兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂及施工方法

摘要

本发明提出一种兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂及施工方法，兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂由A组分和B组分组成，A组分和B组分的体积比为1:1，A组分由盐酸和水组成，B组分由碳酸氢钠、过硫酸钠、N‑甲基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和水组成。本发明的有益效果：本发明的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的施工方法，应用本发明的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂，A组分、B组分分别注入煤层的封闭空间内，A组分和B组分反应，实现自增压，促进液体进入煤层裂隙中，防止煤炭自燃，改善煤层裂隙和孔隙结构，提高煤层渗透性，提高煤层瓦斯释放速度，为煤层瓦斯的抽采和煤炭的安全开采创造了良好的条件。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿安全生产及瓦斯抽采技术领域，特别是涉及一种兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂及施工方法。

背景技术

矿井瓦斯爆炸和煤层自燃是煤矿主要灾害之一。在我国很多矿区，这两种灾害呈现共生的趋势，如铜川、义马、鹤岗、阳泉、鸡西、淮南、淮北等主要矿区的多对矿井开采煤层瓦斯含量高，同时自燃危险也较大。为了解决这一问题，一般采用预抽瓦斯的方法对其进行治理。但是，针对低透气性差且易自燃煤层，存在瓦斯难以抽采，且当采动裂隙场过大时易引发自燃的问题，因此如何解决在增加煤层透气性的同时还能防止煤炭自燃就非常重要了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂及施工方法，解决目前在增加煤层透气性的同时还能防止煤炭自燃的问题。

本发明提供一种兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂，兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂由A组分和B组分组成，A组分和B组分的体积比为1:1，A组分由盐酸和水组成，B组分由碳酸氢钠、过硫酸钠、N-甲基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和水组成。

进一步的，A组分中盐酸的质量百分比浓度范围为3％-10％。

进一步的，B组分中碳酸氢钠的质量分数范围为3％-7％。

进一步的，B组分中过硫酸钠的质量百分比浓度范围为1％-10％。

进一步的，B组分中N-甲基吡咯烷酮的质量分数范围为30％-50％。

进一步的，B组分中十二烷基苯磺酸钠的质量百分比浓度为0.5％。

进一步的，A组分中盐酸的质量百分比浓度为5％，B组分中碳酸氢钠的质量分数为5％，B组分中过硫酸钠的质量百分比浓度为5％，B组分中N-甲基吡咯烷酮的质量分数为50％，B组分中十二烷基苯磺酸钠的质量百分比浓度为0.5％。

本发明提供还提供一种兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的施工方法，应用上述的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂，包括以下步骤：

步骤一、在待抽采煤层中进行钻孔，将两根试剂注射管安装在抽采管上，试剂注射管的一端靠近抽采管的一端，将抽采管以及两根试剂注射管一起伸入钻孔内；

步骤二、用封孔装置将钻孔封孔，抽采管的另一端以及试剂注射管的另一端均从钻孔露出，抽采管的另一端经阀门、气液分离器连接抽采系统，一根试剂注射管的另一端经A气动泵连接A组分试剂箱，A组分试剂箱内装有兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂中的A组分，另一根试剂注射管的另一端经B气动泵连接B组分试剂箱，B组分试剂箱内装有兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂中的B组分；

步骤三、关闭抽采管上的阀门，启动A气动泵和B气动泵，A组分试剂箱内兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂中的A组分经A气动泵、试剂注射管进入钻孔内，B组分试剂箱内兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂中的B组分经B气动泵、试剂注射管进入钻孔内，A组分与B组分按体积比为1:1混合反应；

步骤四、待A组分与B组分反应一段时间后，打开抽采管上的阀门，气体夹带的液体通过气液分离器分离，气体进入抽采系统。

进一步的，步骤二中，抽采管的另一端设置有压力表；步骤三中，向钻孔内注射A组分和B组分，待压力表显示钻孔内压力达到1MPa时停止向钻孔内注射A组分和B组分。

进一步的，A气动泵、B气动泵均为双缸气动泵。

与现有技术相比，本发明的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂及施工方法具有以下特点和优点：

本发明的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的施工方法，应用本发明的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂，试剂反应产生二氧化碳形成自增压过程，从而使试剂更容易进入裂隙中，同时反应生成的二氧化碳和氯化钠具有防止煤炭自燃的作用；试剂可以与煤中的活性基团反应，产生惰性基团和硫酸钠，从而起到预防煤炭自燃作用；试剂可以消解煤中的矿物质和有机小分子物质，促使煤层产生更多的裂隙和更大的孔隙，提高了煤层的渗透性；试剂产生的二氧化碳和一定的热量促进了瓦斯解析流动，提高了瓦斯解析的速率。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的施工方法的施工布置示意图；

其中，1、煤层，2、钻孔，3、抽采管，4、试剂注射管，5、封孔装置，6、高压软管，71、A双缸气动泵，72、B双缸气动泵，8、A组分试剂箱，9、压力表，10、阀门，11、气液分离器，12、B组分试剂箱。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂，兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂由A组分和B组分组成，A组分和B组分的体积比为1:1，A组分由盐酸和水组成，B组分由碳酸氢钠、过硫酸钠、N-甲基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和水组成。

本实施的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂，其配制过程如下：按重量比，取质量百分比浓度为20％的盐酸溶液50份加入150份的水中形成A组分，A组分中盐酸的质量百分比浓度为5％。按重量比，取碳酸氢钠(固体)10份，取过硫酸钠(固体)10份，取十二烷基苯磺酸钠(固体)1份，取水79份，将碳酸氢钠、过硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠溶解在水中形成溶液，然后再取N-甲基吡咯烷酮100份，将其与上述溶液混合均匀形成B组分，B组分中碳酸氢钠的质量分数为5％，过硫酸钠的质量百分比浓度为5％，N-甲基吡咯烷酮的质量分数为50％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分比浓度为0.5％。

参照图1，本实施例的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂，将其注入煤层1中，其整体的作用机理可以通过以下三个化学方程式表达：

(1)NaHCO₃+HCl＝NaCl+CO₂↑+H₂O

A组分与B组分分别注入煤层1的密闭空间内，A组分中的盐酸和B组分中的碳酸氢钠在煤层1的密闭空间内混合后会产生CO₂，形成自增压过程，从而使B组分和部分未反应的A组分在二氧化碳的推动下更容易进入煤层1的裂隙中，同时反应生成的二氧化碳和氯化钠具有防止煤炭自燃的作用。

(2)2HCl+CaCO₃(煤中矿物质)＝CaCl₂+CO₂↑+H₂O

进入煤层1的裂隙后，A组分中的未反应的盐酸与煤中的矿物质继续发生反应产生CO₂,增大煤层1中的裂隙和孔隙，提高煤储层的导流能力。

(3)Na₂S₂O₈+煤中活性基团＝Na₂SO₄+稳定的基团+H₂O+热量

B组分中的过硫酸钠可以与煤中活性基团反应，生成稳定的基团和硫酸钠，两者同时起到防止煤炭自燃的目的，同时反应产生一定的热量，不仅利于瓦斯的解析，更利于N-甲基吡咯烷酮(NMP)对煤中的小分子进行溶解抽提，起到煤层1的扩孔增透作用。

参照图1，本实施例还提供一种兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的施工方法，应用上述的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂，包括以下步骤：

步骤一、在待抽采煤层1中进行钻孔作业，将两根试剂注射管4安装在抽采管3上，试剂注射管4的一端靠近抽采管3的一端，将抽采管3以及两根试剂注射管4一起伸入钻孔2内；

步骤二、用封孔装置5将钻孔2封孔，抽采管3的另一端以及试剂注射管4的另一端均从钻孔2露出，抽采管3的另一端经阀门10、气液分离器11连接抽采系统，抽采管3的另一端还设置有压力表9，压力表9位于阀门10的内侧，用于在注入A组分、B组分时通过压力表9监测钻孔2内的压力，一根试剂注射管4的另一端连接高压软管6，高压软管6经A双缸气动泵71连接A组分试剂箱8，A组分试剂箱8内装有兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂中的A组分，另一根试剂注射管4的另一端连接高压软管6，高压软管6经B双缸气动泵72连接B组分试剂箱12，B组分试剂箱12内装有兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂中的B组分；

步骤三、关闭抽采管3上的阀门10，启动A双缸气动泵71和B双缸气动泵72，A组分试剂箱8内兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂中的A组分经A双缸气动泵71、试剂注射管4进入钻孔2内，B组分试剂箱12内兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂中的B组分经B双缸气动泵72、试剂注射管4进入钻孔2内，向钻孔2内注射A组分和B组分，待压力表9显示钻孔2内压力达到1MPa时停止向钻孔2内注射A组分和B组分，控制A双缸气动泵71、B双缸气动泵72的输出流量，使A组分与B组分按体积比为1:1混合反应；

步骤四、待A组分与B组分反应一段时间后，打开抽采管3上的阀门10，气体(主要为瓦斯)夹带的液体通过气液分离器11分离，气体(主要为瓦斯)进入抽采系统。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于，兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂的配制过程如下：按重量比，取质量百分比浓度为20％的盐酸溶液30份加入170份的水中形成A组分，A组分中盐酸的质量百分比浓度为3％。按重量比，取碳酸氢钠(固体)6份，取过硫酸钠(固体)8份，取十二烷基苯磺酸钠(固体)1份，取水115份，将碳酸氢钠、过硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠溶解在水中形成溶液，然后再取N-甲基吡咯烷酮70份，将其与上述溶液混合均匀形成B组分，B组分中碳酸氢钠的质量分数为3％，过硫酸钠的质量百分比浓度为4％，N-甲基吡咯烷酮的质量分数为35％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分比浓度为0.5％。

实施例3

本实施例与实施例1的区别之处在于，兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂的配制过程如下：按重量比，取质量百分比浓度为20％的盐酸溶液70份加入130份的水中形成A组分，A组分中盐酸的质量百分比浓度为7％。按重量比，取碳酸氢钠(固体)14份，取过硫酸钠(固体)2份，取十二烷基苯磺酸钠(固体)1份，取水123份，将碳酸氢钠、过硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠溶解在水中形成溶液，然后再取N-甲基吡咯烷酮60份，将其与上述溶液混合均匀形成B组分，B组分中碳酸氢钠的质量分数为7％，过硫酸钠的质量百分比浓度为1％，N-甲基吡咯烷酮的质量分数为30％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分比浓度为0.5％。

实施例4

本实施例与实施例1的区别之处在于，兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂的配制过程如下：按重量比，取质量百分比浓度为20％的盐酸溶液100份加入100份的水中形成A组分，A组分中盐酸的质量百分比浓度为10％。按重量比，取碳酸氢钠(固体)14份，取过硫酸钠(固体)20份，取十二烷基苯磺酸钠(固体)1份，取水85份，将碳酸氢钠、过硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠溶解在水中形成溶液，然后再取N-甲基吡咯烷酮80份，将其与上述溶液混合均匀形成B组分，B组分中碳酸氢钠的质量分数为7％，过硫酸钠的质量百分比浓度为10％，N-甲基吡咯烷酮的质量分数为40％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分比浓度为0.5％。

实施例1至4中的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的施工方法应用各实施例中的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂，试剂反应产生二氧化碳形成自增压过程，从而使试剂更容易进入煤层1的裂隙中，同时反应生成的二氧化碳和氯化钠具有防止煤炭自燃的作用；试剂可以与煤中的活性基团反应，产生惰性基团和硫酸钠，从而起到预防煤炭自燃作用；试剂可以消解煤中的矿物质和有机小分子物质，促使煤层1产生更多的裂隙和更大的孔隙，提高了煤层1的渗透性；试剂产生的二氧化碳和一定的热量促进了瓦斯解析流动，提高了瓦斯解析的速率。实施例1至4中的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的施工方法应用各实施例中的兼具煤层自燃阻化与瓦斯抽采增透的试剂，在防止煤炭自燃的同时，提高了煤层1的渗透性，增强了瓦斯解析的速率，从而为煤层1中瓦斯的安全抽采及煤炭安全开采提供了良好的条件。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。