CN107420126B - 均压循环矿井瓦斯抽采系统 - Google Patents
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Abstract
本发明均压循环瓦斯抽采系统的目的，是除去现有矿井瓦斯抽采系统所产瓦斯和空气的混合气中的空气。本发明为现有矿井瓦斯抽采系统中，钻场煤巷增建均压密闭墙组合、地面瓦斯抽采泵出气口增建连接钻场煤巷的循环瓦斯注气井。钻场煤巷连续注入体积等于其漏入瓦斯抽采煤孔的气体体积的混合气。钻场煤巷内留存的空气被地面瓦斯抽采泵连续排出至消失。本发明适用于所有煤矿。
Description
技术领域 本发明涉及开采煤层所含瓦斯(一种天然气)，属采矿技术。
背景技术 现有矿井瓦斯抽采技术，为自生产煤炭的矿井通风巷道，于煤层施工几百米长的瓦斯抽采煤孔，煤孔孔口内插入瓦斯抽采管，孔壁与管之间的空隙充满封堵材料。瓦斯抽采管依次连接矿井通风巷道内的瓦斯抽采收集运输管道、地面瓦斯抽采泵、地面瓦斯储柜、瓦斯用户管道。开启地面瓦斯抽采泵，煤层瓦斯和矿井通风巷道的空气，同时流经煤层内不同的原生裂隙，被抽入瓦斯抽采煤孔，形成混合气。混合气流经瓦斯抽采管、矿井瓦斯抽采收集运输管道、地面瓦斯抽采泵、地面瓦斯储柜、瓦斯用户管道。现有技术的问题是，需建设混合气加压液化分离工厂，混合气中的氧气和氮气先液化，才能制成瓦斯。
发明内容 本发明均压循环矿井瓦斯抽采系统的目的，是矿井瓦斯抽采技术直接除去混合气内的空气，生产瓦斯。
实施本发明，矿井通风巷道、施工煤层中瓦斯抽采煤孔时摆放钻孔机的钻场煤巷、由钻场煤巷施工的瓦斯抽采煤孔依次连接。瓦斯抽采煤孔孔口处插入瓦斯抽采管，管与瓦斯抽采煤孔壁之间的空隙充满填充物将孔封闭。钻场煤巷内其与矿井通风巷道连接处有均压密闭墙，矿井通风巷道内有监测钻场煤巷和矿井通风巷道内气体压力的监测设备及压力数据传输设施。均压密闭墙、气压监测设备称为均压密闭墙组合。瓦斯抽采管依次连接钻场内的瓦斯抽采运输管道、瓦斯抽采运输井、地面瓦斯抽采管道、地面瓦斯抽采泵、地面瓦斯储柜、带有流量调控阀门的循环瓦斯管道、循环瓦斯注气井、钻场煤巷、煤层内原生裂隙、瓦斯抽采煤孔，加上均压密闭墙组合，构成均压循环矿井瓦斯抽采系统，该系统与矿井通风巷道之间的气体交换通道，为均压密闭墙周边岩(煤)层内的原生裂隙。地面瓦斯储柜连接瓦斯用户管道。
实施本发明，开启地面瓦斯抽采泵前，均压循环矿井瓦斯抽采系统内的气压与矿井通风巷道内气压相等，之间没有气体交换。开启地面瓦斯抽采泵，其进气口及其连通的从地面瓦斯抽采管道到瓦斯抽采煤孔的组件中的气体压力，均为小于矿井通风巷道内气压的负压，而煤层所含瓦斯和钻场煤巷内的留存空气的气压，均为大于或等于矿井通风巷道内气压的正压。因而，在压差作用下，煤层所含瓦斯和钻场煤巷内的空气，同时沿不同的煤层原生裂隙，被抽入瓦斯抽采煤孔，形成混合气。混合气流经瓦斯抽采管进入均压循环矿井瓦斯抽采系统，该系统中地面瓦斯抽采泵出气口及其连接的地面瓦斯储柜的气压均为大于矿井通风巷道内，气压的正压。在地面瓦斯储柜人员操作各阀门，使体积相当煤层瓦斯进入瓦斯抽采煤孔的混合气，进入瓦斯用户管道；使体积相当钻场煤巷流至瓦斯抽采煤孔的混合气，进入地面循环瓦斯管道，被注入钻场煤巷。
人员微调循环瓦斯管道上的流量调控阀门，使矿井通风巷道内的气压监测设备显示矿井通风巷道内气压等于钻场煤巷气压，则向钻场煤巷连续注入混合气的体积补偿钻场煤巷流出气体的体积，钻场煤巷内的气体体积不变、气压不变，矿井通风巷道和钻场煤巷之间，停止气体交换。地面瓦斯储柜内的混合气，连续进入用户瓦斯管道，钻场煤巷留存的空气被连续移出均压循环矿井瓦斯抽采系统，使均压循环矿井瓦斯抽采系统内的空气连续减少至消失，均压循环矿井瓦斯抽采系统内和瓦斯用户管道内均为瓦斯流动。
实施本发明，为使注入钻场煤巷的循环瓦斯分布均匀，有沿钻场煤巷全长的循环瓦斯注气管连接循环瓦斯注气井，该管有均匀分布的循环瓦斯出气孔。
实施本发明，为尽量利用现有矿井的巷道，可钻场煤巷内的瓦斯抽采收集运输管道，穿过均压密闭墙通达矿井通风巷道后，沿矿井通风巷道通达地面，依次连接地面瓦斯抽采管道、地面瓦斯抽采泵。
实施本发明，可钻场煤巷内的循环瓦斯注气管，穿过均压密闭墙通达矿井通风巷后，沿矿井通风巷道通达地面，连接地面循环瓦斯管道。
实施本发明，注入钻场煤巷的混合气含少量空气。为缩短钻场煤巷内留存空气的排尽时间，可人员在地面关闭地面循环瓦斯管道和地面瓦斯储柜的连接，地面循环瓦斯管连接地面燃料气体瓦斯或煤层气、天然气管道，向钻场煤巷内注入燃料气体。待钻场煤巷内留存的空气被抽尽后，关闭燃料气体阀门，开启地面循环瓦斯管道与地面瓦斯储柜的开关，回复均压循环矿井瓦斯抽采系统。
实施本发明，还可省去地面瓦斯储柜，地面瓦斯抽采泵的出气口直接连接地面循环瓦斯管道和瓦斯用户管道。
实施本发明，为减少钻场煤巷内的留存空气，循环密闭墙插进连接矿井通风巷道内慢速抽风机的排气管。密封墙再插进与钻场煤巷等长的燃料气体注气管。开启慢速抽风机，人员调控注气管和排气管内的流量相等，钻场煤巷内形成燃料气体柱跟随留存空气柱的气流，使钻场煤巷内的留存空气被燃料气体置换。
实施本发明，可矿井通风巷道内的气压监测设备自动操控地面循环瓦斯管道上的流量调控阀门。流量调控阀门采用自动控制的电磁阀门。矿井通风巷道内的气压监测设备为U形管，其1个立管连接穿过均压密闭墙通达钻场煤巷的空心管。U管内装入水银，开启地面瓦斯抽采泵前，均压密闭墙两侧巷道内气压相等，U形管两个立管内的水银柱高度相等。在每个立管上部有2条电流导线各连接1个悬挂的金属棒，棒端靠近水银液面。启动地面瓦斯抽采泵后，如连通钻场煤巷的U形管立柱内水银液面上升，触碰2个金属棒，即表明钻场煤巷注入的循环瓦斯少于其排出的气体而气压降低。此时其电流导线导通，电流发出电磁阀门增加循环瓦斯流量的指令，电磁阀自动执行。反之，如U形管的另一个立管内水银液面升高触碰悬挂的2个金属棒，则表明钻场煤巷内注入的循环瓦斯，超过钻场煤巷排出的气体，导通的电流发出电磁阀门减少流量的指令并自动实施。也可以U形管内放置水，水面上有浮漂，浮漂顶部为金属盖。也可以U形管内放置水，水中加入导电的电触质。
本发明的优点：矿井瓦斯抽采系统自动排除混合气内的空气，省去建混合气高压液化分离工厂的投资与成本。
附图说明
图1 现有矿井瓦斯抽采系统中瓦斯抽采煤孔布置图
图中，1为煤层，2为矿井通风巷道，3为置放钻孔机的钻场煤巷，4为瓦斯抽采煤孔，5为生产煤炭的人员作业面，6为煤层上方岩层塌落的石块。地面得空气，从1条矿井通风巷道2流入，经人员作业面1再进入另1条矿井通风巷道流回地面。
图2 现有矿井瓦斯抽采系统中瓦斯抽采煤孔结构图
图中，2为矿井通风巷道，4为瓦斯抽采煤孔，7为瓦斯抽采管，8为与矿进通风巷道等长、连接地面瓦斯抽采泵的矿井瓦斯抽采收集运输管道，9为瓦斯抽采管与瓦斯抽采煤孔壁之间的填充材料，10为煤层内原生的裂隙。瓦斯抽采管连接矿井瓦斯收集抽采运输管道。图中剪头表示气流方向。
图3 均压循环矿井瓦斯抽采系统图
图中
剪头：气体流动方向
21：地面。
1：煤层。
2：矿井通风巷道。连接矿井井筒，由矿井通风巷道施工钻场煤巷3。其内空气压力为1个大气压。
3：钻场煤巷。由其施工多个煤层内的瓦斯抽采煤孔4，本图只画1个。
4：瓦斯抽采煤孔。
7：瓦斯抽采管。
8：矿井瓦斯抽采收集运输管道.连接钻场煤巷内的多个瓦斯抽采煤孔的瓦斯抽采管。
9：瓦斯抽采管与瓦斯抽采煤孔孔壁之间的空隙所充满的填充材料。
10：煤(岩)层内的原生裂隙。
11：瓦斯抽采运输井。
12：地面瓦斯抽采运输管道。
13：地面瓦斯抽采真空泵。驱动矿井瓦斯抽采系统的气体流动。其进气口及进气口连接的地面瓦斯抽采运输管道12、瓦斯抽采运输井11、瓦斯抽采收集运输管道、瓦斯抽采管、瓦斯抽采煤孔内的气体压力，在开启地面瓦斯抽采真空泵，小于1个大气压，称为负压。地面瓦斯抽采泵的出气口和其连接的地面瓦斯气柜、地面循环瓦斯管道、循环瓦斯注入井内气体压力，大于1个大气压，为正压。
14：地面瓦斯储柜。
15：地面循环瓦斯管道。
16：循环瓦斯管道上安装的流量调控阀门。
17：循环瓦斯注入井。循环瓦斯注入井依次连接钻场煤巷3、煤层内的裂隙10、瓦斯抽采煤孔4、瓦斯抽采管7、瓦斯抽采收集运输管道8、瓦斯抽采运输井、地面瓦斯抽采运输管道12、地面瓦斯抽采真空泵13、地面瓦斯储柜14和地面循环瓦斯管道15，构成均压循环矿井瓦斯抽采系统。
18：瓦斯用户管道。
19：燃料气体瓦斯或天然气、煤层气管道。其上有流量调控阀门(图上未画)。开启地面瓦斯抽采泵时，阀门23关闭，阀门20开启。瓦斯用户管道18排尽钻场煤巷内留存空气后，阀门23开，阀门20关。
20：燃料气体管道的阀门。
22：均压密闭墙。矿井通风巷道内，有矿井通风巷道和钻场煤巷内气体压力的监测设备和发送监测信息的传输设施(图中未画出)。
23：均压密闭墙周边岩(煤)层内的裂隙。
24：矿井瓦斯抽采收集运输管道的管口封堵塞。
具体实施方案 除去现有矿井瓦斯抽采泵统所产混合气中的空气。现有矿井瓦斯抽采系统，矿井通风巷道、长度几千米的钻场煤巷、多个瓦斯抽采煤孔依次连接。钻场煤巷内的瓦斯抽采运输管道，连接各瓦斯抽采煤孔的瓦斯抽采管，沿矿井通风巷道通达地面、连接地面瓦斯抽采泵、地面瓦斯储柜、用户瓦斯管道。钻场煤巷通风。改造现有矿井瓦斯抽采系统为均压循环矿井瓦斯抽采系统增加工程如：
1、地面工程。施工图3所示的连接地面瓦斯储柜14的地面循环瓦斯管道15、燃料气体瓦斯或天然气、煤层气管道19、循环瓦斯注气井门17.
2、改造钻场煤巷工程。铺设沿其全长的循环瓦斯注气管并连接循环瓦斯注气井17的下口。铺设沿其全长的燃料气体管道并使该管道沿矿井通风巷道达地面连接地面燃料气体管道19。同时，铺设排气管并连接矿井通风巷道内慢速抽风机。最后，施工钻场煤巷内其连接矿井通风巷道处的均压密闭墙组合22。
3、钻场煤巷内的气体置换。人员在连接钻场煤巷3的矿井通风巷道2内作业，开启慢速抽风机，调控排气管和注气管内的流量相等，钻场煤巷3内形成燃料气体柱连接空气柱的气流。
4、均压循环瓦斯矿井瓦斯抽采系统投产。在上述3各程序放实期间，现有矿井瓦斯抽采系统均正常进行。完成钻场内的气体置换后，人员在地面关闭燃料气体阀门19、开启地面循环瓦斯管道阀门23，由地面瓦斯抽采泵13、地面瓦斯储柜、地面循环瓦斯管道15、循环瓦斯注气井17、钻场煤巷3、煤层裂隙10、瓦斯抽采煤孔4、瓦斯抽采管7、瓦斯抽采收集运输管道8、瓦斯抽采运输井11、地面瓦斯抽采管道12构成的均压循环瓦斯抽采系统投产。
Claims (8)
1.均压循环矿井瓦斯抽采系统，开采煤层所含瓦斯，其特征为：矿井通风巷道、摆放钻孔机的钻场煤巷、由钻场煤巷施工的煤层内的多个瓦斯抽采煤孔依次连接；钻场煤巷内在其与矿井通风巷道连接处有均压密闭墙，矿井通风巷道内有监测钻场煤巷内和矿井通风巷道内气体压力的监测设备，均压密闭墙和监测设备构成均压密闭墙组合，监测设备连接通达地面的气压信息传输设施；瓦斯抽采煤孔孔口内插有瓦斯抽采管，其管壁与孔壁之间的空隙充满填充材料加以封堵；瓦斯抽采管、钻场煤巷内的瓦斯抽采收集运输管道、连通地面的瓦斯抽采运输井、地面瓦斯抽采运输管道、地面瓦斯抽采泵、地面瓦斯储柜、地面循环瓦斯管道、循环瓦斯注气井、钻场煤巷、煤层裂隙和瓦斯抽采煤孔依次连接，加上均压密闭墙组合，构成均压循环矿井瓦斯抽采系统；地面循环瓦斯管道上有流量调控阀门；地面瓦斯储柜连接瓦斯用户管道；
其中，钻场煤巷的均压密闭墙插入抽风管，抽风管的一端通达钻场煤巷，抽风管另一端连接矿井通风巷道内的慢速抽风机；沿钻场煤巷全长有燃料气体瓦斯或天然气、煤层气的注气管，该管穿过均压密闭墙通达矿井通风巷道并沿矿井通风巷道通达地面，连接地面的燃料气体管道；
开启地面瓦斯抽采泵前，人员在矿井通风巷道开启慢速抽风机，并调控抽风管和注气管内气体流量相等，钻场煤巷内形成燃料气体柱跟随空气柱的气流，钻场煤巷内的留存空气被燃料气体置换。
2.如权利要求1所述的均压循环矿井瓦斯抽采系统，开采煤层所含瓦斯，其特征为：人员开启地面瓦斯抽采泵，煤层所含瓦斯、钻场煤巷内以存留的空气为主的气体，同时流经不同的煤层裂隙进入瓦斯抽采煤孔，形成混合气；混合气流入瓦斯抽采管进入均压循环矿井瓦斯抽采系统；人员在地面操作流量调控阀门，使钻场煤巷被注入的气体的体积补偿其流出至瓦斯抽采煤孔的气体体积、密闭墙两侧巷道的气体压力均衡相等，矿井通风巷道和钻场煤巷之间流经煤层与岩层内原生裂隙的气体交换停止；人员开启地面瓦斯储柜连接瓦斯用户管道的阀门，地面瓦斯储柜内剩余混合气连续进入瓦斯用户管道，将混合气中钻场煤巷留存的空气连续移出均压循环矿井瓦斯抽采系统至消失。
3.如权利要求1所述的均压循环矿井瓦斯抽采系统，开采煤层所含瓦斯，其特征是：在钻场煤巷内，循环瓦斯注气井连接循环瓦斯注气管，该管对应每个瓦斯抽采煤孔有循环瓦斯出气孔。
4.如权利要求1所述的均压循环矿井瓦斯抽采系统，开采煤层所含瓦斯，其特征为:钻场煤巷瓦斯抽采收集运输管道穿过均压密闭墙通达矿井通风巷道，并沿矿井通风巷道通达地面，依次连接地面瓦斯抽采运输管道、地面瓦斯抽采泵。
5.如权利要求1所述的均压循环矿井瓦斯抽采系统，开采煤层所含瓦斯，其特征是：钻场煤巷内瓦斯注气管穿过均压密闭墙通达矿井通风巷道后，沿矿井通风巷道通达地面并依次连接地面循环瓦斯管道、地面瓦斯储柜、地面瓦斯抽采泵。
6.如权利要求1所述的均压循环矿井瓦斯抽采系统，开采煤层所含瓦斯，其特征为：人员关闭地面循环瓦斯管道与地面瓦斯储柜的连接，地面循环瓦斯管道连通地面燃料气体瓦斯或天然气、煤层气管道，向钻场煤巷注入燃料气体；地面瓦斯抽采泵出气口流出的气体无空气后，地面循环瓦斯管道再连接地面瓦斯储柜，关闭燃料气体管道，均压循环矿井瓦斯抽采系统工作。
7.如权利要求1所述的均压循环矿井瓦斯抽采系统，开采煤层所含瓦斯，其特征为：地面瓦斯抽采泵的出气口直接连接瓦斯用户管道和地面循环瓦斯管道。
8.如权利要求1所述的均压循环矿井瓦斯抽采系统，开采煤层所含瓦斯，其特征是：矿井通风巷道内有U形管，其1个立管穿过均压密闭墙通达钻场煤巷；U形管内装有水银，开启地面瓦斯抽采泵前，U形管2个立管内水银液面等高，每立管紧靠水银液面有悬挂的2个电流导线的金属棒；人员开启地面瓦斯抽采泵，当连通钻场煤巷的U形管的立管水银柱液面上升触碰2个金属棒时，电流导线连通，电流指令流量调控阀门增加流量；当另一个U形管立管的水银液面上升至触碰上方悬挂的2个金属棒时，电流导线导通，电流指令流量调控阀门减少流量。
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