軟煤儲(chǔ)層瓦斯強(qiáng)化抽采對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦瓦斯抽采和煤層氣地面開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種軟煤儲(chǔ)層瓦斯強(qiáng)化抽采對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國煤層經(jīng)歷了多期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，煤的原生結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，形成了碎裂結(jié)構(gòu)、碎粒結(jié)構(gòu)和糜棱結(jié)構(gòu)等不同的構(gòu)造煤，其中碎粒煤和糜棱煤俗稱“軟煤”，同時(shí)也是煤與瓦斯突出重災(zāi)區(qū)，故又稱為“突出煤”，該類煤的主要特點(diǎn)是瓦斯含量高、煤粒度小、殘余力學(xué)強(qiáng)度低、滲透率低、水敏性強(qiáng)。煤礦井下瓦斯治理中，常采用密集鉆孔或者保護(hù)層等高額經(jīng)濟(jì)投入換取有限的抽采率。地面煤層氣開發(fā)主要是采用水力壓裂技術(shù)，但軟煤存在的水敏與支撐劑嵌入傷害抵消了水力強(qiáng)化效果，因此還鮮有在軟煤發(fā)育區(qū)成功的先例，也被稱為煤層氣開發(fā)的禁區(qū)。目前不論是地面煤層氣開發(fā)還是井下瓦斯治理，雖然采取了多種強(qiáng)化增透技術(shù)，如水力壓裂和裸眼洞穴等，但對(duì)于構(gòu)造破壞嚴(yán)重的軟煤還沒有相應(yīng)有效的技術(shù)手段。本實(shí)驗(yàn)裝置針對(duì)此問題，避開軟煤本身，設(shè)計(jì)了一套從煤層頂板進(jìn)行間接強(qiáng)化，并對(duì)比水力壓裂和爆破兩種常用措施的抽采效果，探索一種適合軟煤儲(chǔ)層的瓦斯強(qiáng)化抽采技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種便于操作、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠的軟煤儲(chǔ)層瓦斯強(qiáng)化抽采對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:軟煤儲(chǔ)層瓦斯強(qiáng)化抽采對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置，包括軟煤儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)、高壓注氣平衡系統(tǒng)、水力壓裂系統(tǒng)、爆破控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)米集記錄系統(tǒng)；
所述的軟煤儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)包括箱體17，箱體17內(nèi)盛裝有與軟煤層粒度相同的煤粉12，煤粉12上表面設(shè)有模擬的煤層頂板的不同類型巖石試樣13 ；
所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)11、水力/爆破壓力監(jiān)測系統(tǒng)和瓦斯抽采流量監(jiān)測系統(tǒng)組成，水力/爆破壓力監(jiān)測系統(tǒng)包括第一壓力表4和壓力接收器15 ;瓦斯流量監(jiān)測系統(tǒng)包括瓦斯抽采流量表6、流量控制閥9和流量接收器16，計(jì)算機(jī)11分別連接有第一數(shù)據(jù)信號(hào)線22和第二數(shù)據(jù)信號(hào)線23，第一壓力表4和壓力接收器15設(shè)在第一數(shù)據(jù)信號(hào)線22上，壓力接收器15位于第一壓力表4和計(jì)算機(jī)11之間，瓦斯抽采流量表6和流量接收器16設(shè)在第二數(shù)據(jù)信號(hào)線23上，流量接收器16位于瓦斯抽采流量表6和計(jì)算機(jī)11之間，瓦斯抽采流量表6與箱體17頂部之間設(shè)有瓦斯溢出管24，流量控制閥9設(shè)在瓦斯溢出管24上；所述的高壓注氣平衡系統(tǒng)包括氣瓶10、第二壓力表5、氣體閥門8和氣體加壓泵3，氣瓶10的出氣口通過第一高壓氣管18與氣體加壓泵3的進(jìn)氣口連接，氣體加壓泵3的出氣口連接有穿過箱體17并伸入到煤粉12內(nèi)的第二高壓氣管19，第二壓力表5和氣體閥門8沿氣流方向設(shè)在第二高壓氣管19上； 所述的水力壓裂系統(tǒng)包括水箱1、高壓水泵2和進(jìn)水控制閥7，水箱I的出口通過第一高壓水管20與高壓水泵2的進(jìn)口連接，高壓水泵2的與箱體17之間設(shè)有第二高壓水管21，進(jìn)水控制閥7和第一壓力表4沿水流方向順次設(shè)在第二高壓水管21上；
所述的爆破控制裝置包括兼顧爆破控制和填裝炸藥功能的爆破控制器14，爆破控制器14設(shè)在箱體17頂部。
[0005]軟煤儲(chǔ)層瓦斯強(qiáng)化抽采對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟:
(1)、在箱體17內(nèi)裝入模擬軟煤儲(chǔ)層的煤粉12，在煤粉12上方鋪設(shè)不同類型的巖石試樣13模擬軟煤的頂板，并連接上高壓注氣平衡系統(tǒng)、水力壓裂系統(tǒng)、爆破控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)米集記錄系統(tǒng)；
(2)、打開氣瓶10、氣體閥門8和氣體加壓泵3將甲烷氣體注入軟煤層，并通過第二壓力表5記錄進(jìn)氣壓力，用計(jì)時(shí)工具記錄進(jìn)氣時(shí)間，注氣完成后，關(guān)閉氣瓶10和氣體加壓泵3，進(jìn)氣結(jié)束之后，靜置一段時(shí)間之后完成注氣平衡；
(3)、注氣平衡之后，打開進(jìn)水控制閥7和高壓水泵2，向箱體17內(nèi)部注入高壓水，然后結(jié)合第一壓力表4、壓力接收器15和計(jì)算機(jī)11觀察壓力數(shù)據(jù)變化，判斷是否將煤層的模擬頂板壓裂；
(4)、壓裂完成后，關(guān)閉進(jìn)水控制閥7和高壓水泵2，打開瓦斯抽采流量控制閥9，通過瓦斯抽采流量表6、流量接收器16和計(jì)算機(jī)11實(shí)時(shí)監(jiān)測水力壓裂后的瓦斯抽采量變化，并在計(jì)算機(jī)11上繪制瓦斯抽采流量數(shù)據(jù)曲線；
(5)、數(shù)據(jù)記錄完成之后，將箱體17內(nèi)煤粉12和巖石試樣13移除，重復(fù)步驟I和2;
(6)、注氣平衡完成之后，關(guān)閉進(jìn)水控制閥7打開爆破控制器14裝入定量炸藥，通過爆破控制器14引爆箱體17內(nèi)預(yù)置炸藥，結(jié)合第一壓力表4、壓力接收器15和計(jì)算機(jī)11觀察爆破過程中壓力數(shù)據(jù)變化；
(7)、爆破完成之后，打開流量控制閥9，通過瓦斯抽采流量表6、流量接收器16和計(jì)算機(jī)11實(shí)時(shí)監(jiān)測爆破后的瓦斯抽采量變化，并在計(jì)算機(jī)上繪制瓦斯抽采流量數(shù)據(jù)曲線；
(8)、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，清理現(xiàn)場回收材料，對(duì)比兩次流量數(shù)據(jù)曲線，驗(yàn)證強(qiáng)化抽采模擬效果。
[0006]所述水力壓裂系統(tǒng)和爆破控制系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，每次進(jìn)行作業(yè)時(shí)只能對(duì)煤層進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)測試，且兩個(gè)系統(tǒng)測試的軟煤模擬儲(chǔ)層以及注氣的壓力、時(shí)間和注氣之后的平衡時(shí)間完全相同，測試結(jié)束之后通過計(jì)算機(jī)11保留數(shù)據(jù)，然后更換軟煤再進(jìn)行另外一個(gè)系統(tǒng)測試，測試完之后同樣保留數(shù)據(jù)，測試結(jié)束之后，兩個(gè)測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出強(qiáng)化抽采的模擬效果。
[0007]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種軟煤儲(chǔ)層瓦斯強(qiáng)化抽采的對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)裝置上面對(duì)于軟煤的兩個(gè)增透方式的模擬，并且可以對(duì)比出增透后的抽采效果，為尋求適合軟煤的增透方式提供依據(jù)。本發(fā)明首先制備與實(shí)際軟煤儲(chǔ)層的煤樣粒度及頂板相似的模擬系統(tǒng)，通過高壓注氣建立軟煤與瓦斯平衡系統(tǒng)，在相同的條件下分別采用水力壓裂系統(tǒng)和爆破控制系統(tǒng)對(duì)軟煤的頂板進(jìn)行強(qiáng)化，依據(jù)數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)對(duì)兩種強(qiáng)化措施進(jìn)行分析，對(duì)比兩種強(qiáng)化增透方法對(duì)軟煤儲(chǔ)層的瓦斯抽采效果。
[0008]本發(fā)明便于操作、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、易于組裝、實(shí)用性強(qiáng)、結(jié)合測試系統(tǒng)多、測試時(shí)間短，能夠很好的模擬研究水力壓裂和爆破這兩種增透方式對(duì)于軟煤的增透效果，為尋求適合軟煤的增透方式提供很好的實(shí)驗(yàn)支撐。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1所示，本發(fā)明的軟煤儲(chǔ)層瓦斯強(qiáng)化抽采對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置，包括軟煤儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)、高壓注氣平衡系統(tǒng)、水力壓裂系統(tǒng)、爆破控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)。
[0011]軟煤儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)包括箱體17，箱體17內(nèi)盛裝有與軟煤層粒度相同的煤粉12，煤粉12上表面設(shè)有模擬的煤層頂板的不同類型巖石試樣13。
[0012]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)11、水力/爆破壓力監(jiān)測系統(tǒng)和瓦斯抽采流量監(jiān)測系統(tǒng)組成，水力/爆破壓力監(jiān)測系統(tǒng)包括第一壓力表4和壓力接收器15 ;瓦斯流量監(jiān)測系統(tǒng)包括瓦斯抽采流量表6、流量控制閥9和流量接收器16，計(jì)算機(jī)11分別連接有第一數(shù)據(jù)信號(hào)線22和第二數(shù)據(jù)信號(hào)線23，第一壓力表4和壓力接收器15設(shè)在第一數(shù)據(jù)信號(hào)線22上，壓力接收器15位于第一壓力表4和計(jì)算機(jī)11之間，瓦斯抽采流量表6和流量接收器16設(shè)在第二數(shù)據(jù)信號(hào)線23上，流量接收器16位于瓦斯抽采流量表6和計(jì)算機(jī)11之間，瓦斯抽采流量表6與箱體17頂部之間設(shè)有瓦斯溢出管24，流量控制閥9設(shè)在瓦斯溢出管24上。
[0013]高壓注氣平衡系統(tǒng)包括氣瓶10、第二壓力表5、氣體閥門8和氣體加壓泵3，氣瓶10的出氣口通過第一高壓氣管18與氣體加壓泵3的進(jìn)氣口連接，氣體加壓泵3的出氣口連接有穿過箱體17并伸入到煤粉12內(nèi)的第二高壓氣管19，第二壓力表5和氣體閥門8沿氣流方向設(shè)在第二高壓氣管19上。
[0014]水力壓裂系統(tǒng)包括水箱1、高壓水泵2和進(jìn)水控制閥7，水箱I的出口通過第一高壓水管20與高壓水泵2的進(jìn)口連接，高壓水泵2的與箱體17之間設(shè)有第二高壓水管21，進(jìn)水控制閥7和第一壓力表4沿水流方向順次設(shè)在第二高壓水管21上。
[0015]爆破控制裝置包括兼顧爆破控