本發(fā)明屬于煤礦安全生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑。
背景技術(shù)：
：2011年10月16日由國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局、國家煤礦安全監(jiān)察局以安監(jiān)總煤裝〔2011〕163號印發(fā)《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》有下列情況之一的礦井必須進(jìn)行瓦斯抽采，并實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)：（一）開采有煤與瓦斯突出危險煤層的；（二）一個采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于5m/min或者一個掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量大于3m/min的；（三）礦井絕對瓦斯涌出量大于或等于40m/min的；（四）礦井年產(chǎn)量為1.0～1.5Mt，其絕對瓦斯涌出量大于30m/min的；（五）礦井年產(chǎn)量為0.6～1.0Mt，其絕對瓦斯涌出量大于25m/min的；（六）礦井年產(chǎn)量為0.4～0.6Mt，其絕對瓦斯涌出量大于20m/min的；（七）礦井年產(chǎn)量等于或小于0.4Mt，其絕對瓦斯涌出量大于15m/min的。預(yù)抽瓦斯效果應(yīng)當(dāng)滿足如下標(biāo)準(zhǔn)：1．對瓦斯涌出量主要來自于開采層的采煤工作面，評價范圍內(nèi)煤的可解吸瓦斯量滿足表1規(guī)定的，判定采煤工作面評價范圍瓦斯抽采效果達(dá)標(biāo)。表1采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)工作面日產(chǎn)量（t）可解吸瓦斯量（m/t）≤1000≤81001～2500≤72501～4000≤64001～6000≤5.56001～8000≤58001～10000≤4.5>10000≤4由于我國大部分礦區(qū)煤層透氣性偏低，對于大型以上高瓦斯礦井，采煤工作面瓦斯預(yù)抽通常效率較低，直接預(yù)抽煤層瓦斯時鉆孔有效抽采半徑小，抽采效果差，瓦斯抽采周期長，往往以密集布孔、高工程投入為代價進(jìn)行預(yù)抽。地面煤層氣水力壓裂增透：選定壓裂的煤層后在地面上用泵產(chǎn)生高壓水流，從鉆孔進(jìn)入煤層，把煤層中原有的裂縫撐開，繼續(xù)壓入水流，使煤層中被撐開的裂縫向四周發(fā)展，與此同時，在水中加入篩過的沙子，把它當(dāng)作支撐劑，送進(jìn)煤層中被撐開的裂縫里，當(dāng)壓裂結(jié)束，壓裂用水返排后沙子仍然留在煤層中支撐開的裂縫中。水力壓裂造成瓦斯流動的通道從鉆孔底部向四周延伸到一百多米遠(yuǎn)的地方。使煤層的鉆孔排放瓦斯范圍擴(kuò)大，因而瓦斯涌出量也增加。地面煤層氣水力壓裂技術(shù)依靠物理作用增透，主要應(yīng)用于煤較硬、透氣性較好的煤儲層增透，工程成本較高。井下水力壓裂增透：井下水力壓裂原理與地面水力壓裂相同，但是受井下空間限制，只能采用小型設(shè)備進(jìn)行壓裂，功率小，難以實(shí)現(xiàn)在水中加入沙子當(dāng)支撐劑送進(jìn)煤層中被撐開的裂縫里。同樣依靠物理作用增透，主要應(yīng)用于煤較硬、透氣性較好的煤儲層增透，工程成本不高，但是效果通常沒有地面壓裂顯著。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑。主要目的是通過地面鉆井或井下鉆孔將煤儲層增透劑壓入煤儲層裂隙及孔隙，利用次氯酸鈉水溶液對煤良好的氧化溶蝕性，擴(kuò)大和疏通煤儲層裂隙、孔隙，提高煤儲層透氣性，從而達(dá)到煤儲層增透增產(chǎn)的效果。為實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑，由組分A、組分B和水組成，其中組分A為次氯酸鈉固體或者次氯酸鈉溶液，組分B為pH調(diào)節(jié)劑，pH調(diào)節(jié)劑為濃度小于10%的鹽酸或硫酸；所述基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑中有效氯離子濃度為1%-6%，pH值為9-13。所述組分A為次氯酸鈉固體，次氯酸鈉固體與pH調(diào)節(jié)劑和水的質(zhì)量配比為：次氯酸鈉固體：pH調(diào)節(jié)劑：水=1-7：1-10：100。所述組分A為次氯酸鈉溶液，其有效氯離子濃度≤15%。所述基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑中有效氯離子濃度為6%，pH值為9。采用次氯酸鈉發(fā)生器電解低濃度食鹽水溶液的方法現(xiàn)場制備次氯酸鈉溶液，將濃度為3~6%稀食鹽水加入電解槽內(nèi)，接通12V直流電源，控制電解溫度為0-40℃，電解食鹽水產(chǎn)生次氯酸鈉溶液，密封保存次氯酸鈉溶液，然后加水稀釋次氯酸鈉溶液，最后加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)次氯酸鈉溶液pH值即可。本發(fā)明與其他相接近的現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別為：1）與二氧化氯增透劑的區(qū)別：二氧化氯具有強(qiáng)氧化性，在常溫下能與煤分子發(fā)生氧化反應(yīng)。二氧化氯極其不穩(wěn)定，不能像次氯酸鈉那樣可以運(yùn)輸，運(yùn)輸中很容易發(fā)生爆炸事故，所以只有依靠現(xiàn)場制備。一般都是通過氯酸鈉同酸的反應(yīng)制備得到。最為溫和的方法是草酸與氯酸鈉的反應(yīng)生成二氧化氯氣體：2NaClO3+2H2C2O4→Na2C2O4+2H2O+2CO2↑+2ClO2↑。由于制取二氧化氯需要使用氯酸鈉或氯酸鉀，所以運(yùn)行成本很高，大約為次氯酸鈉運(yùn)行成本的5倍以上。二氧化氯極強(qiáng)的化學(xué)腐蝕性幾乎同氯氣一樣，而且它的毒性還是氯氣的四十倍。二氧化氯能與許多化學(xué)物質(zhì)發(fā)生爆炸性反應(yīng)。對熱、震動、撞擊和摩擦相當(dāng)敏感，極易分解發(fā)生爆炸。受熱和受光照或遇有機(jī)物等能促進(jìn)氧化作用的物質(zhì)時，能促進(jìn)分解并易引起爆炸。若屬強(qiáng)氧化劑，其有效氯是氯的2.6倍。與很多物質(zhì)都能發(fā)生劇烈反應(yīng)。二氧化氯作為煤儲層增透劑在現(xiàn)場難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。與其它增透劑的區(qū)別：高錳酸鉀、雙氧水等其它氧化劑在常溫下對煤的氧化率極低，通常需要較高的反應(yīng)溫度，難以在現(xiàn)場應(yīng)用。本發(fā)明所制備的基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑在常溫下能與煤分子發(fā)生氧化反應(yīng)，褐煤和煙煤氧化率達(dá)到90%以上，無煙煤氧化率達(dá)到18%以上。次氯酸鈉的分子式是NaOCl，屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，它清澈透明，是一種能完全溶解于水的液體。由于次氯酸鈉液不易久存，因此次氯酸鈉液體以電解低濃度食鹽水在現(xiàn)場制備。次氯酸鈉的生成過程可以通過化學(xué)方程式表達(dá)如下：其總反應(yīng)表達(dá)為：NaCl+H2O→NaOCl+H2↑；電極反應(yīng)：陽極：2Cl--2e→Cl2；陰極：2H++2e→H2；溶液反應(yīng)：2NaOH+Cl2→NaCl+NaOCl+H2O。次氯酸鈉消毒液體以次氯酸鈉發(fā)生器生產(chǎn)為最佳。因?yàn)?，它生產(chǎn)出的次氯酸鈉液體比較穩(wěn)定、單一，也容易保存，不含制氯廠出品的那些復(fù)雜甚至有害的成分。次氯酸鈉與二氧化氯比較：次氯酸鈉溶液在常溫下對煤的氧化性能高于二氧化氯，因而對煤的增透性能比二氧化氯更為優(yōu)越，同時次氯酸鈉比二氧化氯更為穩(wěn)定、安全、便宜。因此，次氯酸鈉為煤儲層增透劑易于在現(xiàn)場大規(guī)模推廣應(yīng)用。本發(fā)明可以大大增加煤層透氣性，現(xiàn)實(shí)工作面快速區(qū)域性預(yù)抽。經(jīng)試驗(yàn)表明，采用本發(fā)明所制備的基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑對煤進(jìn)行增透后，煤層透氣性系數(shù)增大2倍以上，瓦斯抽采率達(dá)到60%-80%，完全達(dá)到了區(qū)域瓦斯預(yù)抽指標(biāo)要求，且所耗費(fèi)的時間、人力及物力較低。施用基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑對煤進(jìn)行增透后，煤層百米鉆孔瓦斯流量成數(shù)倍增長，大大縮短了瓦斯抽放時間；鉆孔抽放半徑成數(shù)倍增加，減少鉆進(jìn)工程量；使掘進(jìn)及回采期間的瓦斯超限幾率大為減少，為煤礦安全高效回采、掘進(jìn)提供了寶貴時間及安全保障。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)高瓦斯低透性煤層增透和高效瓦斯抽采，提高回采工作面、煤巷條帶的區(qū)域瓦斯預(yù)抽效率、縮短抽放時間、加大抽放半徑、減少鉆進(jìn)工程量、最大限度消除瓦斯災(zāi)害?？梢杂糜诿簝铀毫眩柰簝恿严都翱紫?，進(jìn)一步提高水力壓裂增透效果。附圖說明圖1是本發(fā)明所述基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑的制備工藝流程圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1：一種基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑，由組分A、組分B和水組成，其中組分A為次氯酸鈉固體，組分B為pH調(diào)節(jié)劑，所述pH調(diào)節(jié)劑為濃度小于10%的鹽酸；次氯酸鈉固體與pH調(diào)節(jié)劑和水的質(zhì)量配比為：次氯酸鈉固體：pH調(diào)節(jié)劑：水=1：5：100；所述基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑中有效氯離子濃度為1%，pH值為13。實(shí)施例2：一種基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑，由組分A、組分B和水組成，其中組分A為次氯酸鈉固體，組分B為pH調(diào)節(jié)劑，所述pH調(diào)節(jié)劑為濃度小于10%的硫酸；次氯酸鈉固體與pH調(diào)節(jié)劑和水的質(zhì)量配比為：次氯酸鈉固體：pH調(diào)節(jié)劑：水=5：10：100；所述基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑中有效氯離子濃度為3%，pH值為10。實(shí)施例3：一種基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑，由組分A、組分B和水組成，其中組分A為次氯酸鈉固體，組分B為pH調(diào)節(jié)劑，所述pH調(diào)節(jié)劑為濃度小于10%的鹽酸；次氯酸鈉固體與pH調(diào)節(jié)劑和水的質(zhì)量配比為：次氯酸鈉固體：pH調(diào)節(jié)劑：水=7：1：100；所述基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑中有效氯離子濃度為5%，pH值為12。實(shí)施例4：一種基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑，由組分A、組分B和水組成，其中組分A為次氯酸鈉固體，組分B為pH調(diào)節(jié)劑，所述pH調(diào)節(jié)劑為濃度小于10%的硫酸；次氯酸鈉固體與pH調(diào)節(jié)劑和水的質(zhì)量配比為：次氯酸鈉固體：pH調(diào)節(jié)劑：水=3：8：100；所述基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑中有效氯離子濃度為6%，pH值為9。實(shí)施例5：一種基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑，由組分A、組分B和水組成，其中組分A為次氯酸鈉固體，組分B為pH調(diào)節(jié)劑，所述pH調(diào)節(jié)劑為濃度小于10%的硫酸；次氯酸鈉固體與pH調(diào)節(jié)劑和水的質(zhì)量配比為：次氯酸鈉固體：pH調(diào)節(jié)劑：水=6：3：100；所述基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑中有效氯離子濃度為6%，pH值為9。實(shí)施例6：一種基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑，由組分A、組分B和水組成，其中組分A為次氯酸鈉溶液，其有效氯離子濃度為15%；組分B為pH調(diào)節(jié)劑，所述pH調(diào)節(jié)劑為濃度小于10%的鹽酸；所述基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑中有效氯離子濃度為6%，pH值為9。其制備方法為：采用次氯酸鈉發(fā)生器電解低濃度食鹽水溶液的方法現(xiàn)場制備次氯酸鈉溶液，將濃度為3%稀食鹽水加入電解槽內(nèi)，接通12V直流電源，控制電解溫度為40℃，電解食鹽水產(chǎn)生次氯酸鈉溶液，密封保存次氯酸鈉溶液，然后加水稀釋次氯酸鈉溶液，最后加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)次氯酸鈉溶液pH值即可。實(shí)施例7：一種基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑，由組分A、組分B和水組成，其中組分A為次氯酸鈉溶液，其有效氯離子濃度為10%；組分B為pH調(diào)節(jié)劑，所述pH調(diào)節(jié)劑為濃度小于10%的鹽酸；所述基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑中有效氯離子濃度為1%，pH值為13。其制備方法為：采用次氯酸鈉發(fā)生器電解低濃度食鹽水溶液的方法現(xiàn)場制備次氯酸鈉溶液，將濃度為5%稀食鹽水加入電解槽內(nèi)，接通12V直流電源，控制電解溫度為20℃，電解食鹽水產(chǎn)生次氯酸鈉溶液，密封保存次氯酸鈉溶液，然后加水稀釋次氯酸鈉溶液，最后加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)次氯酸鈉溶液pH值即可。實(shí)施例8：一種基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑，由組分A、組分B和水組成，其中組分A為次氯酸鈉溶液，其有效氯離子濃度為7%；組分B為pH調(diào)節(jié)劑，所述pH調(diào)節(jié)劑為濃度小于10%的鹽酸；所述基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑中有效氯離子濃度為4%，pH值為11。其制備方法為：采用次氯酸鈉發(fā)生器電解低濃度食鹽水溶液的方法現(xiàn)場制備次氯酸鈉溶液，將濃度為6%稀食鹽水加入電解槽內(nèi)，接通12V直流電源，控制電解溫度為0℃，電解食鹽水產(chǎn)生次氯酸鈉溶液，密封保存次氯酸鈉溶液，然后加水稀釋次氯酸鈉溶液，最后加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)次氯酸鈉溶液pH值即可。實(shí)驗(yàn)例1：不同濃度條件下的次氯酸鈉水溶液對型煤增透作用的影響：制取同一批型煤，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在60℃的溫度下干燥兩天，然后測定滲透率。型煤在氣壓0.2MPa、軸壓1.5MPa、圍壓4MPa下原始滲透率為10.5mD。分析次氯酸鈉水溶液反應(yīng)濃度對增透作用的影響時，將5塊型煤分別浸泡在濃度為2%、4%、6%、8%、10%的次氯酸鈉水溶液中，并用保鮮膜密封電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在60℃的溫度下干燥兩天，分別測定滲透率。試驗(yàn)結(jié)果見表2，結(jié)果表明，當(dāng)次氯酸鈉水溶液濃度為6%時，型煤的滲透率達(dá)到最大值17.5mD。表2：不同濃度條件下的次氯酸鈉水溶液中型煤的滲透率檢測結(jié)果次氯酸鈉水溶液濃度%246810型煤的滲透率/mD14.115.717.516.816.1實(shí)驗(yàn)例2：不同pH值條件下的次氯酸鈉水溶液對型煤增透作用的影響：制取同一批型煤，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在60℃的溫度下干燥兩天，然后分別測定滲透率。型煤在氣壓0.2MPa、軸壓1.5MPa、圍壓4MPa下原始滲透率為10.5mD。分析次氯酸鈉水溶液pH值對增透作用的影響時，將5塊型煤分別浸泡在pH值為9、10、11、12、13的次氯酸鈉水溶液中，并用保鮮膜密封，反應(yīng)5小時，反應(yīng)溫度設(shè)定為30℃。反應(yīng)完成后，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在60℃的溫度下干燥兩天，測定它們的滲透率。試驗(yàn)結(jié)果見表3，結(jié)果表明，當(dāng)次氯酸鈉水溶液濃度為9時，型煤的滲透率達(dá)到最大值22.7mD；當(dāng)pH值小于9時，次氯酸鈉水溶液快速分解，型煤的滲透率接近原始滲透率10.5，滲透率增加不明顯；當(dāng)pH值大于9時溶液的增透效果降低。表3：不同pH值條件下的次氯酸鈉水溶液中型煤的滲透率檢測結(jié)果次氯酸鈉水溶液pH值910111213型煤的滲透率/mD22.721.318.116.915.7實(shí)驗(yàn)例3：不同反應(yīng)時間對型煤增透作用的影響：制取同一批型煤，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在60℃的溫度下干燥兩天，然后測定滲透率。型煤在氣壓0.2MPa、軸壓1.5MPa、圍壓4MPa下原始滲透率為10.5mD。分析反應(yīng)時間對增透作用的影響時，將4塊型煤分別浸泡在濃度為6%的次氯酸鈉溶液中，并用保鮮膜密封，反應(yīng)5小時、10小時、15小時、20小時，將反應(yīng)溫度設(shè)定為30℃。反應(yīng)完成后，干燥兩天，然后在同一條件下測其滲透率。測得的滲透率分別為17.1、18.8、20.4、22.1。試驗(yàn)結(jié)果表明，型煤在次氯酸鈉水溶液中浸泡后，滲透率有了明顯的增加。其增透效果隨著與煤作用時間的增加而增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)例4：所制備的基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑的現(xiàn)場應(yīng)用方法：首先采用壓裂液進(jìn)行地面常規(guī)水力壓裂，形成煤儲層裂隙體系；壓裂結(jié)束后，往煤儲層裂隙壓入本發(fā)明所制備的基于次氯酸鈉水溶液的煤儲層增透劑，通過其氧化溶蝕作用進(jìn)一步疏通煤儲層裂隙和孔隙；反應(yīng)24小時后，繼續(xù)往煤儲層裂隙壓入大量清水，清洗和稀釋氧化產(chǎn)物；壓裂液、增透劑、水及氧化產(chǎn)物在煤層氣采排過程中返回地表。當(dāng)前第1頁1 2 3