CN106968657A - 煤矿气相压裂加热器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿气相压裂加热器的制备方法，是将硝酸钾、过碳酸钠、尿素、镁粉、草酸铵和杉木炭粉加工成加热原料；将加热原料和点火头导入硬纸筒后，加装内设导气孔的木塞，纸筒外部加装同型号的铁圈组装成加热器；检测加热器的电阻，确保其起暴率到达99%。本发明旨在提供一种增强型加热器，低温性能好、生产及使用危险系数低，在氧气稀薄或惰性环境，并且有一定围压的情况下能够瞬间将液态二氧化碳相变为气态二氧化碳，具有发热速度快、发热量大的优点。
Description
技术领域
本发明属于煤矿低渗煤层改性瓦斯治理技术领域，特别是涉及一种煤矿气相压裂加热器的制备方法。
背景技术
煤与瓦斯突出是世界煤炭行业最为严重的灾害。中国的煤与瓦斯突出灾害频发，随着煤矿开采深度的增加，地应力和瓦斯压力也随之增大，瓦斯含量增高。瓦斯灾害给我国的煤炭安全生产带来了巨大威胁，严重制约着煤炭行业的可持续发展。
改变地应力状态、增加透气性、降低瓦斯压力和瓦斯含量是防治煤与瓦斯突出的最主要技术途径。我国当前防治煤与瓦斯突出的措施主要有区域性防突措施和局部性防突措施，包括本煤层密集钻孔技术、水力压裂技术、水力冲孔技术、水力割缝技术、深孔松动爆破技术等方法。这些技术方法一定程度上起到了防治煤与瓦斯突出的效果，但仍有一定局限性。如炸药爆破消突措施增加直接灾害发生率，水力压裂易串流甚至破坏抽采系统。
利用气相压裂技术治理煤层，提高瓦斯抽采效率，是解决目前煤矿瓦斯抽采难的一项创新技术。在大大简化抽采系统的情况下解决了抽采难题，使瓦斯抽采变的轻松、简化、彻底。
中国专利201410663007.1公开了一种低渗煤层气相压裂瓦斯快速抽采方法，具体方法是，在高瓦斯突出危险工作面待开采煤层实施钻孔，将气相压裂杆放置入钻孔中，封闭钻孔，启动高压管释出高压气体压裂煤层，然后取出高压管。气相压裂作用于原始煤层，形成钻孔周围煤岩层的裂隙卸压圈，在裂隙卸压圈范围内，地应力状态改变，形成大量裂隙，渗透性大幅度提高，瓦斯快速解吸和释放。该方法是通过加热器将二氧化碳从液态相变为气态，膨胀对煤体做功，增大煤层裂隙，进而提高瓦斯抽采效率。但是现用二氧化碳加热器发热速度较慢，一般基本集中在15-40ms之间，且发热量较小，目前的二氧化碳加热器仅能使一个内含1.3kg液态二氧化碳气相压裂高压管释放出1kg煤矿许用炸药释放出的热量二十分之一，难以达到工程需要。
发明内容
为了克服现有技术中二氧化碳加热器的缺陷，本发明公开了一种煤矿气相压裂加热器，旨在提供一种增强型加热器，低温性能好、生产及使用危险系数低，在氧气稀薄或惰性环境，并且有一定围压的情况下能够瞬间将液态二氧化碳相变为气态二氧化碳，具有发热速度快、发热量大、降低炸药使用量、提高煤矿作业安全性等优点。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种煤矿气相压裂加热器用的加热原料，是由如下重量份的原料组成的：硝酸钾15-25份、过碳酸钠10-18份、尿素5-15份、镁粉8-15份、草酸铵8-15份，杉木炭粉35-50份。
作为一种优选实施方式，所述煤矿气相压裂加热器用的加热原料，是由如下重量份的原料组成的：硝酸钾17-22份、过碳酸钠12-16份、尿素7-12份、镁粉8-12份、草酸铵10-12份，杉木炭粉37-45份。
作为一种优选实施方式，所述煤矿气相压裂加热器用的加热原料，是由如下重量份的原料组成的：硝酸钾18份、过碳酸钠14份、尿素9份、镁粉9份、草酸铵10份、杉木炭粉40份。
本发明的煤矿气相压裂加热器用的加热原料主要是用来加热组装气相压裂高压管中的液体二氧化碳使之转化成气态二氧化碳，达到治理瓦斯的目的，具体是通过如下技术方案实现的：
一种煤矿气相压裂加热器的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备加热原料：将上述加热原料加入微型搅拌机内搅拌2-3h后，加工粉末状，得到加热原料；
（2）组装加热器：将加热原料导入硬纸筒内至4/5处，捣实；倒放点火头，继续用加热原料填满，捣实；加装内设导气孔的木塞，纸筒外部加装同型号的铁圈，较佳地，所述木塞外部与硬纸筒外的铁圈紧密相连；优选地，所述硬纸筒底部用铜片封孔；
（3）检测：测量每根加热器电阻，确保其在1-4Ω范围内，确保其起暴率到达99%。
作为一种优选实施方式，所述导气孔内设有一导电性良好的弹簧，所述弹簧一端与点火头连接线相连，所述弹簧另一端与组装气相压裂高压管后充气头相连；优选地，所述点火头连接线从木塞导气孔内导出，与弹簧相连；另一根连接线通过木塞缝隙与硬纸筒外部铁圈相连。
本技术方案中的由于本发明申请加热器中的加热原料中不含有氯酸钾及高氯酸钾等高危化学品，其原料在一般情况下是稳定的，使其低温性能好、生产及使用危险系数低。本技术方案中的尿素和杉木炭粉等配合硬纸筒使本技术方案的加热原料，一方面具有防潮抗湿效果，满足井下潮湿的环境，加热器储存时间更久；另一方面维持了过碳酸钠的稳定性，在其他组份的配合下尿素在不仅是一种助燃剂，更是一种稳定剂和防潮剂；加热器中硝酸钾、草酸铵及镁粉在引发加热原料的反应过程中，能瞬间诱发过碳酸钠分解释放出一定量的氧气，促进硝酸钾、草酸铵、镁粉、杉木炭粉及尿素反应的更好进行，进而使加热器中的加热原料发热更迅速、发热量更大，从而使组装气相压裂高压管中的液体二氧化碳能够瞬间转化成气态二氧化碳；杉木炭粉不仅能调节加热原料密度、防止炸药结块的，而且对尿素和过碳酸钠进行“稀释”达到维持尿素和过碳酸钠稳定的作用。
本发明的有益效果是：
（1）采用本发明的加热原料的加热器发热迅速、发热量更大，可在3-10ms内将1.3kg液态二氧化碳瞬间转化为气态二氧化碳，释放出1kg煤矿许用炸药释放出的热量1/3-1/10，达到治理瓦斯的目的；
（2）煤矿气相压裂加热器成分简单，在空气中燃烧速度较慢，在氧气稀薄或惰性环境，并且有一定围压的情况下燃烧速度极快，满足煤矿气相压裂工程要求；
（3）新工艺采用微型搅拌机搅拌，使各成分更均匀，使加热器在二氧化碳高压管内加热速度更快，使压裂效果更佳；
（4）新工艺采用了新型硬纸筒作为载体，具有防潮抗湿效果，满足井下潮湿的环境，加热器储存时间更久；
（5）组装后增加了检测工序，确保使用的每根加热器安全有效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例加热器的结构示意图；
图2为图1的剖面示意图；
图3为图1中连接杆的剖面示意图；
图4为图1中止飞呢绒的剖面示意图。
图中：1.锥形钢槽，2.止飞呢绒，3.连接杆，4.外置螺纹，5.连接杆底座，6.连接杆杆体。
具体实施方式
实施例1
一种煤矿气相压裂加热器的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备加热原料：将硝酸钾15份、过碳酸钠10份、尿素5份、镁粉8份、草酸铵8份和杉木炭粉35份混合加入微型搅拌机内搅拌2h后，加工粉末状，得到加热原料；
（2）组装加热器：将加热原料导入硬纸筒内（外径28mm、长度235mm）至4/5处，捣实；倒放点火头，四周用加热原料填满，捣实；加装内设导气孔的木塞，纸筒外部加装同型号的铁圈，所述木塞外部与硬纸筒外的铁圈紧密相连，所述导气孔内设有一导电性良好的弹簧；点火头一根连接线通过木塞缝隙与硬纸筒外部铁圈相连，另一根连接线从木塞导气孔内导出并与导气孔内弹簧一端相连，弹簧另一端与组装气相压裂高压管（内含1.3kg液态二氧化碳）后的充气头相连。
（3）检测：测量每根加热器电阻，确保其在1-4Ω范围内，每1000根加热器中随意挑选50根压裂实验，确保其起爆率到达99%。
可在8ms内将1.3kg液态二氧化碳瞬间转化为气态二氧化碳，释放出1kg煤矿许用炸药释放出的热量十分之一。
实施例2
一种煤矿气相压裂加热器的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备加热原料：将硝酸钾25份、过碳酸钠18份、尿素15份、镁粉15份、草酸铵15份和杉木炭粉50份混合加入微型搅拌机内搅拌3h后，加工粉末状，得到加热原料；
（2）组装加热器：将加热原料导入硬纸筒内（外径28mm、长度350mm）至4/5处，捣实；倒放点火头，四周用加热原料填满，捣实；加装内设导气孔的木塞，纸筒外部加装同型号的铁圈，所述木塞外部与硬纸筒外的铁圈紧密相连，所述导气孔内设有一导电性良好的弹簧；点火头一根连接线通过木塞缝隙与硬纸筒外部铁圈相连，另一根连接线从木塞导气孔内导出并与导气孔内弹簧一端相连，弹簧另一端与组装气相压裂高压管（内含1.3kg液态二氧化碳）后的充气头相连。
（3）检测：测量每根加热器电阻，确保其在1-4Ω范围内，每1000根加热器中随意挑选50根压裂实验，确保其起爆率到达99%。
可在3ms内将1.3kg液态二氧化碳瞬间转化为气态二氧化碳，释放出1kg煤矿许用炸药释放出的热量五分之一。
实施例3
一种煤矿气相压裂加热器的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备加热原料：将硝酸钾22份、过碳酸钠16份、尿素7份、镁粉8份、草酸铵12份和杉木炭粉45份混合加入微型搅拌机内搅拌150min后，加工粉末状，得到加热原料；
（2）组装加热器：将加热原料导入硬纸筒内（外径28mm、长度235mm）至4/5处，捣实；倒放点火头，四周用加热原料填满，捣实；加装内设导气孔的木塞，纸筒外部加装同型号的铁圈，所述木塞外部与硬纸筒外的铁圈紧密相连，所述导气孔内设有一导电性良好的弹簧；点火头一根连接线通过木塞缝隙与硬纸筒外部铁圈相连，另一根连接线从木塞导气孔内导出并与导气孔内弹簧一端相连，弹簧另一端与组装气相压裂高压管（内含1.3kg液态二氧化碳）后的充气头相连。
（3）检测：测量每根加热器电阻，确保其在1-4Ω范围内，每1000根加热器中随意挑选50根压裂实验，确保其起爆率到达99%。
可在5ms内将1.3kg液态二氧化碳瞬间转化为气态二氧化碳，释放出1kg煤矿许用炸药释放出的热量七分之一。
实施例4
一种煤矿气相压裂加热器的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备加热原料：将硝酸钾17份、过碳酸钠12份、尿素12份、镁粉12份、草酸铵37份和杉木炭粉35份混合加入微型搅拌机内搅拌2h后，加工粉末状，得到加热原料；
（2）组装加热器：将加热原料导入硬纸筒内（外径28mm、长度350mm）至4/5处，捣实；倒放点火头，四周用加热原料填满，捣实；加装内设导气孔的木塞，纸筒外部加装同型号的铁圈，所述木塞外部与硬纸筒外的铁圈紧密相连，所述导气孔内设有一导电性良好的弹簧；点火头一根连接线通过木塞缝隙与硬纸筒外部铁圈相连，另一根连接线从木塞导气孔内导出并与导气孔内弹簧一端相连，弹簧另一端与组装气相压裂高压管（内含1.3kg液态二氧化碳）后的充气头相连。
（3）检测：测量每根加热器电阻，确保其在1-4Ω范围内，每1000根加热器中随意挑选50根压裂实验，确保其起爆率到达99%。
可在3ms内将1.3kg液态二氧化碳瞬间转化为气态二氧化碳，释放出1kg煤矿许用炸药释放出的热量六分之一。
实施例5
一种煤矿气相压裂加热器的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备加热原料：将硝酸钾18份、过碳酸钠14份、尿素9份、镁粉9份、草酸铵10份、杉木炭粉40份混合加入微型搅拌机内搅拌3h后，加工粉末状，得到加热原料；
（2）组装加热器：将加热原料导入硬纸筒内（外径28mm、长度235）至4/5处，捣实；倒放点火头，四周用加热原料填满，捣实；加装内设导气孔的木塞，纸筒外部加装同型号的铁圈，所述木塞外部与硬纸筒外的铁圈紧密相连，所述导气孔内设有一导电性良好的弹簧；点火头一根连接线通过木塞缝隙与硬纸筒外部铁圈相连，另一根连接线从木塞导气孔内导出并与导气孔内弹簧一端相连，弹簧另一端与组装气相压裂高压管后（内含1.3kg液态二氧化碳）的充气头相连。
（3）检测：测量每根加热器电阻，确保其在1-4Ω范围内，每1000根加热器中随意挑选50根压裂实验，确保其起爆率到达99%。
可在5ms内将1.3kg液态二氧化碳瞬间转化为气态二氧化碳，释放出1kg煤矿许用炸药释放出的热量四分之一。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (8)
1.一种煤矿气相压裂加热器用的加热原料，其特征在于，是由如下重量份的原料组成的：硝酸钾15-25份、过碳酸钠10-18份、尿素5-15份、镁粉8-15份、草酸铵8-15份，杉木炭粉35-50份。
2.如权利要求1所述煤矿气相压裂加热器用的加热原料，其特征在于，是由如下重量份的原料组成的：硝酸钾17-22份、过碳酸钠12-16份、尿素7-12份、镁粉8-12份、草酸铵10-12份，杉木炭粉37-45份。
3.如权利要求1所述煤矿气相压裂加热器用的加热原料，其特征在于，是由如下重量份的原料组成的：硝酸钾18份、过碳酸钠14份、尿素9份、镁粉9份、草酸铵10份、杉木炭粉40份。
4.一种煤矿气相压裂加热器的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备加热原料：将权利要求1-3中任一所述加热原料加入微型搅拌机内搅拌2-3h后，加工粉末状，得到加热原料；
（2）组装加热器：将加热原料导入硬纸筒内至4/5处，捣实；倒放点火头，继续用加热原料填满，捣实；加装内设导气孔的木塞，纸筒外部加装同型号的铁圈；
（3）检测：测量每根加热器电阻，确保其在1-4Ω范围内，确保其起暴率到达99%。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述木塞外部与硬纸筒外的铁圈紧密相连。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述硬纸筒底部用铜片封孔。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述导气孔内设有一导电性良好的弹簧，所述弹簧一端与点火头连接线相连，所述弹簧另一端与组装气相压裂高压管后充气头相连。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述点火头连接线从木塞导气孔内导出，与弹簧相连；另一根连接线通过木塞缝隙与硬纸筒外部铁圈相连。
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