本發(fā)明涉及煤層瓦斯抽采領(lǐng)域，尤其涉及一種多耦合煤層瓦斯增透抽采方法及抽采裝置。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)煤層氣儲(chǔ)量豐富，煤層氣的抽采不僅可以緩解能源緊缺的局面，還可以保護(hù)環(huán)境和防治瓦斯災(zāi)害。

2、目前，煤層氣的“高儲(chǔ)低滲”的特點(diǎn)一直制約煤層氣工業(yè)的發(fā)展。為解決此問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步研發(fā)出了如下多種增透技術(shù)：

3、1、保護(hù)層開采增透技術(shù)：開采保護(hù)層是通過(guò)先開采無(wú)突出危險(xiǎn)的煤層，來(lái)使被保護(hù)層達(dá)到卸壓消除突出危險(xiǎn)的目的。由于保護(hù)層開采造成的采動(dòng)影響，使其頂板和底板一定范圍內(nèi)的煤(巖)層內(nèi)的瓦斯因卸壓、膨脹同時(shí)產(chǎn)生采動(dòng)裂隙，從而大幅度的增加煤層透氣性，通過(guò)抽采卸壓瓦斯使煤層瓦斯壓力和瓦斯含量大幅降低。

4、2、地面水力壓裂：簡(jiǎn)稱為水力壓裂或壓裂，是一種用于提高地下油、氣藏滲透性和生產(chǎn)效率的技術(shù)。核心原理是利用高壓液體在地層中創(chuàng)造和擴(kuò)展裂縫，從而改善流體(如石油和天然氣)的流動(dòng)路徑，進(jìn)而提升油井或氣井的產(chǎn)量。

5、3、井下水力壓裂技術(shù)：井下水力壓裂必須有巖石段作為保護(hù)，一般通過(guò)底板巷向上部煤層打鉆孔，高壓水通過(guò)鉆孔注入煤層當(dāng)中，當(dāng)煤層在高壓水的作用下致使煤層超過(guò)承受最大破裂壓力時(shí)，裂縫將會(huì)沿著水孔周圍產(chǎn)生，并沿著煤體承受最小垂直應(yīng)力的方向延伸。

6、4、深孔控制預(yù)裂爆破技術(shù)：深孔控制預(yù)裂爆破不同于普通爆破，其特點(diǎn)是利用控制孔增加了爆破孔周圍的自由面，在炸藥的作用下會(huì)產(chǎn)生爆炸空腔，空腔的壁上會(huì)因爆破產(chǎn)生炮徑3倍以上的裂隙。同時(shí)，爆破產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w和高壓瓦斯混合氣體在爆炸力的作用下沿著裂隙共同作用于裂隙面進(jìn)一步形成大量的裂隙網(wǎng)。

7、5、二氧化碳相變致裂提高煤層透氣性技術(shù)：二氧化碳的物理性質(zhì)具有以下特點(diǎn)：在低于31℃、壓力大于7.35mpa時(shí)以液態(tài)存在，但當(dāng)溫度超過(guò)31℃時(shí)開始?xì)饣覊毫﹄S溫度的變化而不斷變化。通過(guò)二氧化碳這一性質(zhì)，將液態(tài)二氧化碳注入爆破管中，通過(guò)觸發(fā)發(fā)熱材料瞬間發(fā)熱使儲(chǔ)液管內(nèi)液態(tài)二氧化碳?xì)饣龎?體積膨脹600倍以上)破壞定壓剪切片，由釋放管噴瞬間噴出高壓、高速的超臨界二氧化碳?xì)怏w破壞煤(巖)體，從而達(dá)到爆破致裂的目的。

8、6、高壓空氣致裂煤體提高煤層透氣性技術(shù)：高壓空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓空氣經(jīng)定向釋放裝置瞬間釋放，形成的高壓空氣流定向壓入煤體，沿煤體原生裂隙流動(dòng)并破碎煤體，促使裂隙擴(kuò)展、延伸，大幅度提高裂隙長(zhǎng)度并形成新的次生裂隙，增大煤體的透氣性，達(dá)到提高低透氣性煤層瓦斯抽采效率的目的。

9、7、水力沖孔：水力沖孔利用高壓水通過(guò)鉆孔作用煤層，破壞煤體結(jié)構(gòu)，使煤體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，沖出煤體使煤層產(chǎn)生更多的空腔，改變了鉆孔周圍應(yīng)力變化，使大量的瓦斯氣體釋放，達(dá)到了局部卸壓，增加了煤層的透氣性，對(duì)煤層抽采效果顯著的作用。

10、8、水力割縫：水力割縫技術(shù)是將高壓水通過(guò)鉆孔對(duì)預(yù)增透的煤體進(jìn)行切割增透，通過(guò)切割使鉆孔產(chǎn)生大量縫隙，提高煤層透性，破壞了煤體的物理結(jié)構(gòu)，提高了單孔瓦斯抽采量，為瓦斯流動(dòng)提供了良好的條件。

11、9、大直徑鉆孔增透技術(shù)：煤層施工鉆孔后其周圍應(yīng)力發(fā)生變化，且鉆孔周邊的卸壓區(qū)域的大小與鉆孔的直徑成正比例關(guān)系。當(dāng)鉆孔直徑增加到一定程度后，可大大增加鉆孔的卸壓半徑，擴(kuò)大煤體的暴露表面積，起到增加煤層透氣性的效果。

12、可知現(xiàn)有的增透技術(shù)多對(duì)單方向的研究，但是煤層環(huán)境復(fù)雜，利用單個(gè)增透技術(shù)產(chǎn)生的裂縫較少，增透效果較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種多耦合煤層瓦斯增透抽采方法及抽采裝置，通過(guò)沖擊波發(fā)生器開縫，形成主干裂縫，再配合注水開分支裂縫，高壓二氧化碳開樹杈裂縫，從而得到樹形裂縫，同時(shí)利用大孔沸石泡沫吸附殘留水，避免對(duì)地下水影響的同時(shí)，支撐裂縫，增加了增透效果。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多耦合煤層瓦斯增透抽采方法，包括以下步驟：

3、s1、制備大孔沸石泡沫，并利用制備的大孔沸石泡沫吸附高壓二氧化碳，大孔沸石泡沫吸附的高壓二氧化碳?jí)毫?5mpa～30mpa；

4、s2、利用高壓管道將吸附有高壓二氧化碳的大孔沸石泡沫輸送至置于煤層底板巖石巷道內(nèi)的高壓存儲(chǔ)罐內(nèi)備用；

5、s3、定向鉆孔以及利用沖擊波同步形成主干裂縫：利用布置于煤層底板巖石巷道內(nèi)的定向鉆機(jī)傾斜向上對(duì)煤層進(jìn)行多段鉆孔，且在伸入煤層段后的每段鉆孔完成后，空心鉆桿退回設(shè)定距離，采用油管推送的方法向空心鉆桿內(nèi)推入環(huán)形沖擊波發(fā)生機(jī)構(gòu)，直至環(huán)形沖擊波發(fā)生機(jī)構(gòu)伸出當(dāng)前段的空心鉆桿且與鉆孔圓周側(cè)接觸，打開環(huán)形沖擊波發(fā)生機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生的沖擊波作用于鉆孔圓周側(cè)的煤層產(chǎn)生主干裂縫，往復(fù)直至鉆孔穿過(guò)煤層段，并進(jìn)入煤層頂板設(shè)定距離后，終止鉆孔，退出空心鉆頭和空心鉆桿；

6、s4、對(duì)鉆孔端面封口，并接入高壓水，利用高壓水沖擊主干裂縫位置，對(duì)主干裂縫進(jìn)行擴(kuò)展、延伸，得到分支裂縫，設(shè)定時(shí)間后，抽出鉆孔內(nèi)的水；

7、s5、將與高壓存儲(chǔ)罐連通的注料管推入鉆孔，且在達(dá)到與主裂縫位置和分支裂縫位置對(duì)準(zhǔn)的位置噴射吸附有高壓二氧化碳的大孔沸石泡沫，吸附有高壓二氧化碳的大孔沸石泡沫進(jìn)入主裂縫和分支裂縫后，高壓二氧化碳釋放，利用釋放高壓二氧化碳產(chǎn)生的沖擊，進(jìn)一步擴(kuò)展、延伸主裂縫和分支裂縫，并在分支裂縫的基礎(chǔ)上形成樹杈裂縫，從而得到樹形結(jié)構(gòu)的裂縫，同時(shí)釋放完畢高壓二氧化碳的大孔沸石泡沫吸附樹形結(jié)構(gòu)的裂縫內(nèi)的殘留水膨脹，支撐樹形結(jié)構(gòu)的裂縫；

8、s6、撤回注料管，在鉆孔位置連通負(fù)壓吸附裝置，抽取瓦斯。

9、優(yōu)選的，步驟s1具體包括以下步驟：

10、s11、制備大孔沸石泡沫：

11、s111、合成naa沸石晶種：首先按照sio2:al2o3:na2o:h2o＝2:1:9:700的配比稱取原料，并將原料溶于去離子水中進(jìn)行攪拌至均勻，然后向去離子水中加入制備完畢的naa沸石晶種，攪拌，利用naa沸石晶種促進(jìn)晶核的形成，然后進(jìn)行水熱晶化設(shè)定時(shí)間，直至得到naa沸石晶種，其中水熱溫度為80°c～120℃，水熱時(shí)間為2天；

12、s112、大孔載體的選擇與預(yù)處理：選取α～al2o3或者γ～al2o3作為大孔載體，并對(duì)大孔載體進(jìn)行清洗、干燥和酸洗，以去除雜質(zhì)并增加表面活性位點(diǎn)；

13、s113、晶種沉積：將由步驟s111合成好的naa沸石晶種通過(guò)涂布、浸漬或噴涂的方式均勻沉積附著到步驟s112制備的大孔載體表面上；

14、s114、二次生長(zhǎng)：將附著有naa沸石晶種的大孔載體在水熱條件下進(jìn)行二次生長(zhǎng)，促使naa沸石晶種在大孔載體表面及孔道內(nèi)部繼續(xù)生長(zhǎng)，形成連續(xù)的沸石層，獲得大孔沸石泡沫，且大孔沸石泡沫的孔隙孔徑為20um～100um，其中水熱條件為：水熱溫度為75℃～85℃，水熱時(shí)間為20小時(shí)～35小時(shí)，真空度為200～300pa；

15、s12、吸附高壓二氧化碳：

16、s121、預(yù)處理：在高溫下脫氣，去除占據(jù)大孔沸石泡沫的孔隙的殘留氣體或水分，其中溫度條件為180℃～200°；

17、s122、高壓氣體導(dǎo)入：將預(yù)處理后的大孔沸石泡沫置于高壓容器后，引入高壓二氧化碳?xì)怏w，在設(shè)定條件下二氧化碳分子被大孔沸石泡沫的微孔和介孔吸附，直至達(dá)到吸附平衡，其中，設(shè)定條件為：溫度為50℃～100℃，壓力為80bar～150bar，時(shí)間為10h～15h；

18、s123、將制備完畢的大孔沸石泡沫存儲(chǔ)至高壓料倉(cāng)內(nèi)部。

19、優(yōu)選的，在步驟s3中，每段鉆孔的長(zhǎng)度為5m～10m；空心鉆桿退回設(shè)定距離不小于環(huán)形沖擊波發(fā)生機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度；沖擊波的強(qiáng)度為180mpa～199mpa；鉆孔穿過(guò)煤層段并進(jìn)入煤層頂板設(shè)定距離為50cm～100cm。

20、優(yōu)選的，在步驟s4中，高壓水的水壓為0.5mpa～1mpa，水溫為110℃～120℃。

21、所述的一種多耦合煤層瓦斯增透抽采方法的抽采裝置，包括置于煤層底板巖石巷道內(nèi)的鉆孔裝置、沖擊波產(chǎn)生裝置、高壓水注入裝置以及大孔沸石泡沫注入裝置，其中鉆孔裝置為定向鉆機(jī)，定向鉆機(jī)的輸出端依次設(shè)置有至少一段空心鉆桿和空心鉆頭；

22、沖擊波產(chǎn)生裝置包括穿入空心鉆桿內(nèi)部的至少一段連接桿以及設(shè)置于連接桿伸入空心鉆桿一端的環(huán)形沖擊波發(fā)生機(jī)構(gòu)，環(huán)形沖擊波發(fā)生機(jī)構(gòu)包括圍繞連接桿呈圓周陣列布置的多個(gè)沖擊波發(fā)生器，多個(gè)沖擊波發(fā)生器均經(jīng)徑向彈性伸縮桿與連接桿固定連接，且每段連接桿分別與每段空心鉆桿對(duì)準(zhǔn)。

23、優(yōu)選的，徑向彈性伸縮桿包括一端與連接桿的外圓周側(cè)固定連接的外管、與外管的另一端徑向滑動(dòng)連接的內(nèi)管以及設(shè)置于外管和內(nèi)管之間的壓縮彈簧，內(nèi)管遠(yuǎn)離外管的一端固定有沖擊波發(fā)生器。

24、優(yōu)選的，高壓水注入裝置包括儲(chǔ)水箱和第一加壓泵，儲(chǔ)水箱的上下兩端分別連通有回水管和注水管，回水管上設(shè)置有抽水泵，注水管上設(shè)置有第一加壓泵，注水管和回水管遠(yuǎn)離儲(chǔ)水箱的一端均設(shè)置有封口環(huán)，封口環(huán)的一側(cè)凸出形成封口柱，封口柱與鉆孔內(nèi)壁適配，且封口柱面向鉆孔內(nèi)壁的一側(cè)設(shè)置有環(huán)形氣囊。

25、優(yōu)選的，大孔沸石泡沫注入裝置包括高壓存儲(chǔ)罐和與高壓存儲(chǔ)罐連通的第二加壓泵，高壓存儲(chǔ)罐上設(shè)置有壓力傳感器，壓力傳感器經(jīng)控制器與第二加壓泵電性連接；

26、高壓存儲(chǔ)罐的頂端設(shè)置有進(jìn)料口，進(jìn)料口經(jīng)高壓管道與置于地面上的高壓料倉(cāng)連通，高壓管道上設(shè)置有氣流發(fā)生器；

27、高壓存儲(chǔ)罐的頂端設(shè)置有出料口，出料口與注料管的一端連通，注料管的另一端伸入鉆孔內(nèi)部，且伸入鉆孔內(nèi)部的注料管的一端為盲端，且注料管靠近盲端一端的內(nèi)圓周側(cè)設(shè)置有螺旋導(dǎo)向通道，注料管上且對(duì)應(yīng)螺旋導(dǎo)向通道的出料端的位置開設(shè)有出料口。

28、優(yōu)選的，出料口與注料管的外圓周側(cè)相切。

29、本發(fā)明具有以下有益效果：

30、1、通過(guò)沖擊波發(fā)生器開縫，形成主干裂縫，再配合注水開分支裂縫，高壓二氧化碳開樹杈裂縫，從而得到樹形裂縫，同時(shí)利用大孔沸石泡沫吸附殘留水，避免對(duì)地下水影響的同時(shí)，支撐裂縫，增加了增透效果；

31、2、在每段鉆孔完成后，同步利用沖擊波發(fā)生器沖擊煤層，形成主干裂縫，相比于傳統(tǒng)的鉆孔加工完成后，再一次性的利用沖擊波進(jìn)行裂縫，分段式?jīng)_擊波裂縫的，可避免沖擊集中造成的瓦斯突出，同時(shí)便于根據(jù)鉆桿長(zhǎng)度掌握沖擊波發(fā)生的位置，便于后續(xù)的樹杈裂縫位置的確定。

32、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。