CN106014363A - 一种提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法，首先在煤层内施工瓦斯抽采钻孔和专用注汽钻孔，并通过注水泵进行注水；停止注水后将瓦斯抽采钻孔连接抽放管路，抽放管路经流量调节装置一路连接至瓦斯安全储罐、另一路连接到至地面抽采泵站；瓦斯安全储罐与煤矿井下的防爆燃气蒸汽发生器连接；燃烧器的水蒸汽出口与专用注汽钻孔连接；启动地面抽采泵站进行瓦斯抽放，向防爆燃气蒸汽发生器内注水后打开防爆燃气蒸汽发生器开关，瓦斯燃烧加热产生水蒸汽；打开蒸汽阀门，水蒸气持续加热煤体进一步驱替瓦斯。本方法不需要提供额外的直接热源或化学物质反应热源，抽采瓦斯的能耗及成本较低，特别适用于煤矿井下低透气、高吸附煤层的瓦斯抽采。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法，具体是一种适用于煤矿井下低透气、高吸附煤层的提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法，属于煤炭安全开采技术领域。
背景技术
煤矿瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成，瓦斯主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，瓦斯在煤体或围岩的孔隙和裂隙内是以游离状态和吸着状态存在的，一般情况下同一煤层的瓦斯含量随深度而递增，当空气中氧气浓度达到10%时，若瓦斯浓度在5%～16%之间就会发生爆炸，若瓦斯在空气中的浓度超过55%时能使人很快窒息死亡，因此瓦斯是煤矿生产中的主要危害因素，通常煤矿井下为保证安全生产需要用矿井通风和控制瓦斯涌出等方法防止瓦斯浓度超过规定。
现有的提高瓦斯抽采效率的方法都是通过人工干扰在煤层内形成裂隙和瓦斯运移通道，从而促进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，通常在实施这些技术方法后，煤层中还有大量的残余瓦斯不能被抽放出来，这些残余的瓦斯大部分会在煤炭开采过程中被释放出来，随通风风流直接排放到大气中。
从现有的研究理论上来讲，提高煤体的温度可以大大降低煤层的瓦斯含量，也就可以大幅提高瓦斯抽采率，因此现有技术中出现利用热蒸汽为介质的热驱动提高瓦斯抽采效率的方法，即通过地面或井下抽采钻孔向煤体内部注热、提高煤体温度以促进瓦斯解吸，例如：以微波直接加热或化学氧化加热的方式向地层注入热能使煤层加热、然后关闭气井、焖井一段时间后再开井采气的热驱动提高瓦斯抽采效率的方法；向进气井注入至少400～600℃的高温氮气或者高温烟道气加热煤层、使氮气的小分子能够与煤分子反应充分置换煤层间隙以及分子团中的煤层气的热驱动提高瓦斯抽采效率的方法；向煤层注入温度在180～220℃范围内、注入压力不超过5MPa的热二氧化碳、然后关闭气井进行焖井后再进行排水降压、采气，最后从采出气体中分离出二氧化碳和煤层气的热驱动提高瓦斯抽采效率的方法。
但目前采用的煤层加热提高瓦斯抽采率的方法都需要提供额外的直接热源或化学物质反应热源，通过这些热源来加热煤层或加热二氧化碳、氮气或高温烟道气等其他介质，然而煤的导热能力较差，要实现煤层的加热，需要大量的额外外部热量，抽采瓦斯的能耗及成本较高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法，能够在实现向煤层传递热量、促进吸附在煤体孔隙内部的瓦斯的解吸能力、保证瓦斯的抽放效果的前提下实现降低能耗和成本。
为实现上述目的，本提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法具体包括以下步骤：
a）首先在煤层内施工瓦斯抽采钻孔和专用注汽钻孔，并通过注水泵向瓦斯抽采钻孔和/或专用注汽钻孔内进行注水；
b）至设定时间后停止注水，然后将瓦斯抽采钻孔连接抽放管路，抽放管路从钻孔引出后连接至流量调节装置的入口端，流量调节装置的一个出口端通过管路连接至瓦斯安全储罐，流量调节装置的另一个出口端通过抽放管路连接到至地面抽采泵站；
c）将瓦斯安全储罐通过气路阀门连接至设置在煤矿井下的防爆燃气蒸汽发生器；将燃烧器的水蒸汽出口通过蒸汽阀门连接至煤层的专用注汽钻孔；
d）启动地面抽采泵站进行瓦斯抽放，自煤层抽出的瓦斯一部分经流量调节装置进入瓦斯安全储罐、另一部分经流量调节装置被地面抽采泵站排出；
e）当瓦斯安全储罐内压力达到设定压力范围时，向防爆燃气蒸汽发生器内注水后打开防爆燃气蒸汽发生器开关，瓦斯安全储罐内的瓦斯进入防爆燃气蒸汽发生器燃烧加热产生水蒸汽；
f）当防爆燃气蒸汽发生器内的蒸汽压力值达到设定压力范围时，打开蒸汽阀门，水蒸气持续加热煤体进一步驱替瓦斯。
作为本发明的进一步改进方案，步骤a）中所述的通过注水泵向煤体内进行注水是采取静压注水方式进行注水。
作为本发明的进一步改进方案，步骤d）中所述的持续加热煤体驱替瓦斯的水蒸气是过饱和水蒸汽。
作为本发明的进一步改进方案，所述的过饱和蒸汽的压力是1.5～2.5MPa、温度是350～450℃。
作为本发明的进一步改进方案，所述的防爆燃气蒸汽发生器内设有辅助加热机构。
与现有技术相比，本提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法由于首先通过注水泵向施工好的瓦斯抽采钻孔和专用注汽钻孔内进行注水，因此湿润后的煤体可以有效提高其导热性，可以为后续的加热煤层提供优良的传热环境；由于直接利用煤层析出的瓦斯作为燃料、并直接在煤矿井下通过防爆燃气蒸汽发生器进行燃烧加热产生蒸汽、并将产生的蒸汽通过专用注汽钻孔直接对煤层进行持续加热煤体进一步驱替瓦斯，煤体被加热后，瓦斯的解吸、运移会加剧，其内部残余的瓦斯会大量释放，进而实现作为燃料的瓦斯的持续供应，因此不需要提供额外的直接热源或化学物质反应热源，抽采瓦斯的能耗及成本较低，特别适用于煤矿井下低透气、高吸附煤层的瓦斯抽采。
附图说明
图1是本发明的实施流程示意图；
图2是本发明在底板穿层条带预抽瓦斯中应用的实施例图；
图3是本发明在本煤层顺层钻孔抽放瓦斯中应用的实施例图。
图中：1、3、5、7－普通瓦斯抽采钻孔；2、4、6－注汽钻孔；8－底板巷；9－煤层巷道；10－煤层；11－工作面回风巷；12－工作面进风巷；13－工作面切眼；14－工作面普通顺层抽采钻孔；15－工作面顺层注汽钻孔。
具体实施方式
下面结合附图、并以在底板穿层条带预抽瓦斯和在本煤层顺层钻孔抽放瓦斯为例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法具体包括以下步骤：
a）首先在煤层内施工瓦斯抽采钻孔和专用注汽钻孔，由于煤层的导热系数非常低、而水的导热性较好，煤层注水可以提高煤体的导热性，因此通过注水泵向瓦斯抽采钻孔和/或专用注汽钻孔内进行注水，湿润钻孔周围的煤体；
b）至设定时间后停止注水，然后将瓦斯抽采钻孔连接抽放管路，抽放管路从钻孔引出后连接至流量调节装置的入口端，流量调节装置的一个出口端通过管路连接至瓦斯安全储罐，流量调节装置的另一个出口端通过抽放管路连接到至地面抽采泵站；
c）将瓦斯安全储罐通过气路阀门连接至设置在煤矿井下的防爆燃气蒸汽发生器；将燃烧器的水蒸汽出口通过蒸汽阀门连接至煤层的专用注汽钻孔；
d）启动地面抽采泵站进行瓦斯抽放，自煤层抽出的瓦斯一部分经流量调节装置进入瓦斯安全储罐、另一部分经流量调节装置被地面抽采泵站排出；
e）当瓦斯安全储罐内压力达到设定压力范围时，向防爆燃气蒸汽发生器内注水后打开防爆燃气蒸汽发生器开关，瓦斯安全储罐内的瓦斯进入防爆燃气蒸汽发生器燃烧加热产生水蒸汽；
f）当防爆燃气蒸汽发生器内的蒸汽压力值达到设定压力范围时，打开蒸汽阀门，水蒸气进入专用注汽钻孔持续加热煤体进一步驱替瓦斯。
为了保证水注入瓦斯抽采钻孔时更均匀地湿润周围煤体，作为本发明的进一步改进方案，步骤a）中所述的通过注水泵向煤体内进行注水是采取静压注水方式进行注水。
为保证有效的加热效果，作为本发明的进一步改进方案，步骤d）中所述的持续加热煤体驱替瓦斯的水蒸气是过饱和水蒸汽。
由于过饱和蒸汽的压力越高温度越高，则过饱和蒸汽对煤层的加热范围越大、煤层升温更快，但煤矿井下过高的压力存在安全隐患，因此为保证有效的加热效果，作为本发明的进一步改进方案，所述的过饱和蒸汽的压力是1.5～2.5MPa、温度是350～450℃。
为了保证瓦斯抽排的彻底性，作为本发明的进一步改进方案，所述的防爆燃气蒸汽发生器内设有辅助加热机构，当抽排后期瓦斯压力不足以燃烧时启动辅助加热机构继续加热，直至瓦斯完全析出后停止加热。
实施例一：本发明在底板穿层条带预抽瓦斯中的应用。
如图2所示，在底板巷8中，向煤层10施工普通瓦斯抽采钻孔1、3、5、7，同时施工注汽钻孔2、4、6。钻孔施工完毕后，通过钻孔1、3、5、7向煤层10注水，注水完毕后，进行瓦斯抽放，抽放的瓦斯被用来直接燃烧提供水蒸汽，水蒸汽随后被注入注汽钻孔2、4、6，此时，钻孔1、3、5、7的瓦斯抽采率可明显提高，燃烧剩余的瓦斯可输送至地面瓦斯抽采泵站。同时，随着瓦斯抽采率的提高，煤层巷道9两侧的瓦斯与常规抽采相比，可迅速降低，一方面缩短了瓦斯预抽时间，另一方面残余瓦斯含量也大幅降低，可缓解采掘接替紧张局面。
实施例二：本发明在本煤层顺层钻孔抽放瓦斯中的应用。
如图3所示，在工作面回风巷道11向工作面切眼13施工一排顺层瓦斯抽采钻孔，第一个钻孔为工作面普通顺层抽采钻孔14，第二个钻孔为工作面顺层注汽钻孔15，然后依次间隔施工普通顺层抽采钻孔和注汽钻孔；同样，在工作面进风巷12向工作面切眼13间隔施工施工普通顺层抽采钻孔和注汽钻孔。施工完毕后，向所有工作面普通顺层抽采钻孔注水，然后进行瓦斯抽放，抽采的瓦斯用来直接燃烧提供水蒸汽，水蒸汽随后被注入所有施工的注汽钻孔，瓦斯抽采效率可显著提高，燃烧剩余的瓦斯可输送到地面瓦斯抽采泵站。
本提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法由于首先通过注水泵向施工好的瓦斯抽采钻孔和专用注汽钻孔内进行注水，因此湿润后的煤体可以有效提高其导热性，可以为后续的加热煤层提供优良的传热环境；由于直接利用煤层析出的瓦斯作为燃料、并直接在煤矿井下通过防爆燃气蒸汽发生器进行燃烧加热产生蒸汽、并将产生的蒸汽通过专用注汽钻孔直接对煤层进行持续加热煤体进一步驱替瓦斯，煤体被加热后，瓦斯的解吸、运移会加剧，其内部残余的瓦斯会大量释放，进而实现作为燃料的瓦斯的持续供应，因此不需要提供额外的直接热源或化学物质反应热源，抽采瓦斯的能耗及成本较低，特别适用于煤矿井下低透气、高吸附煤层的瓦斯抽采。
Claims (5)
1.一种提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
a）首先在煤层内施工瓦斯抽采钻孔和专用注汽钻孔，并通过注水泵向瓦斯抽采钻孔和/或专用注汽钻孔内进行注水；
b）至设定时间后停止注水，然后将瓦斯抽采钻孔连接抽放管路，抽放管路从钻孔引出后连接至流量调节装置的入口端，流量调节装置的一个出口端通过管路连接至瓦斯安全储罐，流量调节装置的另一个出口端通过抽放管路连接到至地面抽采泵站；
c）将瓦斯安全储罐通过气路阀门连接至设置在煤矿井下的防爆燃气蒸汽发生器；将燃烧器的水蒸汽出口通过蒸汽阀门连接至煤层的专用注汽钻孔；
d）启动地面抽采泵站进行瓦斯抽放，自煤层抽出的瓦斯一部分经流量调节装置进入瓦斯安全储罐、另一部分经流量调节装置被地面抽采泵站排出；
e）当瓦斯安全储罐内压力达到设定压力范围时，向防爆燃气蒸汽发生器内注水后打开防爆燃气蒸汽发生器开关，瓦斯安全储罐内的瓦斯进入防爆燃气蒸汽发生器燃烧加热产生水蒸汽；
f）当防爆燃气蒸汽发生器内的蒸汽压力值达到设定压力范围时，打开蒸汽阀门，水蒸气持续加热煤体进一步驱替瓦斯。
2.根据权利要求1所述的提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，步骤a）中所述的通过注水泵向煤体内进行注水是采取静压注水方式进行注水。
3.根据权利要求1或2所述的提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，步骤d）中所述的持续加热煤体驱替瓦斯的水蒸气是过饱和水蒸汽。
4.根据权利要求3所述的提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，所述的过饱和蒸汽的压力是1.5～2.5MPa、温度是350～450℃。
5.根据权利要求1或2所述的提高煤矿井下瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，所述的防爆燃气蒸汽发生器内设有辅助加热机构。
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