一種濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置及方法，裝置包括高低壓注水裝置、耐高壓防爆加熱裝置、瓦斯抽采裝置；高低壓注水裝置包括蓄水箱、水泵電機(jī)、流量計(jì)、高壓水泵、高壓水管；耐高壓防爆加熱裝置包括防爆外殼、加熱模塊、控制線路板、陶瓷石棉充填物、快速接頭；瓦斯抽采裝置包括抽采主管、抽采軟管、抽采支管。整個(gè)裝置可以實(shí)現(xiàn)高低壓注高溫水、過(guò)熱水驅(qū)替煤層瓦斯、增加煤體溫度和濕度，提高瓦斯抽采效率，實(shí)現(xiàn)防治煤與瓦斯突出和防塵一體化，操作簡(jiǎn)單，特別是針對(duì)低透氣性煤層或者煤層在抽采一段時(shí)間后瓦斯含量居高不下而又難以抽采的情況，可以實(shí)現(xiàn)快速降低抽采區(qū)域煤層瓦斯含量、短時(shí)間消突的目的。
【專利說(shuō)明】一種濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置及方法，尤其適用于低透氣性煤層或者煤層在抽采一段時(shí)間后瓦斯含量居高不下的情況，可以快速實(shí)現(xiàn)降低抽采區(qū)域煤層瓦斯含量、短時(shí)間內(nèi)達(dá)到消突目的。

【背景技術(shù)】
[0002]煤與瓦斯突出是煤礦的最嚴(yán)重的災(zāi)害之一，煤與瓦斯突出主要是由于地應(yīng)力突然破碎煤體，瓦斯內(nèi)能的突然釋放的結(jié)果。煤體屬多孔結(jié)構(gòu)碎性物體，瓦斯分子以吸附狀態(tài)和游離狀態(tài)存在于煤的孔隙和裂隙之中，實(shí)踐證明，隨著煤體水份增多，煤的彈性下降，塑性增強(qiáng)，瓦斯放散初速度Λ P下降，當(dāng)水份達(dá)到4%以上時(shí)，煤層就失去突出危險(xiǎn)性。因此，對(duì)突出煤層進(jìn)行注水是提高煤體抗破壞能力，降低瓦斯釋放速度，消除煤與瓦斯突出的有效措施。水對(duì)煤層中瓦斯主要有五個(gè)方面的作用:1、驅(qū)替作用，煤對(duì)水、二氧化碳、瓦斯、氮?dú)獾任镔|(zhì)都有一定的吸附作用，但吸附能力最強(qiáng)的是水，其次是二氧化碳，再次是瓦斯，所以水對(duì)瓦斯具有驅(qū)替作用，高溫水加速了瓦斯解吸，使驅(qū)替效率更加提高。2、水對(duì)瓦斯的溶解作用，試驗(yàn)證明，水在高壓條件下，能溶解部分瓦斯；3、降低了瓦斯釋放速度，隨著水溫不斷向周圍煤層擴(kuò)散，煤體溫度下降，殘余瓦斯壓力降低，瓦斯釋放速度降低等；4、增加了煤體塑性，提高了煤體抵抗突然破壞的能力；5、降低煤塵飛揚(yáng)，濕潤(rùn)的煤體破碎后因水的粘結(jié)作用，不易飛揚(yáng)在空氣中，從而達(dá)到降塵的目的。
[0003]煤與瓦斯突出防治規(guī)定要求:“區(qū)域防突措施優(yōu)先，局部防突措施補(bǔ)充”，區(qū)域措施無(wú)論用什么方法，都離不開(kāi)對(duì)煤層進(jìn)行打鉆實(shí)施瓦斯抽采。突出煤層基本上都屬難抽放煤層，抽采影響半徑小，抽采效率低。當(dāng)煤層瓦斯抽到一定程度后，既鉆孔內(nèi)沒(méi)有瓦斯或瓦斯流量極小時(shí)，將部分抽采鉆孔進(jìn)行高壓注高溫水、過(guò)熱水作業(yè)，由于溫度的每升高l°c，煤層瓦斯吸附能力就降低8%，因此，當(dāng)溫度升高時(shí)，吸附在煤體孔隙壁上的瓦斯分子獲得內(nèi)能，快速解吸，變成游離瓦斯，在壓差和滲流的作用下，加速注水孔附近抽采孔的瓦斯抽采。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是在已有的煤層注水卸壓增透措施的基礎(chǔ)上，增加了一種耐高壓防爆加熱裝置，實(shí)現(xiàn)了不同壓力和不同溫度注水驅(qū)替煤層瓦斯，形成了手動(dòng)加壓和自動(dòng)控制水溫為一體的濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置及方法，效果顯著、實(shí)用性強(qiáng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置，其特征在于:它包括高低壓注水裝置、耐高壓防爆加熱裝置、瓦斯抽采裝置，所述高低壓注水裝置包括蓄水箱、通過(guò)高壓水管與蓄水箱連接的高壓水泵、驅(qū)動(dòng)高壓水泵的水泵電機(jī)，高壓水泵上設(shè)有卸壓閥，所述耐高壓防爆加熱裝置包括設(shè)置在防爆外殼內(nèi)的互相分隔開(kāi)的陶瓷石棉充填物和控制線路板，加熱模塊設(shè)置在所述陶瓷石棉充填物內(nèi)，所述加熱模塊通過(guò)快速接頭與高壓水泵出水端連接，加熱模塊的進(jìn)水口處設(shè)有脈沖信號(hào)流量計(jì)，加熱模塊上設(shè)有溫度計(jì)，該脈沖信號(hào)流量計(jì)和溫度計(jì)與控制線路板連接，控制線路板通過(guò)主電源線與電源連接，并通過(guò)控制電纜控制加熱模塊的檔位，瓦斯抽采裝置包括抽采主管、連接在該抽采主管上的至少二根抽采軟管和伸入瓦斯抽采鉆孔內(nèi)的抽采支管，所述加熱模塊的出水端和所述瓦斯抽采裝置的抽采軟管分別與該抽采支管連接。
[0006]優(yōu)選地，所述的高壓水管上設(shè)有物理流量計(jì)。
[0007]優(yōu)選地，所述的加熱模塊包括鑄造模塊金屬殼、設(shè)置在鑄造模塊金屬殼內(nèi)的至少一個(gè)S型水管、用于加熱鑄造模塊金屬殼和水管的加熱絲和氧化鎂。
[0008]優(yōu)選地，所述的防爆外殼與加熱模塊的進(jìn)水管、控制電纜、主電源線的連接處分別設(shè)有硅膠密封圈和螺絲密封。
[0009]本發(fā)明還提供了一種濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的方法，采用所述的濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置，包括如下步驟:
a、在巖層上施工至少3個(gè)鉆孔或者利用已有的3個(gè)瓦斯抽采鉆孔，穿過(guò)煤層，連接高壓水管、抽采軟管和抽采支管，并封堵好瓦斯抽采鉆孔，準(zhǔn)備瓦斯抽采；
b、蓄水箱的水通過(guò)高壓管路與高壓水泵相連，經(jīng)過(guò)高壓水泵加壓，卸壓閥可以手動(dòng)調(diào)節(jié)注水壓力，高壓水再通過(guò)高壓管路進(jìn)入到耐高壓防爆加熱裝置中，通過(guò)加熱模塊進(jìn)行加熱，控制線路板可以調(diào)節(jié)加熱水溫，若無(wú)水進(jìn)入加熱模塊時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停止加熱；
c、經(jīng)過(guò)加熱模塊的高溫水、過(guò)熱水通過(guò)高壓水管與抽采支管相連進(jìn)入I個(gè)瓦斯抽采鉆孔內(nèi)，高溫水、過(guò)熱水通過(guò)熱傳遞使煤體溫度升高，加快煤體內(nèi)瓦斯的解吸和運(yùn)移，使處于吸附狀態(tài)的瓦斯快速轉(zhuǎn)化為游離瓦斯，由于注熱水的鉆孔溫度升高，壓力相對(duì)較高，通過(guò)壓力差使瓦斯壓力由高向低流，加之煤體對(duì)水的吸附能力大于煤體對(duì)瓦斯的吸附能力，所以在注入水的過(guò)程中，水會(huì)進(jìn)入瓦斯的吸附空間內(nèi)，從而取代瓦斯的位置，達(dá)到驅(qū)替瓦斯的目的，進(jìn)而可以提高抽采鉆孔瓦斯的抽采量及降低抽采區(qū)域瓦斯含量，加快消突。
[0010]優(yōu)選地，在一次施工完畢后或者停止注入高溫水、過(guò)熱水時(shí)，移去高低壓注水裝置和耐高壓防爆加熱裝置，把注水加熱鉆孔用抽采軟管將抽采主管和抽采支管連接起來(lái)，對(duì)其它抽采鉆孔進(jìn)行加熱時(shí)，重復(fù)以上步驟即可。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)不同壓力和不同溫度注水驅(qū)替煤層瓦斯，整個(gè)裝置可以達(dá)到實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)高低壓注高溫水、過(guò)熱水(溫度超過(guò)100°c，在高壓下位液態(tài)水，進(jìn)入低壓環(huán)境中變?yōu)樗魵?驅(qū)替煤層瓦斯、增加煤體溫度和濕度，提高瓦斯抽采效率，實(shí)現(xiàn)防治煤與瓦斯突出和防塵一體化，操作簡(jiǎn)單，特別是針對(duì)低透氣性煤層或者煤層在抽采一段時(shí)間后瓦斯含量居高不下而又難以抽采的情況，可以實(shí)現(xiàn)快速降低抽采區(qū)域煤層瓦斯含量、短時(shí)間消突的目的，同時(shí)可以大幅降低煤塵，保障工人生產(chǎn)安全。濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置加壓和自動(dòng)控制水溫為一體，并且可以防止加熱模塊干燒；熱水進(jìn)入煤體后，不僅僅可以驅(qū)替煤層瓦斯，卸壓增透煤體，而且可以使煤體升溫，加快瓦斯的解吸和運(yùn)移速度，改變了傳統(tǒng)的注水濕潤(rùn)煤體的效果，形成了注水驅(qū)替一升溫煤體一加快解吸和滲流為一體的煤礦防突技術(shù)措施。本裝置及方法能有效的降低抽采鉆孔區(qū)域內(nèi)瓦斯含量、快速達(dá)到消突的目的，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)是一項(xiàng)技術(shù)革新，為今后煤礦瓦斯治理技術(shù)又增添了一項(xiàng)新的舉措。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明使用的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是耐高壓防爆加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是加熱模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:高低壓注水裝置-1，耐高壓防爆加熱裝置-2，瓦斯抽采裝置-3，蓄水箱-4，高壓水管_5，物理流量計(jì)-6，水泵電機(jī)-7，高壓水泵_8，抽采主管-9、抽采軟管-10、抽采支管-11，瓦斯-12，瓦斯抽采鉆孔-13，加熱模塊-14，防爆外殼-15，陶瓷石棉充填物-16，控制線路板-17，脈沖信號(hào)流量計(jì)-18，快速接頭-19，硅膠密封圈-20，螺絲-21，卸壓閥-22，控制電纜-23，巖層-24，煤層-25，主源線-26，加熱絲-27，氧化鎂-28，鑄造模塊金屬殼-29，水管-30。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
如附圖1所示:本發(fā)明提供一種濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置及方法，裝置包括高低壓注水裝置1、耐高壓防爆加熱裝置2、瓦斯抽采裝置3 ;高低壓注水裝置I可以實(shí)現(xiàn)高低壓水自由切換，可以實(shí)現(xiàn)注水壓力0~20MPa，包括蓄水箱4、高壓水管5、物理流量計(jì)6、水泵電機(jī)7、高壓水泵8 ;耐高壓防爆加熱裝置2包括加熱模塊14、防爆外殼15、陶瓷石棉充填物16、控制線路板17、脈沖信號(hào)流量計(jì)18、快速接頭19、硅膠密封圈20、螺絲21，陶瓷石棉充填物16可以防止加熱過(guò)程中防爆外殼15升溫，同時(shí)可以保證加熱水的溫度不散失。高壓水通過(guò)快速接頭19，經(jīng)過(guò)脈沖信號(hào)流量計(jì)18進(jìn)入加熱模14塊，通過(guò)控制線路板17控制高壓水的溫度，并防止加熱模塊14干燒，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停止加熱，控制線路板17通過(guò)控制電纜23控制加熱模塊的檔位，實(shí)現(xiàn)不同加熱功率，達(dá)到出口溫度恒定；瓦斯抽采裝置3包括包括抽采主管9、抽采軟管10、抽采支管11，對(duì)煤體注水加熱卸壓產(chǎn)生的瓦斯通過(guò)瓦斯抽采鉆孔13流入到抽采裝置內(nèi)。
[0017]a、在巖層上施工至少3個(gè)鉆孔或者利用已有的3個(gè)瓦斯抽采鉆孔，穿過(guò)煤層，連接抽采軟管、高壓水管和抽采支管，并封堵好瓦斯抽采鉆孔，準(zhǔn)備瓦斯抽采。
[0018]b、蓄水箱的水通過(guò)高壓管路與高壓水泵相連，經(jīng)過(guò)高壓水泵加壓，卸壓閥可以手動(dòng)調(diào)節(jié)水的壓力，卸壓的水又可回流到到蓄水箱里，高壓水通過(guò)高壓管路進(jìn)入到耐高壓防爆加熱裝置中，通過(guò)加熱模塊進(jìn)行加熱，控制線路板可以調(diào)節(jié)加熱水溫，若無(wú)水進(jìn)入加熱模塊時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停止加熱。
[0019]C、經(jīng)過(guò)加熱模塊的水通過(guò)高壓水管與抽采支管相連進(jìn)入鉆孔內(nèi)，加熱水通過(guò)熱傳遞使煤體溫度升高，加快煤體內(nèi)瓦斯的解吸和運(yùn)移，使處于吸附狀態(tài)的瓦斯快速轉(zhuǎn)化為游離瓦斯，由于注熱水的鉆孔溫度升高，造成周圍瓦斯壓力相對(duì)較高，通過(guò)壓力差使瓦斯壓力由高向低流入附近抽采鉆孔內(nèi)，加之煤體對(duì)水的吸附能力大于對(duì)瓦斯的吸附能力，所以在注入水的過(guò)程中，水會(huì)進(jìn)入瓦斯的吸附空間內(nèi)，從而取代瓦斯站的位置，達(dá)到驅(qū)替瓦斯的目的，進(jìn)而可以提高抽采鉆孔瓦斯的抽采量及降低抽采區(qū)域瓦斯含量，加快消突。
[0020]d、整個(gè)裝置在一個(gè)鉆孔施工完畢后或者停止注熱水時(shí)，移去高低壓注水裝置和耐高壓防爆加熱裝置，把注水加熱鉆孔用抽采軟管與抽采主管和抽采支管連接起來(lái)。對(duì)其它抽采鉆孔進(jìn)行加熱時(shí)，重復(fù)以上步驟即可，整個(gè)過(guò)程操作簡(jiǎn)單，提高瓦斯抽采效果明顯。
[0021]本發(fā)明所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描述，并非對(duì)本發(fā)明構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書(shū)中。
【權(quán)利要求】
1.一種濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置，其特征在于:它包括高低壓注水裝置(1)、耐高壓防爆加熱裝置(21瓦斯抽采裝置(3), 所述高低壓注水裝置(1)包括蓄水箱“)、通過(guò)高壓水管(5)與蓄水箱(4)連接的高壓水泵(81驅(qū)動(dòng)高壓水泵(8 )的水泵電機(jī)(7 )，高壓水泵(8 )上設(shè)有卸壓閥(22), 所述耐高壓防爆加熱裝置(2)包括設(shè)置在防爆外殼(15)內(nèi)互相分隔開(kāi)的陶瓷石棉充填物(16)和控制線路板(17),加熱模塊(14)設(shè)置在所述陶瓷石棉充填物(16)內(nèi)，所述加熱模塊(14)通過(guò)快速接頭(19)與高壓水泵(8)出水端連接，加熱模塊(14)的進(jìn)水口處設(shè)有脈沖信號(hào)流量計(jì)(18),加熱模塊(14)上設(shè)有溫度計(jì)，該脈沖信號(hào)流量計(jì)(18)和溫度計(jì)與控制線路板(17)連接，控制線路板(17)通過(guò)主電源線(26)與電源連接，并通過(guò)控制電纜(23)控制加熱模塊(14)的檔位， 瓦斯抽采裝置(3)包括抽采主管⑶)、連接在該抽采主管(9)上的至少二根抽采軟管(10)和伸入瓦斯抽采鉆孔(13)內(nèi)的抽采支管(11),所述加熱模塊(14)的出水端和所述瓦斯抽采裝置(3 )的抽采軟管(10)分別與該抽采支管(11)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置，其特征在于:所述的高壓水管(5 )上設(shè)有物理流量計(jì)(6 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置，其特征在于:所述的加熱模塊(14)包括設(shè)置在陶瓷石棉充填物(16)內(nèi)的鑄造模塊金屬殼〔29\設(shè)置在鑄造模塊金屬殼(29)內(nèi)的至少一個(gè)3型水管〔3(0、用于加熱鑄造模塊金屬殼(29)和水管(30)的加熱絲(27)和氧化鎂(28^
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置，其特征在于:所述的防爆外殼(15 )與加熱模塊(14)的進(jìn)水管、控制電纜(23 )、主電源線(26 )的連接處分別設(shè)有硅膠密封圈(20 )和螺絲(21)密封。
5.一種濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的方法，其特征在于:采用如上述權(quán)利要求1、2、3、4所述的濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的裝置，包括如下步驟: 1在巖層(24)上施工至少3個(gè)鉆孔或者利用已有的3個(gè)瓦斯抽采鉆孔(13),穿過(guò)煤層(25),將其中1個(gè)瓦斯抽采鉆孔(13)的抽采支管(11)與加熱模塊(14)的出水端連接來(lái)作為注水加熱鉆孔，將另外2個(gè)瓦斯抽采鉆孔(13)的抽采支管(11)與抽采軟管(10)連接，并封堵好各瓦斯抽采鉆孔(13),準(zhǔn)備瓦斯抽采； I蓄水箱(4)的水通過(guò)高壓管路與高壓水泵(8)相連，經(jīng)過(guò)高壓水泵(8)加壓，卸壓閥(22)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)注水壓力，高壓水通過(guò)高壓管路進(jìn)入到耐高壓防爆加熱裝置(2)中，通過(guò)加熱模塊(14)進(jìn)行加熱，控制線路板(17)可以調(diào)節(jié)加熱水溫，若無(wú)水進(jìn)入加熱模塊(17)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停止加熱； 0、經(jīng)過(guò)加熱模塊(14)的高溫水、過(guò)熱水通過(guò)高壓水管與抽采支管(11)相連進(jìn)入注水加熱鉆孔內(nèi)，高溫水、過(guò)熱水通過(guò)熱傳遞使煤體溫度升高，加快煤體內(nèi)瓦斯(12)的解吸和運(yùn)移，使處于吸附狀態(tài)的瓦斯快速轉(zhuǎn)化為游離瓦斯，由于注水鉆孔內(nèi)溫度升高，壓力相對(duì)較高，通過(guò)壓力差使瓦斯(12)高壓區(qū)域向低壓區(qū)域運(yùn)移，加之煤體對(duì)水的吸附能力大于對(duì)瓦斯的吸附能力，所以在注入水的過(guò)程中，水會(huì)進(jìn)入瓦斯的吸附空間內(nèi)，從而取代瓦斯的位置，達(dá)到驅(qū)替瓦斯的目的，進(jìn)而可以提高抽采鉆孔瓦斯的抽采量及降低抽采區(qū)域瓦斯含量，加快降低煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濕熱注水驅(qū)替和抽采煤層瓦斯的方法，其特征在于:在一次施工完畢后或者停止注入高溫水、過(guò)熱水時(shí)，移去高低壓注水裝置(1)和耐高壓防爆加熱裝置(2),把注水加熱鉆孔用抽采軟管(10)將抽采主管(9)和抽采支管(11)連接起來(lái)，對(duì)其它抽采鉆孔進(jìn)行加熱時(shí)，重復(fù)以上步驟即可。
【文檔編號(hào)】E21B43/20GK104500010SQ201410839124
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】黃淵躍, 徐全, 趙鵬濤, 徐東方, 成文根, 朱新民, 李冰 申請(qǐng)人:湖南省煤炭科學(xué)研究院