CN105443081B - 一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备与抽采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备与抽采方法,该设备包括密封腔体、加载机构、瓦斯供给与控制系统、瓦斯轮替与控制系统、瓦斯流量动态监测系统及数据采集计算机;所述密封腔体上端的密封盖中心有一圆孔,加载柱从圆孔穿过对腔体内部煤岩体施加荷载;所述瓦斯轮替与控制系统包括负压抽采子系统和致裂驱替子系统,负压抽采子系统包括瓦斯抽采泵,致裂驱替子系统包括高压水泵、充气罐和致裂驱替筛管,高压水泵、充气罐和瓦斯抽采泵通过管路与插入煤岩体内部的不同长度致裂驱替筛管连接;所述瓦斯供给与控制系统、瓦斯流量监测系统分别和充气管路及抽采管路相连。本发明可实现对煤体水力压裂增透、瓦斯轮替抽采,有效提高瓦斯抽采效率。

Description

一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备与抽采方法
技术领域
[0001] 本发明涉及瓦斯抽采技术领域,尤其涉及一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备与抽 采方法。
背景技术
[0002] 我国含瓦斯煤层普遍具有“两低一高”的特点,即煤层瓦斯压力较低,煤层的透气 性较低,煤层对瓦斯的吸附能力较高,这就造成了煤矿井下瓦斯治理困难和煤层瓦斯抽采 效率低。目前,煤层注水防治煤与瓦斯突出和高压水力压裂提高煤层透气性的技术正在诸 多矿山得到广泛应用。煤中水的存在对瓦斯吸附量影响较大,水分子与煤表面的作用力比 甲烷分子更强,煤层注水后可使煤裂隙中的瓦斯被驱替出来,水分子也可置换处于吸附状 态的甲烷分子,但煤层中的水进入煤层裂隙、孔隙后,同时也会封堵瓦斯运移的通道。因此, 在煤层水力压裂瓦斯抽采过程中,不仅要压裂煤体增大煤层透气性,还要考虑将煤体中的 瓦斯逐级驱替出来。以往的煤体压裂抽采设备大多只考虑了致裂增透,而没有考虑对煤体 中瓦斯的逐级驱替作用,瓦斯抽采效率较低。因此,需要一种基于轮替思想的煤体内瓦斯分 级驱替设备和方法,实现对煤体中的瓦斯轮替抽采,同时避免水力压裂煤体后水进入煤层 裂隙、孔隙封堵瓦斯运移通道的弊端,从而提高瓦斯抽采效率。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服现有瓦斯抽采技术的不足,提供一种基于轮替思想的瓦斯 抽采设备与抽采方法,实现对煤岩体中瓦斯轮替抽采,提高瓦斯抽采效率。
[0004] 为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:
[0005] 一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备,包括密封腔体、加载机构、瓦斯供给与控制系 统、瓦斯轮替与控制系统、瓦斯流量动态监测系统及数据采集计算机;所述密封腔体上端的 腔体密封盖中心有一圆孔,加载柱从圆孔穿过对密封腔体内部煤岩体施加荷载;所述瓦斯 轮替与控制系统包括负压抽采子系统和致裂驱替子系统,负压抽采子系统包括瓦斯抽采 泵,致裂驱替子系统包括高压水泵、充气罐和致裂驱替筛管,高压水泵、充气罐和瓦斯抽采 泵通过管路与插入煤岩体内部的不同长度致裂驱替筛管连接;所述瓦斯供给与控制系统、 瓦斯流量动态监测系统分别和充气管路及抽采管路相连。
[0006] 所述密封腔体为在一圆墩中间挖一圆柱形腔体,密封腔体与腔体密封盖通过螺栓 连接,所述腔体密封盖内圈镶嵌有0型密封圈。
[0007] 所述腔体密封盖上竖向插有多个长短相间的致裂驱替筛管,所述致裂驱替筛管从 腔体密封盖穿过插入密封腔体内部煤岩体,且致裂驱替筛管与腔体密封盖通过密封装置和 胶垫密封。
[0008] 所述致裂驱替筛管为中空末端封闭的不锈钢管,上部穿过腔体密封盖与外部管路 连接,下部插入密封腔体内部的煤岩体中;所述致裂驱替筛管分长、短两种,长致裂驱替筛 管可插至密封腔体底部,且插入煤岩体的下半段有多个不同方向的横向通孔,短致裂驱替 筛管可插至密封腔体中部,且插入煤岩体部分有多个不同方向的横向通孔。
[0009]所述瓦斯轮替与控制系统包括负压抽采子系统和致裂驱替子系统,所述负压抽采 子系统包括瓦斯抽采泵,瓦斯抽采泵通过抽采管路与致裂驱替筛管上端接口连接,抽采管 路上设有放气管路开关、数控气体流量计和气压表,且抽采管路末端设有多个抽采管路接 头;所述致裂驱替子系统包括高压水泵、充气罐和致裂驱替筛管,所述高压水栗一端与水箱 连接,另一端通过充水管路与致裂驱替筛管上端接口连接,所述充水管路上设有充水管路 开关、水压表、充水流量计,且充水管路末端设有多个充水管路接头;所述充气罐一端连接 驱替气体钢瓶,另一端通过充气管路与致裂驱替筛管上端接口连接,且充气管路末端设有 多个驱替气体管路接头。
[0010]所述加载机构包括加载柱和位于密封腔体内的加载头,所述加载柱从腔体密封盖 中间圆孔穿过,腔体密封盖与加载柱连接处有回弹性很好的XY型密封圈和0型密封圈,XY型 密封圈在0型密封圈之上,所述加载柱侧面有刻度,加载过程中可测出加载柱下降的位移, 且加载柱中心有一输气孔,输气孔下端接有一个短抽采管,上端通过加载柱侧面的出气孔 与抽采管路接头连接;所述加载头为多孔圆盘,与密封腔体内壁滑动连接,致裂驱替筛管可 穿过加载头穿孔插入煤岩体,加载头中心与加载柱下端直接接触。
[0011] 所述密封腔体内壁瓦斯进气口处装有组合金属筛网。
[0012]所述瓦斯流量动态监测系统由数控气体流量计和流量动态监测软件组成。
[0013] 基于轮替思想的瓦斯抽采方法,包括如下步骤:
[0014] a、筛管安装:向密封腔体内装入适量煤岩体,加载头压在煤岩体上方,致裂驱替筛 管接到腔体密封盖上,将腔体密封盖盖在密封腔体上,使致裂驱替筛管穿过加载头插入煤 岩体内。
[0015] b、装置密封:穿上连接螺栓使腔体密封盖内圈的0型密封圈紧压在密封腔体上端 口,将加载柱从腔体密封盖中心圆孔穿过压在加载头上端,加载柱和腔体密封盖连接处自 下而上依次放0型密封圈、XY型密封圈,然后盖上小盖压住密封圈,通过螺栓将小盖固定在 腔体密封盖上,完成对密封腔体的密封;
[0016] c、系统装配:按要求连接各管路和管路上相关元件,保证各管路开关处于关闭状 态;将数控气体流量计与计算机和瓦斯流量动态监测系统连接;
[0017] d、加载:向加载柱施加荷载,使加载头向密封腔体内部滑动,对密封腔体内部煤岩 体施加荷载。根据现场实测得到的煤岩体的孔隙度,通过调整加载系统对煤岩体施加的荷 载改变密封腔体内煤岩体的孔隙、裂隙结构,在密封腔体内形成与现场实测煤岩体孔隙度 一致的煤岩体;
[0018] e、充气:打开充气管路开关,将甲烷钢瓶中的瓦斯通过减压阀按设定的瓦斯压力 经充气罐、气压表、数控气体流量计、组合金属筛网持续向密封腔体内煤岩体通恒压瓦斯24 小时,使煤岩体充分吸附瓦斯,并关闭充气管路开关;
[0019] f、瓦斯抽采:本发明可采用三种方法对瓦斯轮替抽采:
[0020] (1)高压N2驱赶瓦斯轮替抽采法:先将所有致裂驱替筛管上端和出气孔接口连接 抽采管路接头,打开放气管路开关,对煤岩体负压抽采瓦斯;然后将长致裂驱替筛筛管上端 接的抽采管路接头换为N2驱替气体管路接头,打开驱替气体钢瓶阀门、充气管路开关、气体 管路接头开关、致裂驱替筛管开关,通过长致裂驱替筛管向下部煤岩体中压入犯驱赶煤岩 体裂隙、孔隙中的瓦斯,同时通过短致裂驱替筛管和接在加载柱中心处的抽采管负压抽采 瓦斯;一段时间后,再将腔体密封盖外圈的短致裂驱替筛管上端接的抽采管路接头换为n2 充气管路接头,内圈短致裂驱替筛管和中心处抽采管继续负压抽采瓦斯;最后将腔体密封 盖内圈的短致裂驱替筛管上端接的抽采管路接头也换为N2充气管路接头,仅留中心处抽采 管继续负压抽采瓦斯;
[0021] (2)水力致裂增透瓦斯轮替抽采法:先将所有致裂驱替筛管上端和出气孔接口连 接抽采管路接头,打开放气管路开关,对煤岩体负压抽采瓦斯;然后将长致裂驱替筛筛管上 端接的抽采管路接头换为充水管路接头,打开充水管路开关,通过长致裂驱替筛管向下部 煤岩体中压入高压水,水压裂煤岩体后继续充水湿润下部煤岩体,驱替吸附在煤岩体中的 瓦斯,同时通过短致裂驱替筛管和接在加载柱中心处的抽采管负压抽采瓦斯;一段时间后, 再将腔体密封盖外圈的短致裂驱替筛管上端接的抽采管路接头换为充水管路接头,内圈短 致裂驱替筛管和中心处抽采管继续负压抽采瓦斯;最后将腔体密封盖内圈的短致裂驱替筛 管上端接的抽采管路接头换为充水管路接头,仅留中心处抽采管继续负压抽采瓦斯;
[0022] (3)强吸附气体驱替瓦斯轮替抽采法:先将所有致裂驱替筛管上端和出气孔接口 连接抽采管路接头,打开放气管路开关,对煤岩体负压抽采瓦斯;然后将长致裂驱替筛筛管 上端接的抽采管路接头换为驱替气体管路接头,打开驱替气体钢瓶阀门、充气管路开关、气 体管路接头开关、致裂驱替筛管开关,通过长致裂驱替筛管向下部煤岩体中压入C02,驱替 下部煤岩体中的瓦斯,同时通过短致裂驱替筛管和接在加载柱中心处的抽采管负压抽采瓦 斯;一段时间后,再将腔体密封盖外圈的短致裂驱替筛管上端接的抽采管路接头换为驱替 气体管路接头,内圈短致裂驱替筛管和中心处抽采管继续负压抽采瓦斯;最后将腔体密封 盖内圈的短致裂驱替筛管上端接的抽采管路接头也换为驱替气体管路接头,仅留中心处抽 采管继续负压抽采瓦斯;
[0023] 8^流量监测:在煤岩体整个瓦斯抽采轮替过程中,数控气体流量计与计算机相连, 通过数据采集分析软件动态监测煤岩体内瓦斯抽采流量。
[0024] _本发明的有益效果:丨、本发明通过长短相间的致裂驱替筛管逐级对煤岩体中瓦斯 驱替抽采,负压抽采瓦斯与驱替瓦斯相结合,实现了对煤岩体中瓦斯的轮替抽采,大大提高 了瓦斯抽采效率。
[0025] 2、本发明密封腔体和腔体密封盖之间设有0型密封圈,腔体密封盖与加载柱连接 处设有XY型密封圈和〇型密封圈,密封方式简单且密封性好;瓦斯气体入口处设有数层金属 细筛网,实现了对煤岩体的面通气功能。
[0026] 3、本发明采用瓦斯流量动态监测系统及数据采集计算机,可时时动态监测抽采出 瓦斯的流量变化,数据采集方便,自动化程度高。
附图说明
[0027]图1为本发明一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备的结构示意图 [0028]图2为图1中腔体密封盖的俯视图 [0029]图3为图1中致裂驱替筛管的结构示意图
[0030]图中:1A、甲烷钢瓶;1B、驱替气体钢瓶;2A、充气管路;2B、充水管路;2C、抽采管路; 3、减压阀;4、充气罐;5A、充气管路开关;5B、致裂驱替筛管开关;5C、气体管路接头开关;5D、 万又气官路卄夫;5E、充水骨路开关;5F、充水管路接头开关;6A、数控气体流量计;6B、充水流 量计;7、密封腔体;8、组合金属筛网;9、加载头;1〇、连接螺栓;〗1A、长致裂驱替筛管;丨1B 致裂驱替筛管;I2、出气孔接口; 1从、0型密封圈;13B、XY型密封圈;14、腔体密封盖; 盖;16、加载柱;17、充水管路接头;18、抽采管路接头;19、驱替气体管路接头;2〇、高压水栗. 21、瓦斯抽采栗;22A、气压表;22B、水压表;23、水箱。 ^ ’
具体实施方式
[0031 ]下面结合附图,进一步详细说明本发明的具体实施方式。
[0032]如图1至3所示,一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备,包括密封腔体7、加载机构、瓦 斯供给与控制系统、瓦斯轮替与控制系统、瓦斯流量动态监测系统及数据采集计算机;所述 密封腔体7上端的腔体密封盖14中心有一圆孔,加载柱I6从圆孔穿过对密封腔体内部煤岩 体施加荷载;所述瓦斯轮替与控制系统包括负压抽采子系统和致裂驱替子系统,负压抽采 子系统包括瓦斯抽采栗21,致裂驱替子系统包括高压水栗20、充气罐4和致裂驱替筛管,高 压水栗20、充气罐4和瓦斯抽采栗21通过管路与插入煤岩体内部的不同长度致裂驱替筛管 连接;所述瓦斯供给与控制系统、瓦斯流量动态监测系统分别和充气管路2A及抽采管路2C 相连。
[0033]所述密封腔体7为在一圆墩中间挖一圆柱形腔体,密封腔体7与腔体密封盖14通过 连接螺栓10连接,所述腔体密封盖14内圈镶嵌有0型密封橡胶圈。
[0034]所述腔体密封盖14上竖向插有多个长短相间的致裂驱替筛管,所述致裂驱替筛管 从腔体密封盖14穿过插入密封腔体7内部煤岩体,且致裂驱替筛管与腔体密封盖14通过密 封装置和胶垫密封。
[0035]所述致裂驱替筛管为中空末端封闭的不锈钢管,上部穿过腔体密封盖14与外部充 水管路接头17、抽采管路接头18和驱替气体管路接头I9连接,下部插入密封腔体7内部的煤 岩体中;所述致裂驱替筛管分长、短两种,长致裂驱替筛管11A可插至密封腔体底部,且插入 煤岩体的下半段有多个不同方向的横向通孔,短致裂驱替筛管11B可插至密封腔体中部,且 插入煤岩体部分有多个不同方向的横向通孔。
[0036]所述瓦斯轮替与控制系统包括负压抽采子系统和致裂驱替子系统,所述负压抽采 子系统包括瓦斯抽采泵21,所述瓦斯抽采泵21通过抽采管路接头18与致裂驱替筛管上端接 口连接,抽采管路2C上设有放气管路开关5D、气体管路接头开关5C、数控气体流量计6A和气 压表22A,且抽采管路末端设有多个抽采管路接头18;所述致裂驱替子系统包括高压水栗 20、充气罐4和致裂驱替筛管,所述高压水泵20进水口与水箱23连接,出水口通过充水管路 2B与致裂驱替筛管上端接口连接,所述充水管路2B上设有充水管路开关5E、充水管路接头 开关5F、水压表22B、充水流量计6B,且充水管路2B末端设有多个充水管路接头17,所述充气 罐4 一端连接驱替气体钢瓶1B,另一端通过充气管路2A与致裂驱替筛管上端接口连接,且充 气管路2A末端设有多个驱替气体管路接头19。
[0037] 所述加载机构包括加载柱16和位于密封腔体内的加载头9,所述加载柱16从腔体 密封盖14中间圆孔穿过,腔体密封盖14与加载柱16连接处有回弹性很好的XY型密封圈13B 和0型密封圈13A,XY型密封圈13B在0型密封圈13A之上,所述加载柱16侧面有刻度,加载过 程中可测出加载柱16下降的位移,且加载柱16中心有一输气孔,输气孔下端接有一个短抽 采管,上端通过加载柱侧面的出气孔接口 12与抽采管路接头18连接;所述加载头9为多孔圆 盘,与密封腔体内壁滑动连接,致裂驱替筛管可穿过加载头穿孔插入煤岩体,加载头9中心 与加载柱16下端直接接触。
[0038] 所述密封腔体内壁瓦斯进气口处装有组合金属筛网8,所述瓦斯流量动态监测系 统由数控气体流量计6A和流量动态监测软件组成。
[0039]基于轮替思想的瓦斯抽采方法,利用上述瓦斯抽采装置,包括如下步骤:
[0040] a、筛管安装:向密封腔体7内装入适量煤岩体,加载头9压在煤岩体上方,致裂驱替 筛管接到腔体密封盖14上,将腔体密封盖14盖在密封腔体7上,使致裂驱替筛管穿过加载头 9插入煤岩体内。
[0041] b、装置密封:穿上连接螺栓10使腔体密封盖14内圈的0型密封圈紧压在密封腔体7 上端口,将加载柱16从腔体密封盖14中心圆孔穿过压在加载头9上端,加载柱16和腔体密封 盖14连接处自下而上依次放0型密封圈13A、XY型密封圈13B,然后盖上小盖15压住密封圈, 通过螺栓将小盖15固定在腔体密封盖14上,完成对密封腔体的密封;
[0042] c、系统装配:按要求连接各管路和管路上相关元件,保证各管路开关处于关闭状 态;将数控气体流量计6A与计算机和瓦斯流量动态监测系统连接;
[0043] d、加载:向加载柱16施加荷载,使加载头9向密封腔体内部滑动,对密封腔体内部 煤岩体施加荷载。根据现场实测得到的煤岩体的孔隙度,通过调整加载系统对煤岩体施加 的荷载改变密封腔体7内煤岩体的孔隙、裂隙结构,在密封腔体7内形成与现场实测煤岩体 孔隙度一致的煤岩体;
[0044] e、充气:打开充气管路开关5A,将甲烷钢瓶1A中的瓦斯通过减压阀3按设定的瓦斯 压力经充气罐4、气压表22A、数控气体流量计6A、组合金属筛网8持续向密封腔体7内煤岩体 通恒压瓦斯24小时,使煤岩体充分吸附瓦斯,并关闭充气管路开关5A;
[0045] f、瓦斯抽采:本发明可采用三种方法对瓦斯轮替抽采:
[0046] (1)高压N2驱赶瓦斯轮替抽采法:先将所有致裂驱替筛管11A、11B上端和出气孔接 口 12连接抽采管路接头18,打开放气管路开关5D,对煤岩体负压抽采瓦斯;然后将长致裂驱 替筛管11A上端接的抽采管路接头换为驱替气体管路接头19,打开驱替气体钢瓶1B阀门、充 气管路开关5A、气体管路接头开关5C、致裂驱替筛管开关5B,通过长致裂驱替筛管11A向下 部煤岩体中压入呢驱赶煤岩体裂隙、孔隙中的瓦斯,同时通过短致裂驱替筛管11B和接在加 载柱中心处的抽采管负压抽采瓦斯;一段时间后,再将腔体密封盖14外圈的短致裂驱替筛 管11B上端接的抽采管路接头18换为驱替气体管路接头19,内圈短致裂驱替筛管11B和中心 处抽采管继续负压抽采瓦斯;最后将腔体密封盖14内圈的短致裂驱替筛管11B上端接的抽 采管路接头18也换为驱替气体管路接头19,仅留中心处抽采管继续负压抽采瓦斯;
[0047] (2)水力致裂增透瓦斯轮替抽采法:先将所有致裂驱替筛管11A、11B上端和出气孔 接口 12连接抽采管路接头18,打开放气管路开关5D,对煤岩体负压抽采瓦斯;然后将长致裂 驱替筛管11A上端接的抽采管路接头换为充水管路接头17,打开充水管路开关5E,通过长致 裂驱替筛管11A向下部煤岩体中压入高压水,水压裂煤岩体后继续充水湿润下部煤岩体,驱 替吸附在煤岩体中的瓦斯,同时通过短致裂驱替筛管11B和接在加载柱中心处的抽采管负 压抽采瓦斯;一段时间后,再将腔体密封盖14外圈的短致裂驱替筛管11B上端接的抽采管路 接头1S换为充水管路接头17,内圈短致裂驱替筛管11B和中心处抽采管继续负压抽采瓦斯; 最后将腔体密封盖14内圈的短致裂驱替筛管11B上端接的抽采管路接头18换为充水管路接 头17,仅留中心处抽采管继续负压抽采瓦斯;
[0048] 03)强吸附气体驱替瓦斯轮替抽采法:先将所有致裂驱替筛管11A、11B上端和出气 孔接口 12连接抽采管路接头18,打开放气管路开关,对煤岩体负压抽采瓦斯;然后将长致 裂驱替筛管11A上端接的抽采管路接头18换为驱替气体管路接头19,打开驱替气体钢瓶1B 阀门、充气管路开关5A、气体管路接头开关5C、致裂驱替筛管开关5B,通过长致裂驱替筛管 11A向下部煤岩体中压入⑶2,驱替下部煤岩体中的瓦斯,同时通过短致裂驱替筛管11B和接 在加载柱中心处的抽采管负压抽采瓦斯;一段时间后,再将腔体密封盖14外圈的短致裂驱 替筛管11B上端接的抽采管路接头18换为驱替气体管路接头I9,内圈短致裂驱替筛管11B和 中心处抽采管继续负压抽采瓦斯;最后将腔体密封盖14内圈的短致裂驱替筛管11B上端接 的抽采管路接头18也换为驱替气体管路接头19,仅留中心处抽采管继续负压抽采瓦斯; [0049] g、流量监测:在煤岩体整个瓦斯抽采轮替过程中,数控气体流量计6A与计算机相 连,通过数据采集分析软件动态监测煤岩体内瓦斯抽采流量。
[0050]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不以本发明为限制,凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1. 一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备,包括密封腔体、加载机构、瓦斯供给与控制系 统、瓦斯轮替与控制系统、瓦斯流量动态监测系统及数据采集计算机;所述密封腔体上端的 腔体密封盖中心有一圆孔,加载柱从圆孔穿过对密封腔体内部煤岩体施加荷载;所述瓦斯 轮替与控制系统包括负压抽采子系统和致裂驱替子系统,负压抽采子系统包括瓦斯抽采 泵,致裂驱替子系统包括高压水泵、充气罐和致裂驱替筛管,高压水泵、充气罐和瓦斯抽采 泵通过管路与插入煤岩体内部的不同长度致裂驱替筛管连接;所述瓦斯供给与控制系统、 瓦斯流量动态监测系统分别和充气管路及抽采管路相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备,其特征在于:所述密封腔 体为在一圆墩中间挖一圆柱形腔体,密封腔体与腔体密封盖通过螺栓连接,所述腔体密封 盖内圈镶嵌有0型密封圈。
3.根据权利要求2所述的一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备,其特征在于:所述腔体密 封盖上竖向插有多个长短相间的致裂驱替筛管,所述致裂驱替筛管从腔体密封盖穿过插入 密封腔体内部煤岩体,且致裂驱替筛管与腔体密封盖通过密封装置和胶垫密封。
4.根据权利要求3所述的一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备,其特征在于:所述致裂驱 替筛管为中空末端封闭的不锈钢管,上部穿过腔体密封盖与外部管路连接,下部插入密封 腔体内部的煤岩体中;所述致裂驱替筛管分长、短两种,长致裂驱替筛管可插至密封腔体底 部,且插入煤岩体的下半段有多个不同方向的横向通孔,短致裂驱替筛管可插至密封腔体 中部,且插入煤岩体部分有多个不同方向的横向通孔。
5. 根据权利要求1所述的一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备,其特征在于:所述瓦斯轮 替与控制系统包括负压抽采子系统和致裂驱替子系统,所述负压抽采子系统包括瓦斯抽采 泵,瓦斯抽采泵通过抽采管路与致裂驱替筛管上端接口连接,抽采管路上设有放气管路开 关、数控气体流量计和气压表,且抽采管路末端设有多个抽采管路接头;所述致裂驱替子系 统包括高压水泵、充气罐和致裂驱替筛管,所述高压水栗一端与水箱连接,另一端通过充水 管路与致裂驱替筛管上端接口连接,所述充水管路上设有充水管路开关、水压表、充水流量 计,且充水管路末端设有多个充水管路接头;所述充气罐一端连接驱替气体钢瓶,另一端通 过充气管路与致裂驱替筛管上端接口连接,且充气管路末端设有多个驱替气体管路接头。
6. 根据权利要求1所述的一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备,其特征在于:所述加载机 构包括加载柱和位于密封腔体内的加载头,所述加载柱从腔体密封盖中间圆孔穿过,腔体 密封盖与加载柱连接处有回弹性很好的XY型密封圈和0型密封圈,XY型密封圈在0型密封圈 之上,所述加载柱侧面有刻度,加载过程中可测出加载柱下降的位移,且加载柱中心有一输 气孔,输气孔下端接有一个短抽采管,上端通过加载柱侧面的出气孔与抽采管路接头连接; 所述加载头为多孔圆盘,与密封腔体内壁滑动连接,致裂驱替筛管可穿过加载头穿孔插入 煤岩体,加载头中心与加载柱下端直接接触。
7. 根据权利要求1所述的一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备,其特征在于:所述密封腔 体内壁瓦斯进气口处装有组合金属筛网。
8. 根据权利要求1所述的一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备,其特征在于:所述瓦斯流 量动态监测系统由数控气体流量计和流量动态监测软件组成。
9. 基于轮替思想的瓦斯抽采方法,利用权利要求1至8之一所述的一种基于轮替思想的 瓦斯抽采设备,其特征在于:包括如下步骤: a、 筛管安装:向密封腔体内装入适量煤岩体,加载头压在煤岩体上方,致裂驱替筛管接 到腔体密封盖上,将腔体密封盖盖在密封腔体上,使致裂驱替筛管穿过加载头插入煤岩体 内; b、 装置密封:穿上连接螺栓使腔体密封盖内圈的〇型密封圈紧压在密封腔体上端口,将 加载柱从腔体密封盖中心圆孔穿过压在加载头上端,加载柱和腔体密封盖连接处自下而上 依次放0型密封圈、XY型密封圈,然后盖上小盖压住密封圈,通过螺栓将小盖固定在腔体密 封盖上,完成对密封腔体的密封; c、 系统装配:按要求连接各管路和管路上相关元件,保证各管路开关处于关闭状态;将 数控气体流量计与计算机和瓦斯流量动态监测系统连接; d、 加载:向加载柱施加荷载,使加载头向密封腔体内部滑动,对密封腔体内部煤岩体施 加荷载;根据现场实测得到的煤岩体的孔隙度,通过调整加载系统对煤岩体施加的荷载改 变密封腔体内煤岩体的孔隙、裂隙结构,在密封腔体内形成与现场实测煤岩体孔隙度一致 的煤岩体; e、 充气:打开充气管路开关,将甲烷钢瓶中的瓦斯通过减压阀按设定的瓦斯压力经充 气罐、气压表、数控气体流量计、组合金属筛网持续向密封腔体内煤岩体通恒压瓦斯24小 时,使煤岩体充分吸附瓦斯,并关闭充气管路开关; f、 瓦斯抽采:本发明可采用三种方法对瓦斯轮替抽采: ⑴高压N2驱赶瓦斯轮替抽采法:先将所有致裂驱替筛管上端和出气孔接口连接抽采管 路接头,打开放气管路开关,对煤岩体负压抽采瓦斯;然后将长致裂驱替筛管上端接的抽采 管路接头换为驱替气体管路接头,打开驱替气体钢瓶阀门、充气管路开关、气体管路接头开 关、致裂驱替筛管开关,通过长致裂驱替筛管向下部煤岩体中压入N2驱赶煤岩体裂隙、孔隙 中的瓦斯,同时通过短致裂驱替筛管和接在加载柱中心处的抽采管负压抽采瓦斯;一段时 间后,再将腔体密封盖外圈的短致裂驱替筛管上端接的抽采管路接头换为驱替气体管路接 头,内圈短致裂驱替筛管和中心处抽采管继续负压抽采瓦斯;最后将腔体密封盖内圈的短 致裂驱替筛管上端接的抽采管路接头也换为驱替气体管路接头,仅留中心处抽采管继续负 压抽采瓦斯; (2) 水力致裂增透瓦斯轮替抽采法:先将所有致裂驱替筛管上端和出气孔接口连接抽 采管路接头,打开放气管路开关,对煤岩体负压抽采瓦斯;然后将长致裂驱替筛管上端接的 抽采管路接头换为充水管路接头,打开充水管路开关,通过长致裂驱替筛管向下部煤岩体 中压入高压水,水压裂煤岩体后继续充水湿润下部煤岩体,驱替吸附在煤岩体中的瓦斯,同 时通过短致裂驱替筛管和接在加载柱中心处的抽采管负压抽采瓦斯;一段时间后,再将腔 体密封盖外圈的短致裂驱替筛管上端接的抽采管路接头换为充水管路接头,内圈短致裂驱 替筛管和中心处抽采管继续负压抽采瓦斯;最后将腔体密封盖内圈的短致裂驱替筛管上端 接的抽采管路接头换为充水管路接头,仅留中心处抽采管继续负压抽采瓦斯; (3) 强吸附气体驱替瓦斯轮替抽采法:先将所有致裂驱替筛管上端和出气孔接口连接 抽采管路接头,打开放气管路开关,对煤岩体负压抽采瓦斯;然后将长致裂驱替筛管上端接 的抽采管路接头换为驱替气体管路接头,打开驱替气体钢瓶阀门、充气管路开关、气体管路 接头开关、致裂驱替筛管开关,通过长致裂驱替筛管向下部煤岩体中压入C02,驱替下部煤 岩体中的瓦斯,同时通过短致裂驱替筛管和接在加载柱中心处的抽采管负压抽采瓦斯;一 &时间后,再将腔体密封盖外圈的短致裂驱替筛管上端接的抽采管路接头换为驱替气体管 路接头,内圈短致裂驱替筛管和中心处抽采管继续负压抽采瓦斯;最后将腔体密封盖内圈 的短致裂驱替筛管上端接的抽采管路接头也换为驱替气体管路接头,仅留中心处抽采管继 续负压抽采瓦斯; g、流量监测:在煤岩体整个瓦斯抽采轮替过程中,数控气体流量计与计算机相连,通过 数据采集分析软件动态监测煤岩体内瓦斯抽采流量。
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