一種老空區(qū)抽采煤層氣的系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種老空區(qū)抽采煤層氣的系統(tǒng)及方法，屬于抽采煤層氣技術領域。
【背景技術】
[0002]目前我國主要采用地面鉆井對老空區(qū)內(nèi)殘留煤層氣進行抽采，抽采效果并不理想，當煤層氣產(chǎn)量下降后地面鉆井往往直接被棄用，然而事實上此時棄用地面鉆井并沒有把地下大量的煤層氣充分抽采利用，地下存在的大量未被采出的煤炭中仍吸附著大量可利用煤層氣。這部分煤層氣由吸附狀態(tài)解吸轉(zhuǎn)為游離狀態(tài)需要一定時間，此時若棄用地面鉆井則大量煤層氣被棄采，此時若持續(xù)抽采則抽采上的瓦斯純度不高，達到煤層氣的利用仍需地面提純，這無疑增加了成本。
[0003]據(jù)統(tǒng)計，長期大規(guī)模的煤炭開采給山西留下了為數(shù)眾多的廢棄礦井和面積巨大的老空區(qū)，截止2013年底，山西省共有4700余處廢棄礦井，老空區(qū)面積已達5000平方公里，瓦斯儲量約30億立方米。瓦斯是一種清潔能源，對老空區(qū)殘留煤層氣的能源化利用，可有效緩解我國天然氣供應不足的局面，并且具有良好的環(huán)境效益與經(jīng)濟效益。目前，老空區(qū)瓦斯主要由地面向采空區(qū)上部裂隙帶內(nèi)施工地面鉆井以抽采老空區(qū)瓦斯，此種方法鉆井施工過程中施工難度大、事故發(fā)生率高、成孔率低、產(chǎn)量小、成本大，而且僅僅可抽采單一老空區(qū)的瓦斯。亟需開發(fā)一種施工難度小、事故發(fā)生率低且產(chǎn)量大、成本小的老空區(qū)殘留煤層氣的抽采方法。
[0004]近年來，隨著煤層開采技術的不斷發(fā)展，煤炭開采后遺留下大量老空區(qū)，而這些老空區(qū)很多處于煤層氣資源量豐富的煤田。由于歷史原因使得我國存在很多由于小煤礦開采形成的采空區(qū)，這些礦區(qū)存在著煤炭回采率較低，老空區(qū)遺煤較多，殘留煤體長期釋放出數(shù)量可觀的煤層氣資源未被有效利用的問題，開采利用這一部分煤礦老空區(qū)內(nèi)瓦斯意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種老空區(qū)抽采煤層氣的系統(tǒng)及方法，克服了傳統(tǒng)地面鉆井穿越采空區(qū)施工難度大、事故發(fā)生率高、成孔率低的難題，提高了煤層氣抽采量、延長地面鉆井單井有效服務年限。
[0006]本發(fā)明是采用以下技術方案實現(xiàn)的:
本發(fā)明提供了一種老空區(qū)抽采煤層氣的系統(tǒng)，包括抽采鉆井、抽采管、注漿管、閥門1、閥門I1、閥門II1、增壓泵、N2儲氣罐、集氣罐、壓力表、三通管、注漿泵，所述抽采鉆井通往煤柱底部，抽采管通過抽采鉆井送至煤柱底部；抽采鉆井接近地面處由聚氨酯密封，地面上方抽采管連接三通管，三通管一端依次設有地面抽采站、閥門II，另一端依次設有凡儲氣罐、增壓泵、集氣罐、壓力表、閥門I，抽采管底端設有擋板，注漿管上依次設有注漿站、閥門III。
[0007]上述系統(tǒng)中，所述抽采管插入煤柱內(nèi)的范圍為篩管段，篩管段均勻設有孔。所述抽采管底部的擋板處于煤柱與巖石的交界處，所述注漿管距擋板的距離為5~10米。
[0008]本發(fā)明提供了一種老空區(qū)抽采煤層氣的方法，采用上述裝置，包括以下步驟:
O由地面向相鄰采空區(qū)空洞間的煤柱處進行施工抽采鉆井，鉆孔打至煤柱底部，依次向抽采鉆井內(nèi)送入注漿管、注氣管；
2)打開閥門III，開啟注漿站，直至水泥砂漿液面高于擋板7~12米時，關閉閥門III;
3)待水泥砂漿充分凝固后，開啟增壓泵，直至壓力表示數(shù)為50~60MPa時，打開閥門I;待壓力表示數(shù)驟降時，持續(xù)注氣30~60min ；
4)打開閥門II，由地面抽采站經(jīng)抽采管對煤層氣進行抽采，記錄初始瓦斯流量，記為
A；
5)待煤層氣流量下降至初始瓦斯流量A的30%時，關閉閥門II，打開閥門I，由地面N2儲氣罐經(jīng)過氣體增壓泵向抽采管注入N2，持續(xù)3~5h，關閉閥門I，放置24~30h;
6)打開閥門II，繼續(xù)由地面抽采站經(jīng)抽采管對煤層氣進行抽采；
7)當煤層氣流量再次下降至初始瓦斯流量A的30%時重復步驟5)、6)，直至煤層氣流量最終下降至初始瓦斯流量A的16%時，關閉閥門II停止煤層氣抽采。
[0009]上述方法中，所述鉆孔打至煤柱底部距底板0.5~lmo
[0010]上述方法中，所述步驟3)中抽采鉆井的直徑為250?350mm，抽采管和注漿管的直徑為100?15Ctam0
[0011]上述方法中，所述步驟7)中注入的隊的壓強為0.5~2MPa，注入氣體時間為12~24ho本發(fā)明的有益效果:
(I)傳統(tǒng)地面鉆井由于穿透采空區(qū)，所以存在鉆井施工過程中施工難度大、事故發(fā)生率高、成孔率低的難題，本發(fā)明向煤柱處打鉆施工鉆孔，避免了上述難題；(2)傳統(tǒng)地面鉆井有效服務周期較短、煤層氣抽采量低，本發(fā)明有效提高了老空區(qū)煤層氣抽采量，并延長了地面鉆井有效服務年限，節(jié)約了經(jīng)濟成本獲得更大收益；(3)有效提高了抽采上來的煤層氣濃度，減少了煤層氣工業(yè)化利用仍需分離提純這部分的成本；(4)利用高壓氮氣壓裂煤柱的同時再利用氮氣驅(qū)替煤層氣，增加煤層氣產(chǎn)量可謂一舉兩得。
【附圖說明】
[0012]圖1為老空區(qū)抽采煤層氣的系統(tǒng)示意圖。
[0013]圖中:1、抽采鉆井，2、采空區(qū)空洞，3、煤柱，4、注漿管，5、抽采管，6、聚氨酯板，7、閥門III，8、閥門I，9、集氣罐，10、壓力表，11、增壓泵，12、隊儲氣罐，13、閥門II，14、地面抽采站，15、注漿站，16、篩管段，17、三通管，18、擋板。
【具體實施方式】
[0014]下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。
[0015]本發(fā)明提供了一種老空區(qū)抽采煤層氣的系統(tǒng)，包括抽采鉆井1、抽采管5、注漿管4、閥門I 8、閥門II 13、閥門III 7、增壓泵11、N2儲氣罐12、集氣罐9、壓力表10、三通管17、注漿站15，所述抽采鉆井I通往煤柱3底部，抽采管5通過抽采鉆井I送至煤柱3底部；抽采鉆井I接近地面處由聚氨酯板6密封，地面上方抽采管5連接三通管17，三通管17 —端依次設有地面抽采站14、閥門II 13，另一端依次設有N2儲氣罐12、增壓泵11、集氣罐9、壓力表10、閥門I 8，抽采管5底端設有擋板18，注漿管4地面上方依次設有注漿站15、閥門Ill 7