CN108386231A - 一种废弃矿井瓦斯收集利用装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种废弃矿井瓦斯收集利用装置，包括废弃井筒，废弃井筒上设置有井盖，所述废弃井筒与瓦斯使用装置的瓦斯入口之间依次通过抽气管和输气管连通，从瓦斯流动的方向上看，所述抽气管上依次安装有瓦斯浓度监测仪、第一闸阀、储气罐、第二闸阀和输气装置，所述第二闸阀为使瓦斯流向瓦斯入口的单向阀；所述废弃矿井瓦斯收集利用装置还包括控制中心，所述瓦斯浓度监测仪、第一闸阀、输气装置均与控制中心连接。本发明采用废气井筒、井盖、抽气管、瓦斯浓度监测仪等结构，充分回收废弃煤矿的瓦斯并加以应用，实现了废弃资源再利用；同时消除了废弃矿井瓦斯的爆炸隐患和污染环境问题。

Description

一种废弃矿井瓦斯收集利用装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及矿井瓦斯收集技术领域，具体涉及一种废弃矿井瓦斯收集利用装置及其使用方法。

背景技术

我国自2016年启动煤炭产业化解过剩产能政策以来，关闭煤矿数量不断增多，其中2016年关闭煤矿2000余座，2017年关闭煤矿1000余座，预计到2019年底还将关闭约2000座，全国煤矿控制在5000座以内。关闭煤矿采取封闭井筒处置，地下巨大开采空间内储存了大量的瓦斯也弃之不管不用，不仅造成资源浪费，存在爆炸安全隐患，而且污染环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有的废弃煤矿内的大量瓦斯未得到收集利用，造成资源浪费和爆炸隐患的问题。

本发明采用以下技术手段解决上述技术问题：

一种废弃矿井瓦斯收集利用装置，包括废弃井筒，废弃井筒上设置有井盖，所述废弃井筒与瓦斯使用装置的瓦斯入口之间依次通过抽气管和输气管连通，从瓦斯流动的方向上看，所述抽气管上依次安装有瓦斯浓度监测仪、第一闸阀、储气罐、第二闸阀和输气装置，所述第二闸阀为使瓦斯流向瓦斯入口的单向阀；

所述废弃矿井瓦斯收集利用装置还包括控制中心，所述瓦斯浓度监测仪、第一闸阀、输气装置均与控制中心连接。

进一步地，所述抽气管上还安装有气体过滤装置，所述气体过滤装置设置于第一闸阀和储气罐之间；所述气体过滤装置和储气罐之间安装有第三闸阀。

进一步地，所述气体过滤装置包括箱体和箱盖，所述箱体内部设有过滤网，所述过滤网为插拔式过滤网，所述箱体和箱盖可拆卸连接。

进一步地，所述储气罐的上部安装有防爆装置，防爆装置包括泄压管，泄压管竖直设置且与储气罐相通，泄压管的顶部安装有泄压盖，泄压盖的两端连接有坠陀。

进一步地，所述泄压盖的两端安装有对称的挂环，所述坠陀悬挂在挂环上。

进一步地，所述抽气管安装在井盖上。

进一步地，所述输气装置为恒量输气装置，所述恒量输气装置安装于抽气管上第二闸阀的出气端与瓦斯入口之间，包括对称设置的第一气缸和第二气缸，第一气缸和第二气缸中分别设有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞共用同一根活塞杆，且活塞杆的中部连接有推移装置，所述推移装置与控制中心连接，控制中心控制推移装置推动第一活塞和第二活塞的速度和方向；第一气缸上设有第一进气口和第一出气口，第二气缸上设有第二进气口和第二出气口，所述第一进气口与废弃井筒连通，第一出气口与瓦斯入口连通；所述第二进气口与另一瓦斯供气源连通，第二出气口与瓦斯入口连通；所述第一出气口与瓦斯入口之间、第二出气口与瓦斯入口之间均安装有第四闸阀；所述第四闸阀为使瓦斯流向瓦斯入口的单向阀。

进一步地，所述推移装置包括推杆和导轨，所述推杆与控制中心连接；所述推杆中部与活塞杆固定连接，且与活塞杆垂直；所述导轨包括与推杆垂直连接的上导轨和下导轨，所述推杆的两端分别与上导轨和下导轨配合。

进一步地，所述第一出气口、第二出气口与瓦斯入口通过三通管连通。

进一步地，所述另一瓦斯供气源与另一废弃矿井连通。

进一步地，所述瓦斯使用装置为小区天然气管网，所述瓦斯入口为天然气管网的进气口。

所述废弃矿井瓦斯收集利用装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)当瓦斯深度监测仪监测到瓦斯浓度达到预设值时，控制中心自动开启第一闸阀，瓦斯进入储气罐中；

(2)开启第二闸阀，储气罐内的瓦斯流向输气装置；控制中心控制输气装置将储气罐内的瓦斯输入瓦斯使用装置中。

所述步骤(1)中，当瓦斯深度监测仪监测到瓦斯浓度达到预设值时，控制中心自动关闭第一闸阀。

进一步地，所述输气装置为恒量输气装置，所述恒量输气装置安装于抽气管上第二闸阀的出气端与瓦斯入口之间，包括对称设置的第一气缸和第二气缸，第一气缸和第二气缸中分别设有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞共用同一根活塞杆，且活塞杆的中部连接有推移装置，所述推移装置与控制中心连接，控制中心控制推移装置推动第一活塞和第二活塞的速度和方向；第一气缸上设有第一进气口和第一出气口，第二气缸上设有第二进气口和第二出气口，所述第一进气口与废弃井筒连通，第一出气口与瓦斯入口连通；所述第二进气口与另一瓦斯供气源连通，第二出气口与瓦斯入口连通；所述第一出气口与瓦斯入口之间、第二出气口与瓦斯入口之间均安装有第四闸阀；所述第四闸阀为使瓦斯流向瓦斯入口的单向阀；

所述步骤(2)中，控制中心控制输气装置将储气罐内的瓦斯输入瓦斯使用装置中的过程包括：

a.控制中心向推移装置施加预设的推动力，使第一气缸内气压达到预设值并向瓦斯入口输气，第二气缸从另一瓦斯供气源中抽气；

b.当第一活塞到达第一气缸的极限位置时，控制中心向推移装置施加反向推动力，使第二气缸内气压达到预设值并向瓦斯入口输气，第一气缸从抽气管中抽气；

c.重复步骤a和步骤b，使第一气缸和第二气缸始终一抽一压，保持恒定的输气量。

本发明的优点在于：

本发明采用废气井筒、井盖、抽气管、瓦斯浓度监测仪等结构，充分回收废弃煤矿的瓦斯并加以利用，实现了废弃资源再利用，同时消除了废弃矿井瓦斯的爆炸隐患和污染环境问题。按1个煤矿生产能力300万吨/年，开采60年，瓦斯浓度0.5％计算，预计瓦斯量为90万m³,可供一个万人小区用气1.6年。全国2016～2019年将关闭煤矿5000处，废弃的瓦斯可供一座百万城市使用60～80年，前景非常广阔。

在储气罐进气前端安装气体过滤装置，对进入储气罐内部的瓦斯气体进行过滤净化。

在储气罐上设置防爆装置，当高浓瓦斯燃烧时，气体膨胀通过防爆装置的泄压管顶开泄压盖，释放气压防止爆炸，提高安全性能。

恒量输气装置安装两个气缸，始终一压一抽，保持恒定的输气量，确保用户瓦斯需要。恒量输气装置可同时与两个废弃矿井连通，可同时对两个废弃矿井中的瓦斯进行回收利用，提高效率。

将废弃矿井的瓦斯连接至小区天然气管网，工程量小、成本低、工期短、见效快、效益高。

附图说明

图1是本发明实施例中废弃矿井瓦斯收集利用装置的结构图；

图2是本发明实施例中气体过滤装置的结构图；

图3是本发明实施例中防爆装置的结构图。

具体实施方式

为了对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，采用较佳的实施例及附图进行详细说明，具体如下：

一种废弃矿井瓦斯收集利用装置，如图1所示，包括废弃井筒1、抽气管2、瓦斯浓度监测仪3、第一闸阀4、储气罐5、第二闸阀6、输气装置和控制中心(图未示)。

废弃井筒1与废弃煤矿地下开采空间连通，是废弃煤矿出露地面的通道。废弃井筒1上设置有井盖11，井盖11对废弃井筒1进行封闭；

所述抽气管2与废弃井筒1连通。作为进一步优选的技术方案，抽气管2安装在井盖11上。

所述瓦斯浓度监测仪3安装于抽气管2的进气口端附近，用于监测抽气管2进气口附近的瓦斯浓度。

以抽气管2的进气端为前，所述第一闸阀4安装于瓦斯浓度监测仪3的后端。

所述储气罐5安装于第一闸阀4的后端，储气罐5用于储存达到预设浓度的瓦斯。作为进一步优选的技术方案，所述储气罐5的顶部安装有防爆装置51，如图3所示，防爆装置51包括包括泄压管511，泄压管511竖直设置且与储气罐5相通，泄压管511的顶部安装有泄压盖512，本实施例中的泄压盖512为U型盖，倒扣在泄压管511上。泄压盖512的两端连接有坠陀513，坠陀513的重量根据储气罐5的大小和其临界爆炸能力确定。本实施例中，所述泄压盖512的两端安装有对称的挂环514，所述坠陀513悬挂在挂环514上。正常情况下，泄压盖512由挂环514吊挂的坠陀513施加压力封闭储气罐5；当高浓瓦斯燃烧时，气体膨胀通过防爆装置51的泄压管511顶开泄压盖512，释放气压防止爆炸。

所述第二闸阀6为单向阀，设置于储气罐5的后端，只允许储气罐5内的瓦斯向后流动，不能反向流动。

作为进一步优选的技术方案，所述抽气管2上还安装有气体过滤装置7，所述气体过滤装置7设置于第一闸阀4和储气罐5之间，用于过滤从废弃井筒1逸出的瓦斯气体中的杂质。所述气体过滤装置7和储气罐5之间安装有第三闸阀8。气体过滤装置7可采用现有技术中已有的各种空气过滤结构。作为进一步优选的技术方案，如图2所示，空气过滤装置7包括箱体71和箱盖72，所述箱体71内部设有过滤网73，所述箱体71和箱盖72可拆卸连接，本实施例中箱盖72设置于箱体71的上下两端，箱体71和箱盖72采用螺栓74连接。箱体71上设有空气进口711和空气出口712，所述空气进口711和空气出口712均与抽气管2连通。作为进一步优选的技术方案，所述过滤网73为插拔式过滤网，便于定期清理杂物，更换滤网实现气体过滤。更换过滤网73时，需关闭第一闸阀4和第三闸阀8，防止气体过滤装置7两端的瓦斯泄露。

所述瓦斯浓度监测仪3、第一闸阀4均连接到控制中心。

所述输气装置与控制中心连接，用于将抽气管2中的瓦斯气体输入到瓦斯使用装置(图未示)中。作为进一步的技术方案，所述输气装置为恒量输气装置9，所述恒量输气装置9安装于第二闸阀6的后端，包括对称设置的第一气缸91和第二气缸92，第一气缸91和第二气缸92中分别设有第一活塞911和第二活塞921，第一活塞911和第二活塞921共用一根活塞杆93，且活塞杆93的中部连接有推移装置94，所述推移装置94与控制中心连接，控制中心控制推移装置94推动第一活塞911和第二活塞921的速度和方向；第一气缸91上设有第一进气口912和第一出气口913，第二气缸上设有第二进气口922和第二出气口923，所述第一进气口912通过抽气管2与废弃井筒1连通，第一出气口913通过输气管21与瓦斯使用装置的瓦斯入口10连通；所述第二进气口922与另一瓦斯供气源12连通，第二出气口923通过输气管21与瓦斯入口10连通；所述第一出气口913、第二出气口923与瓦斯入口10之间均安装有第四闸阀13，所述第四闸阀13为使瓦斯流向瓦斯入口10的单向阀。所述另一瓦斯供气源12可以是其他各种可能来源且经过处理达到使用要求的瓦斯供气源，作为进一步优选的技术方案，所述另一瓦斯供气源12同样通过另外一套输气装置、储气罐、气体过滤装置、抽气管、输气管等结构(图未示)与另一废弃矿井(图未示)连通。作为进一步优选的技术方案，所述第一出气口第一出气口913、第二出气口923与瓦斯入口10通过三通管211连通。作为进一步优选的技术方案，所述推移装置94包括推杆941和导轨942，所述推杆941与控制中心连接；所述推杆941中部与活塞杆93固定连接，且与活塞杆93垂直；所述导轨942包括与推杆941垂直连接的上导轨9421和下导轨9422，所述推杆941的两端分别与上导轨9421和下导轨9422配合。本实施例中，瓦斯使用装置的瓦斯入口10为小区已有的天然气管网入口，实现废弃资源再利用。

所述废弃矿井瓦斯收集利用装置的使用方法包括以下步骤：

(1)当瓦斯深度监测仪3监测到瓦斯浓度达到预设值时，控制中心自动开启第一闸阀4，瓦斯进入储气罐5中。

(2)开启第二闸阀6，储气罐5内的瓦斯流向输气装置；控制中心控制输气装置将储气罐5内的瓦斯输入瓦斯使用装置中。

所述步骤(1)中，当瓦斯深度监测仪3监测到瓦斯浓度达到预设值时，控制中心自动关闭第一闸阀4。

作为进一步优选的技术方案，所述废弃矿井瓦斯收集利用装置的使用方法包括以下步骤：

(1)瓦斯密度小于空气密度，废弃煤矿内的瓦斯不断向废弃井筒1上部聚集，当抽气管2上的瓦斯浓度监测仪3监测到瓦斯浓度达到预设值时，控制中心自动开启第一闸阀4，让高浓度瓦斯进入储气罐5中储存备用。所述预设值为70％。

(2)开启第二闸阀6，储气罐5内的瓦斯流向恒量输气装置9；控制中心控制输气装置将储气罐5内的瓦斯输入瓦斯使用装置中，具体过程为：

a.控制中心向推移装置94施加预设的推动力，使第一气缸91内气压达到预设值并向瓦斯入口10输气，第二气缸92从另一瓦斯供气源12中抽气。

b.当第一活塞911到达第一气缸91的极限位置时，控制中心向推移装置94施加反向推动力，使第二气缸92内气压达到预设值并向瓦斯入口10输气，第一气缸91从抽气管2中抽气；

c.重复步骤a和步骤b，使第一气缸91和第二气缸92始终一抽一压，保持恒定的输气量，确保用户瓦斯需要。

本发明输气管直接连接小区已有的天然气管网，不考虑关闭煤矿原本就需施工的井盖，投资不超过20万元，工期1个月，工程量小、成本低、工期短、见效快、效益高。

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 (10)

1.一种废弃矿井瓦斯收集利用装置，其特征在于，包括废弃井筒，废弃井筒上设置有井盖，所述废弃井筒与瓦斯使用装置的瓦斯入口之间依次通过抽气管和输气管连通，从瓦斯流动的方向上看，所述抽气管上依次安装有瓦斯浓度监测仪、第一闸阀、储气罐、第二闸阀和输气装置，所述第二闸阀为使瓦斯流向瓦斯入口的单向阀；

所述废弃矿井瓦斯收集利用装置还包括控制中心，所述瓦斯浓度监测仪、第一闸阀、输气装置均与控制中心连接。

2.根据权利要求1所述的一种废弃矿井瓦斯收集利用装置，其特征在于，所述抽气管上还安装有气体过滤装置，所述气体过滤装置设置于第一闸阀和储气罐之间；所述气体过滤装置和储气罐之间安装有第三闸阀。

3.根据权利要求1所述的一种废弃矿井瓦斯收集利用装置，其特征在于，所述储气罐的上部安装有防爆装置，防爆装置包括泄压管，泄压管竖直设置且与储气罐相通，泄压管的顶部安装有泄压盖，泄压盖的两端连接有坠陀。

4.根据权利要求1所述的一种废弃矿井瓦斯收集利用装置，其特征在于，所述抽气管安装在井盖上。

5.根据权利要求1所述的一种废弃矿井瓦斯收集利用装置，其特征在于，所述输气装置为恒量输气装置，所述恒量输气装置安装于抽气管上第二闸阀的出气端与瓦斯入口之间，包括对称设置的第一气缸和第二气缸，第一气缸和第二气缸中分别设有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞共用同一根活塞杆，且活塞杆的中部连接有推移装置，所述推移装置与控制中心连接，控制中心控制推移装置推动第一活塞和第二活塞的速度和方向；第一气缸上设有第一进气口和第一出气口，第二气缸上设有第二进气口和第二出气口，所述第一进气口与废弃井筒连通，第一出气口与瓦斯入口连通；所述第二进气口与另一瓦斯供气源连通，第二出气口与瓦斯入口连通；所述第一出气口与瓦斯入口之间、第二出气口与瓦斯入口之间均安装有第四闸阀；所述第四闸阀为使瓦斯流向瓦斯入口的单向阀。

6.根据权利要求5所述的一种废弃矿井瓦斯收集利用装置，其特征在于，所述推移装置包括推杆和导轨，所述推杆与控制中心连接；所述推杆中部与活塞杆固定连接，且与活塞杆垂直；所述导轨包括与推杆垂直连接的上导轨和下导轨，所述推杆的两端分别与上导轨和下导轨配合。

7.根据权利要求5所述的一种废弃矿井瓦斯收集利用装置，其特征在于，所述另一瓦斯供气源与另一废弃矿井连通。

8.根据权利要求1所述的一种废弃矿井瓦斯收集利用装置，其特征在于，所述瓦斯使用装置为小区天然气管网，所述瓦斯入口为天然气管网入口。

9.一种如权利要求1-8任意一项所述的废弃矿井瓦斯收集利用装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)当瓦斯深度监测仪监测到瓦斯浓度达到预设值时，控制中心自动开启第一闸阀，瓦斯进入储气罐中；

(2)开启第二闸阀，储气罐内的瓦斯流向输气装置；控制中心控制输气装置将储气罐内的瓦斯输入瓦斯使用装置中。

10.根据权利要求9所述的废弃矿井瓦斯收集利用装置的使用方法，其特征在于，所述输气装置为恒量输气装置，所述恒量输气装置安装于抽气管上第二闸阀的出气端与瓦斯入口之间，包括对称设置的第一气缸和第二气缸，第一气缸和第二气缸中分别设有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞共用同一根活塞杆，且活塞杆的中部连接有推移装置，所述推移装置与控制中心连接，控制中心控制推移装置推动第一活塞和第二活塞的速度和方向；第一气缸上设有第一进气口和第一出气口，第二气缸上设有第二进气口和第二出气口，所述第一进气口与废弃井筒连通，第一出气口与瓦斯入口连通；所述第二进气口与另一瓦斯供气源连通，第二出气口与瓦斯入口连通；所述第一出气口与瓦斯入口之间、第二出气口与瓦斯入口之间均安装有第四闸阀；所述第四闸阀为使瓦斯流向瓦斯入口的单向阀；

所述步骤(2)中，控制中心控制输气装置将储气罐内的瓦斯输入瓦斯使用装置中的过程包括：

a.控制中心向推移装置施加预设的推动力，使第一气缸内气压达到预设值并向瓦斯入口输气，第二气缸从另一瓦斯供气源中抽气；

b.当第一活塞到达第一气缸的极限位置时，控制中心向推移装置施加反向推动力，使第二气缸内气压达到预设值并向瓦斯入口输气，第一气缸从抽气管中抽气；

c.重复步骤a和步骤b，使第一气缸和第二气缸始终一抽一压，保持恒定的输气量。