罐中；

[0023] 步驟三，若進(jìn)行致裂，則關(guān)閉減壓閥，打開高壓控制閥，高壓氣體進(jìn)入注氣管，進(jìn)行二氧化碳爆破設(shè)備；若進(jìn)行驅(qū)替，則關(guān)閉高壓控制閥，打開減壓閥，氣體氣壓減小到驅(qū)替壓力，氣體注入低壓儲氣罐后，氣體再進(jìn)入注氣管，進(jìn)行氣體驅(qū)替。

[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

[0025] 本發(fā)明將致裂和驅(qū)替設(shè)備集成在一起，作為兩個支路連接高壓儲氣罐，節(jié)省設(shè)備使用成本，減少了系統(tǒng)的占用空間，并且致裂和驅(qū)替設(shè)備集成在一起，方便進(jìn)行操作控制；通過氣源罐輸送到系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行致裂或者驅(qū)替的氣體種類，可以是二氧化碳、氮氣，空氣及其他氣體中的單一種類氣體，或者多種氣體的混合，可以靈活選擇成本更低，安全性更高的氣體。

[0026] 進(jìn)一步，注氣管和抽氣管管外壁與煤層密封接觸面，采用內(nèi)部封孔與孔口封口相結(jié)合的方式固定。內(nèi)部封孔是將強裂隙帶封到封孔段外側(cè)，以此防止注入的氣體泄漏，改善致裂、驅(qū)替生產(chǎn)效果，提高抽采效率；孔口密封是對封孔管起到固定作用，防止封孔管受高壓而產(chǎn)生晃動或斷裂，從而影響致裂或抽采效果。