一種提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法，首先在煤層內(nèi)施工瓦斯抽采鉆孔和專用注汽鉆孔，并通過注水泵進行注水；停止注水后將瓦斯抽采鉆孔連接抽放管路，抽放管路經(jīng)流量調(diào)節(jié)裝置一路連接至瓦斯安全儲罐、另一路連接到至地面抽采泵站；瓦斯安全儲罐與煤礦井下的防爆燃氣蒸汽發(fā)生器連接；燃燒器的水蒸汽出口與專用注汽鉆孔連接；啟動地面抽采泵站進行瓦斯抽放，向防爆燃氣蒸汽發(fā)生器內(nèi)注水后打開防爆燃氣蒸汽發(fā)生器開關，瓦斯燃燒加熱產(chǎn)生水蒸汽；打開蒸汽閥門，水蒸氣持續(xù)加熱煤體進一步驅替瓦斯。本方法不需要提供額外的直接熱源或化學物質反應熱源，抽采瓦斯的能耗及成本較低，特別適用于煤礦井下低透氣、高吸附煤層的瓦斯抽采。
【專利說明】
一種提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法，具體是一種適用于煤礦井下低透氣、高吸附煤層的提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法，屬于煤炭安全開采技術領域。
【背景技術】
[0002]煤礦瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機質經(jīng)厭氧菌的作用分解而成，瓦斯主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，瓦斯在煤體或圍巖的孔隙和裂隙內(nèi)是以游離狀態(tài)和吸著狀態(tài)存在的，一般情況下同一煤層的瓦斯含量隨深度而遞增，當空氣中氧氣濃度達到10%時，若瓦斯?jié)舛仍?%?16%之間就會發(fā)生爆炸，若瓦斯在空氣中的濃度超過55%時能使人很快窒息死亡，因此瓦斯是煤礦生產(chǎn)中的主要危害因素，通常煤礦井下為保證安全生產(chǎn)需要用礦井通風和控制瓦斯涌出等方法防止瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定。
[0003]現(xiàn)有的提高瓦斯抽采效率的方法都是通過人工干擾在煤層內(nèi)形成裂隙和瓦斯運移通道，從而促進裂隙和通道附近的瓦斯解吸，然而人工形成的裂隙和通道有限，通常在實施這些技術方法后，煤層中還有大量的殘余瓦斯不能被抽放出來，這些殘余的瓦斯大部分會在煤炭開采過程中被釋放出來，隨通風風流直接排放到大氣中。
[0004]從現(xiàn)有的研究理論上來講，提高煤體的溫度可以大大降低煤層的瓦斯含量，也就可以大幅提高瓦斯抽采率，因此現(xiàn)有技術中出現(xiàn)利用熱蒸汽為介質的熱驅動提高瓦斯抽采效率的方法，即通過地面或井下抽采鉆孔向煤體內(nèi)部注熱、提高煤體溫度以促進瓦斯解吸，例如:以微波直接加熱或化學氧化加熱的方式向地層注入熱能使煤層加熱、然后關閉氣井、燜井一段時間后再開井采氣的熱驅動提高瓦斯抽采效率的方法；向進氣井注入至少400?600°C的高溫氮氣或者高溫煙道氣加熱煤層、使氮氣的小分子能夠與煤分子反應充分置換煤層間隙以及分子團中的煤層氣的熱驅動提高瓦斯抽采效率的方法；向煤層注入溫度在180?220°C范圍內(nèi)、注入壓力不超過5MPa的熱二氧化碳、然后關閉氣井進行燜井后再進行排水降壓、采氣，最后從采出氣體中分離出二氧化碳和煤層氣的熱驅動提高瓦斯抽采效率的方法。
[0005]但目前采用的煤層加熱提高瓦斯抽采率的方法都需要提供額外的直接熱源或化學物質反應熱源，通過這些熱源來加熱煤層或加熱二氧化碳、氮氣或高溫煙道氣等其他介質，然而煤的導熱能力較差，要實現(xiàn)煤層的加熱，需要大量的額外外部熱量，抽采瓦斯的能耗及成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明提供一種提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法，能夠在實現(xiàn)向煤層傳遞熱量、促進吸附在煤體孔隙內(nèi)部的瓦斯的解吸能力、保證瓦斯的抽放效果的前提下實現(xiàn)降低能耗和成本。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法具體包括以下步驟:
a)首先在煤層內(nèi)施工瓦斯抽采鉆孔和專用注汽鉆孔，并通過注水栗向瓦斯抽采鉆孔和/或專用注汽鉆孔內(nèi)進行注水；
b)至設定時間后停止注水，然后將瓦斯抽采鉆孔連接抽放管路，抽放管路從鉆孔引出后連接至流量調(diào)節(jié)裝置的入口端，流量調(diào)節(jié)裝置的一個出口端通過管路連接至瓦斯安全儲罐，流量調(diào)節(jié)裝置的另一個出口端通過抽放管路連接到至地面抽采栗站；
C)將瓦斯安全儲罐通過氣路閥門連接至設置在煤礦井下的防爆燃氣蒸汽發(fā)生器;將燃燒器的水蒸汽出口通過蒸汽閥門連接至煤層的專用注汽鉆孔；
d)啟動地面抽采栗站進行瓦斯抽放，自煤層抽出的瓦斯一部分經(jīng)流量調(diào)節(jié)裝置進入瓦斯安全儲罐、另一部分經(jīng)流量調(diào)節(jié)裝置被地面抽采栗站排出；
e)當瓦斯安全儲罐內(nèi)壓力達到設定壓力范圍時，向防爆燃氣蒸汽發(fā)生器內(nèi)注水后打開防爆燃氣蒸汽發(fā)生器開關，瓦斯安全儲罐內(nèi)的瓦斯進入防爆燃氣蒸汽發(fā)生器燃燒加熱產(chǎn)生水蒸汽；
f)當防爆燃氣蒸汽發(fā)生器內(nèi)的蒸汽壓力值達到設定壓力范圍時，打開蒸汽閥門，水蒸氣持續(xù)加熱煤體進一步驅替瓦斯。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進方案，步驟a)中所述的通過注水栗向煤體內(nèi)進行注水是采取靜壓注水方式進行注水。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進方案，步驟d)中所述的持續(xù)加熱煤體驅替瓦斯的水蒸氣是過飽和水蒸汽。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的過飽和蒸汽的壓力是1.5?2.5MPa、溫度是350 ?450°C。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的防爆燃氣蒸汽發(fā)生器內(nèi)設有輔助加熱機構。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法由于首先通過注水栗向施工好的瓦斯抽采鉆孔和專用注汽鉆孔內(nèi)進行注水，因此濕潤后的煤體可以有效提高其導熱性，可以為后續(xù)的加熱煤層提供優(yōu)良的傳熱環(huán)境；由于直接利用煤層析出的瓦斯作為燃料、并直接在煤礦井下通過防爆燃氣蒸汽發(fā)生器進行燃燒加熱產(chǎn)生蒸汽、并將產(chǎn)生的蒸汽通過專用注汽鉆孔直接對煤層進行持續(xù)加熱煤體進一步驅替瓦斯，煤體被加熱后，瓦斯的解吸、運移會加劇，其內(nèi)部殘余的瓦斯會大量釋放，進而實現(xiàn)作為燃料的瓦斯的持續(xù)供應，因此不需要提供額外的直接熱源或化學物質反應熱源，抽采瓦斯的能耗及成本較低，特別適用于煤礦井下低透氣、高吸附煤層的瓦斯抽采。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的實施流程不意圖；
圖2是本發(fā)明在底板穿層條帶預抽瓦斯中應用的實施例圖；
圖3是本發(fā)明在本煤層順層鉆孔抽放瓦斯中應用的實施例圖。
[0014]圖中:1、3、5、7—普通瓦斯抽采鉆孔;2、4、6—注汽鉆孔;8—底板巷;9一煤層巷道；
10—煤層；11 一工作面回風巷；12—工作面進風巷；13 —工作面切眼；14 一工作面普通順層抽采鉆孔;15—工作面順層注汽鉆孔。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖、并以在底板穿層條帶預抽瓦斯和在本煤層順層鉆孔抽放瓦斯為例對本發(fā)明做進一步說明。
[0016]如圖1所示，本提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法具體包括以下步驟:
a)首先在煤層內(nèi)施工瓦斯抽采鉆孔和專用注汽鉆孔，由于煤層的導熱系數(shù)非常低、而水的導熱性較好，煤層注水可以提高煤體的導熱性，因此通過注水栗向瓦斯抽采鉆孔和/或專用注汽鉆孔內(nèi)進行注水，濕潤鉆孔周圍的煤體；
b)至設定時間后停止注水，然后將瓦斯抽采鉆孔連接抽放管路，抽放管路從鉆孔引出后連接至流量調(diào)節(jié)裝置的入口端，流量調(diào)節(jié)裝置的一個出口端通過管路連接至瓦斯安全儲罐，流量調(diào)節(jié)裝置的另一個出口端通過抽放管路連接到至地面抽采栗站；
c)將瓦斯安全儲罐通過氣路閥門連接至設置在煤礦井下的防爆燃氣蒸汽發(fā)生器;將燃燒器的水蒸汽出口通過蒸汽閥門連接至煤層的專用注汽鉆孔；
d)啟動地面抽采栗站進行瓦斯抽放，自煤層抽出的瓦斯一部分經(jīng)流量調(diào)節(jié)裝置進入瓦斯安全儲罐、另一部分經(jīng)流量調(diào)節(jié)裝置被地面抽采栗站排出；
e)當瓦斯安全儲罐內(nèi)壓力達到設定壓力范圍時，向防爆燃氣蒸汽發(fā)生器內(nèi)注水后打開防爆燃氣蒸汽發(fā)生器開關，瓦斯安全儲罐內(nèi)的瓦斯進入防爆燃氣蒸汽發(fā)生器燃燒加熱產(chǎn)生水蒸汽；
f)當防爆燃氣蒸汽發(fā)生器內(nèi)的蒸汽壓力值達到設定壓力范圍時，打開蒸汽閥門，水蒸氣進入專用注汽鉆孔持續(xù)加熱煤體進一步驅替瓦斯。
[0017]為了保證水注入瓦斯抽采鉆孔時更均勻地濕潤周圍煤體，作為本發(fā)明的進一步改進方案，步驟a)中所述的通過注水栗向煤體內(nèi)進行注水是采取靜壓注水方式進行注水。
[0018]為保證有效的加熱效果，作為本發(fā)明的進一步改進方案，步驟d)中所述的持續(xù)加熱煤體驅替瓦斯的水蒸氣是過飽和水蒸汽。
[0019]由于過飽和蒸汽的壓力越高溫度越高，則過飽和蒸汽對煤層的加熱范圍越大、煤層升溫更快，但煤礦井下過高的壓力存在安全隱患，因此為保證有效的加熱效果，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的過飽和蒸汽的壓力是1.5?2.5MPa、溫度是350?450°C。
[0020]為了保證瓦斯抽排的徹底性，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的防爆燃氣蒸汽發(fā)生器內(nèi)設有輔助加熱機構，當抽排后期瓦斯壓力不足以燃燒時啟動輔助加熱機構繼續(xù)加熱，直至瓦斯完全析出后停止加熱。
[0021]實施例一:本發(fā)明在底板穿層條帶預抽瓦斯中的應用。
[0022]如圖2所示，在底板巷8中，向煤層10施工普通瓦斯抽采鉆孔1、3、5、7，同時施工注汽鉆孔2、4、6。鉆孔施工完畢后，通過鉆孔1、3、5、7向煤層10注水，注水完畢后，進行瓦斯抽放，抽放的瓦斯被用來直接燃燒提供水蒸汽，水蒸汽隨后被注入注汽鉆孔2、4、6，此時，鉆孔
1、3、5、7的瓦斯抽采率可明顯提高，燃燒剩余的瓦斯可輸送至地面瓦斯抽采栗站。同時，隨著瓦斯抽采率的提高，煤層巷道9兩側的瓦斯與常規(guī)抽采相比，可迅速降低，一方面縮短了瓦斯預抽時間，另一方面殘余瓦斯含量也大幅降低，可緩解采掘接替緊張局面。
[0023]實施例二:本發(fā)明在本煤層順層鉆孔抽放瓦斯中的應用。
[0024]如圖3所示，在工作面回風巷道11向工作面切眼13施工一排順層瓦斯抽采鉆孔，第一個鉆孔為工作面普通順層抽采鉆孔14，第二個鉆孔為工作面順層注汽鉆孔15，然后依次間隔施工普通順層抽采鉆孔和注汽鉆孔；同樣，在工作面進風巷12向工作面切眼13間隔施工施工普通順層抽采鉆孔和注汽鉆孔。施工完畢后，向所有工作面普通順層抽采鉆孔注水，然后進行瓦斯抽放，抽采的瓦斯用來直接燃燒提供水蒸汽，水蒸汽隨后被注入所有施工的注汽鉆孔，瓦斯抽采效率可顯著提高，燃燒剩余的瓦斯可輸送到地面瓦斯抽采栗站。
[0025]本提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法由于首先通過注水栗向施工好的瓦斯抽采鉆孔和專用注汽鉆孔內(nèi)進行注水，因此濕潤后的煤體可以有效提高其導熱性，可以為后續(xù)的加熱煤層提供優(yōu)良的傳熱環(huán)境；由于直接利用煤層析出的瓦斯作為燃料、并直接在煤礦井下通過防爆燃氣蒸汽發(fā)生器進行燃燒加熱產(chǎn)生蒸汽、并將產(chǎn)生的蒸汽通過專用注汽鉆孔直接對煤層進行持續(xù)加熱煤體進一步驅替瓦斯，煤體被加熱后，瓦斯的解吸、運移會加劇，其內(nèi)部殘余的瓦斯會大量釋放，進而實現(xiàn)作為燃料的瓦斯的持續(xù)供應，因此不需要提供額外的直接熱源或化學物質反應熱源，抽采瓦斯的能耗及成本較低，特別適用于煤礦井下低透氣、高吸附煤層的瓦斯抽采。
【主權項】
1.一種提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，具體包括以下步驟: a)首先在煤層內(nèi)施工瓦斯抽采鉆孔和專用注汽鉆孔，并通過注水栗向瓦斯抽采鉆孔和/或專用注汽鉆孔內(nèi)進行注水； b)至設定時間后停止注水，然后將瓦斯抽采鉆孔連接抽放管路，抽放管路從鉆孔引出后連接至流量調(diào)節(jié)裝置的入口端，流量調(diào)節(jié)裝置的一個出口端通過管路連接至瓦斯安全儲罐，流量調(diào)節(jié)裝置的另一個出口端通過抽放管路連接到至地面抽采栗站； c)將瓦斯安全儲罐通過氣路閥門連接至設置在煤礦井下的防爆燃氣蒸汽發(fā)生器;將燃燒器的水蒸汽出口通過蒸汽閥門連接至煤層的專用注汽鉆孔； d)啟動地面抽采栗站進行瓦斯抽放，自煤層抽出的瓦斯一部分經(jīng)流量調(diào)節(jié)裝置進入瓦斯安全儲罐、另一部分經(jīng)流量調(diào)節(jié)裝置被地面抽采栗站排出； e)當瓦斯安全儲罐內(nèi)壓力達到設定壓力范圍時，向防爆燃氣蒸汽發(fā)生器內(nèi)注水后打開防爆燃氣蒸汽發(fā)生器開關，瓦斯安全儲罐內(nèi)的瓦斯進入防爆燃氣蒸汽發(fā)生器燃燒加熱產(chǎn)生水蒸汽； f)當防爆燃氣蒸汽發(fā)生器內(nèi)的蒸汽壓力值達到設定壓力范圍時，打開蒸汽閥門，水蒸氣持續(xù)加熱煤體進一步驅替瓦斯。2.根據(jù)權利要求1所述的提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，步驟a)中所述的通過注水栗向煤體內(nèi)進行注水是采取靜壓注水方式進行注水。3.根據(jù)權利要求1或2所述的提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，步驟d)中所述的持續(xù)加熱煤體驅替瓦斯的水蒸氣是過飽和水蒸汽。4.根據(jù)權利要求3所述的提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，所述的過飽和蒸汽的壓力是I.5?2.5MPa、溫度是350?450°C。5.根據(jù)權利要求1或2所述的提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，所述的防爆燃氣蒸汽發(fā)生器內(nèi)設有輔助加熱機構。
【文檔編號】E21F7/00GK106014363SQ201610330113
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】朱傳杰, 林柏泉, 郭暢, 洪溢都, 孔佳, 高子善
【申請人】中國礦業(yè)大學