專利名稱：一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的系統(tǒng)及其方法，屬于礦井瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤層開采后，采場上覆煤巖層中會形成豎向破斷裂隙和層間離層裂隙，為水及瓦斯等流體流動提供了通道。地面鉆井是一種高效的瓦斯抽采方式，在負壓作用下通過豎向破斷裂隙和層間離層裂隙抽采煤礦井下采空區(qū)以及回采工 作面的瓦斯，減少回采工作面的瓦斯涌出量，降低工作面上隅角及回風巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛?。在瓦斯抽采過程中，地面鉆井從采空區(qū)及回采工作面抽采的瓦斯不可避免地會攜帶少量的巖粉、煤塵等微顆粒雜物，這些微顆粒隨瓦斯在裂隙內(nèi)運動的過程中會沉降在裂隙通道斷面或方向發(fā)生較大改變的區(qū)域(如裂隙交界區(qū)域、裂隙縮徑區(qū)域)，隨著瓦斯抽采的不斷進行，沉降微顆粒會逐漸增多形成堆積效應，最終甚至會封堵裂隙，隔斷瓦斯的流動通道；地層中含水層涌水會通過豎向破斷裂隙緩慢滲入采空區(qū)，在緩慢滲流過程中，水中所攜帶的煤屑和巖屑等雜物會附著在裂隙壁面上，甚至會隔斷裂隙通道?；谏鲜鲈颍@井抽采后期(工作面推過鉆井150m之后)瓦斯流動通道阻力增大，瓦斯抽采流量大幅度降低，使得造價昂貴的鉆井抽采效率下降甚至被迫停止抽采。目前，在鉆井抽采采動卸壓瓦斯技術(shù)領(lǐng)域，尚沒有有效的方法解決由于瓦斯的流動通道不暢而造成的瓦斯流量降低的難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的系統(tǒng)及其方法，能有效地疏通鉆井下段井身周圍裂隙帶內(nèi)的瓦斯流動通道，從而提高瓦斯抽采流量。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的系統(tǒng)，包括壓氣系統(tǒng)和注水系統(tǒng)，所述的壓氣系統(tǒng)包括空氣壓縮機、進氣控制閥、主管控制閥、出氣控制閥、空氣增壓泵、單向閥、主管路、壓力表、卸壓閥和密封裝置，主管路上依次設(shè)有主管控制閥、單向閥、壓力表和卸壓閥，主管路上靠近主管控制閥的一端與空氣壓縮機連接，空氣增壓泵裝在旁通管路上，空氣增壓泵通過旁通管路與主管控制閥并聯(lián)，進氣控制閥設(shè)在空氣壓縮機與空氣增壓泵之間的旁通管路上，出氣控制閥設(shè)在空氣增壓泵與單向閥之間的旁通管路上；所述的注水系統(tǒng)包括水泵和注水管，水泵與注水管的一端連接。進一步，壓氣系統(tǒng)還包括瓦斯流量計，瓦斯流量計裝在單向閥和密封裝置之間的主管路上。進一步，注水系統(tǒng)還包括流量計，流量計裝在注水管上。一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的方法，該方法的具體步驟是a.當?shù)孛驺@井的瓦斯抽采流量大幅度降低時，將注水系統(tǒng)中注水管的一端插入瓦斯抽采管內(nèi)，通過注水系統(tǒng)中的水泵向鉆井中間歇式的注入大量清水；b.待間歇式注水完成后，拆除注水系統(tǒng)，將壓氣系統(tǒng)中主管路通過密封裝置連接到地面鉆井中的瓦斯抽采管，完成后開啟空氣壓縮機；c.開啟壓氣系統(tǒng)主管路上的主管控制閥，關(guān)閉旁通管路上的進氣控制閥和出氣控制閥，通過空氣壓縮機向地面鉆井內(nèi)壓入壓力為O. 5 I. 5MPa的壓縮空氣，壓入時間為30 60min ；d.開啟壓氣系統(tǒng)旁通管路上的進氣控制閥和出氣控制閥，關(guān)閉主管路上的主管控制閥，開啟空氣增壓泵，通過空氣壓縮機和空氣增壓泵向地面鉆井內(nèi)壓入壓力為2. 5
3.5MPa的壓縮空氣，壓入時間為30 60min，完成后關(guān)閉空氣增壓泵；e.循環(huán)步驟c和d，使壓氣總時間為5 IOh ;
f.關(guān)閉壓氣系統(tǒng)的空氣壓縮機和空氣增壓泵，開啟主管路上的卸壓閥，當?shù)孛驺@井內(nèi)殘存的壓縮空氣從卸壓閥完全流出后，拆除井口密封裝置和壓氣系統(tǒng)，將地面抽采系統(tǒng)連接到瓦斯抽采管，重新開始抽采瓦斯。進一步，注水系統(tǒng)注水的流量不小于O. 5m3/min，注水lOmin，停注5min，反復循環(huán)，使注水總量不小于50m3，或者待井內(nèi)液面上升至井口時停止注水。進一步，間歇式注水結(jié)束24h后，安裝壓氣系統(tǒng)并開啟空氣壓縮機。本發(fā)明的有益效果是當?shù)孛驺@井瓦斯抽采流量大幅度降低時，通過向鉆井內(nèi)間歇性注水和循環(huán)壓入2種不同氣壓的高壓空氣，能將沉降以及附著在瓦斯流動通道中的煤屑和巖屑等微顆粒沖出，有效地疏通鉆井下段井身周圍裂隙帶內(nèi)的瓦斯流動通道，從而提高瓦斯抽采流量；另外本方法操作簡單，使用方便，成本低，不僅提高了地面鉆井抽采采動卸壓瓦斯量，而且延長了地面鉆井的有效抽采瓦斯時間及服務時限。


圖I是本發(fā)明的壓氣系統(tǒng)的安裝示意圖；圖2是本發(fā)明的注水系統(tǒng)的安裝示意圖。圖中1、空氣壓縮機，2、進氣控制閥，3、主管控制閥，4、出氣控制閥，5、空氣增壓泵，6、單向閥，7、旁通管路，8、主管路，9、壓力表，10、卸壓閥，11、瓦斯流量計，12、密封裝置，13、瓦斯抽采管，14、地面鉆井，15、注水管，16、流量計，17、水泵。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖I和圖2所示，一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的系統(tǒng)，包括壓氣系統(tǒng)和注水系統(tǒng)，所述的壓氣系統(tǒng)包括空氣壓縮機I、進氣控制閥2、主管控制閥3、出氣控制閥4、空氣增壓泵5、單向閥6、主管路8、壓力表9、卸壓閥10和密封裝置12，主管路8上依次設(shè)有主管控制閥3、單向閥6、壓力表9和卸壓閥10，主管路8上靠近主管控制閥3的一端與空氣壓縮機I連接，空氣增壓泵5裝在旁通管路7上，空氣增壓泵5通過旁通管路7與主管控制閥3并聯(lián)，進氣控制閥2設(shè)在空氣壓縮機I與空氣增壓泵5之間的旁通管路7上，出氣控制閥4設(shè)在空氣增壓泵5與單向閥6之間的旁通管路7上；所述的注水系統(tǒng)包括水泵17和注水管15，水泵17與注水管15的一端連接。
優(yōu)選的壓氣系統(tǒng)還包括瓦斯流量計11，瓦斯流量計11裝在單向閥6和密封裝置12之間的主管路8上，這樣就可以便于瓦斯流量的觀察。優(yōu)選的注水系統(tǒng)還包括流量計16，流量計16裝在注水管15上，這樣就可以便于流
量的觀察。一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的方法，該方法的具體步驟是a.當?shù)孛驺@井14的瓦斯抽采流量大幅度降低時，將注水系統(tǒng)中注水管15的一端插入瓦斯抽采管13內(nèi)，通過注水系統(tǒng)中的水泵17向鉆井中間歇式的注入大量清水；注入鉆井的水在靜水壓力作用下通過裂隙通道流入采空區(qū)，在流動過程中可把堵塞裂隙的微顆粒雜物攜帶至采空區(qū)，從而實現(xiàn)疏通裂隙帶內(nèi)瓦斯流動通道的目的；間歇式注水可改變水在裂隙通道中的流動速度并產(chǎn)生沖擊作用，以提高疏通裂隙的能力；b.待間歇式注水完成后，拆除注水系統(tǒng)，將壓氣系統(tǒng)中主管路8通過密封裝置12 連接到瓦斯抽采管13，完成后開啟空氣壓縮機I ;c.開啟壓氣系統(tǒng)主管路8上的主管控制閥3，關(guān)閉旁通管路7上的進氣控制閥2和出氣控制閥4，通過空氣壓縮機I向地面鉆井14內(nèi)壓入壓力為O. 5 I. 5MPa的壓縮空氣，壓入時間為30 60min;向鉆井內(nèi)壓入高壓氣體的目的是吹出殘留在裂隙通道中的水，同時吹出未被水沖出裂隙的微顆粒雜物；d.開啟壓氣系統(tǒng)旁通管路7上的進氣控制閥2和出氣控制閥4，關(guān)閉主管路8上的主管控制閥3，開啟空氣增壓泵5，通過空氣壓縮機I和空氣增壓泵5向地面鉆井14內(nèi)壓入壓力為2. 5 3. 5MPa的壓縮空氣，壓入時間為30 60min，完成后關(guān)閉空氣增壓泵5 ；e.循環(huán)步驟c和d，使壓氣總時間為5 10h，循環(huán)壓入2種不同壓力的高壓氣體可提高氣體在裂隙通道中攜帶水和微顆粒雜物的能力；f.關(guān)閉壓氣系統(tǒng)的空氣壓縮機I和空氣增壓泵5，開啟主管路8上的卸壓閥10，當?shù)孛驺@井14內(nèi)殘存的壓縮空氣從卸壓閥10完全流出后，拆除井口密封裝置12和壓氣系統(tǒng)，將地面抽采系統(tǒng)連接到瓦斯抽采管13，重新開始抽采瓦斯。優(yōu)選注水系統(tǒng)的注水的流量不小于O. 5m3/min，注水lOmin，停注5min，反復循環(huán)，注水總量不小于50m3，或者待井內(nèi)液面上升至井口時停止注水，以保證注水沖出巖層裂隙通道中堵塞雜物的總體效果。作為本發(fā)明的一種改進，間歇式注水結(jié)束24h后，安裝壓氣系統(tǒng)，這樣能使大部分或全部注入鉆井的水通過巖層中裂隙流入采空區(qū)，以沖出更多的堵塞雜物。采用本發(fā)明進行增產(chǎn)的鉆井，純瓦斯流量由I. lm3/min上升并保持在8. 0m3/min左右，瓦斯抽采流量已恢復至正常水平；抽采負壓降低，表明瓦斯流動通道阻力減??；濃度由50%上升至75%個別時段甚至達到82%，有效地從而提高瓦斯抽采流量，而且延長了地面鉆井的有效抽采瓦斯時間及有效服務時限。
權(quán)利要求
1.一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的系統(tǒng)，其特征在于，包括壓氣系統(tǒng)和注水系統(tǒng)，所述的壓氣系統(tǒng)包括空氣壓縮機(I)、進氣控制閥(2)、主管控制閥(3)、出氣控制閥(4)、空氣增壓泵(5)、單向閥(6)、主管路(8)、壓力表(9)、卸壓閥(10)和密封裝置(12)，主管路(8)上依次設(shè)有主管控制閥(3)、單向閥(6)、壓力表(9)和卸壓閥(10)，主管路(8)上靠近主管控制閥(3 )的一端與空氣壓縮機(I)連接，空氣增壓泵(5 )裝在旁通管路(7 )上，空氣增壓泵(5 )通過旁通管路(7 )與主管控制閥(3 )并聯(lián)，進氣控制閥(2 )設(shè)在空氣壓縮機(I)與空氣增壓泵(5)之間的旁通管路(7)上，出氣控制閥(4)設(shè)在空氣增壓泵(5)與單向閥(6)之間的旁通管路(7)上；所述的注水系統(tǒng)包括水泵(17)和注水管(15)，水泵(17)與注水管(15)的一端連接。
2.如權(quán)利要求I所述的一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的系統(tǒng)，其特征在于，所述的壓氣系統(tǒng)還包括瓦斯流量計(11)，瓦斯流量計(11)裝在單向閥(6)和密封裝置(12)之間的主管路(8 )上。
3.如權(quán)利要求I所述的一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的系統(tǒng)，其特征在于，所述的注水系統(tǒng)還包括流量計(16),流量計(16)裝在注水管(15)上。
4.一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的方法，其特征在于，該方法的具體步驟是 a.當?shù)孛驺@井(14)的瓦斯抽采流量大幅度降低時，將注水系統(tǒng)中注水管(15)的一端插入瓦斯抽采管(13)內(nèi)，通過注水系統(tǒng)中的水泵(17)向鉆井中間歇式的注入大量清水； b.待間歇式注水完成后，拆除注水系統(tǒng)，將壓氣系統(tǒng)中主管路(8)通過密封裝置(12)連接到地面鉆井(14)中的瓦斯抽采管(13)，完成后開啟空氣壓縮機(I)； c.開啟壓氣系統(tǒng)主管路(8)上的主管控制閥(3)，關(guān)閉旁通管路(7)上的進氣控制閥(2)和出氣控制閥(4)，通過空氣壓縮機(I)向地面鉆井(14)內(nèi)壓入壓力為O. 5 1.5MPa的壓縮空氣，壓入時間為30 60min ； d.開啟壓氣系統(tǒng)旁通管路(7)上的進氣控制閥(2)和出氣控制閥(4)，關(guān)閉主管路(8)上的主管控制閥(3)，開啟空氣增壓泵(5)，通過空氣壓縮機(I)和空氣增壓泵(5)向地面鉆井(14)內(nèi)壓入壓力為2. 5 3. 5MPa的壓縮空氣，壓入時間為30 60min，完成后關(guān)閉空氣增壓泵(5); e.循環(huán)步驟c和d，使壓氣總時間為5 IOh; f.關(guān)閉壓氣系統(tǒng)的空氣壓縮機(I)和空氣增壓泵(5)，開啟主管路(8)上的卸壓閥(10)，當?shù)孛驺@井(14)內(nèi)殘存的壓縮空氣從卸壓閥(10)完全流出后，拆除井口密封裝置(12)和壓氣系統(tǒng)，將地面抽采系統(tǒng)連接到瓦斯抽采管(13)，重新開始抽采瓦斯。
5.如權(quán)利要求4所述的一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的方法，其特征在于，所述的注水系統(tǒng)注水的流量不小于O. 5m3/min,注水lOmin，停注5min，反復循環(huán)，使注水總量不小于50m3,或者待井內(nèi)液面上升至井口時停止注水。
6.如權(quán)利要求4或5所述的一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的方法，其特征在于，所述的間歇式注水結(jié)束24h后，安裝壓氣系統(tǒng)并開啟空氣壓縮機(I)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于瓦斯抽采鉆井增產(chǎn)的系統(tǒng)及其方法，屬于礦井瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域，其具體步驟是a.通過注水系統(tǒng)間歇式向地面鉆井中注入大量清水，完成后拆除注水系統(tǒng)；b.注水結(jié)束24h后,安裝壓氣系統(tǒng)；c.向鉆井內(nèi)壓入壓力為0.5～1.5MPa的壓縮空氣，壓入時間為30～60min；d.向鉆井內(nèi)壓入壓力為2.5～3.5MPa的壓縮空氣，壓入時間為30～60min；e.循環(huán)重復步驟c和d，使壓入壓縮空氣的總時間為5～10h;f.完成后，拆除壓氣系統(tǒng)，并將瓦斯抽采管連接到地面抽采系統(tǒng)，重新開始抽采瓦斯。有益效果是能有效地疏通裂隙帶中的瓦斯流動通道，從而提高瓦斯抽采流量。
文檔編號E21F7/00GK102913274SQ201210440200
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者周福寶, 劉應科, 崔光磊, 史波波 申請人:中國礦業(yè)大學