CN111561303A - 一种加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置，包括卡车、流量计、第一气体增压器、第二气体增压器、混合气体分离装置、甲烷储罐、集水箱和控制系统，在地面上向所述煤储层中钻设一个U型井和若干个开采井，U型井由第一竖直井段、水平井段和第二竖直井段组成，卡车上安装有燃料电池空气换热系统，燃料电池空气换热系统的出气口与第一气体增压器的进气口连接，第一气体增压器的出气口与第一竖直井段的井口连接，第二竖直井段的井口与第二气体增压器的进气口连接，第二气体增压器的出气口与混合气体分离装置的进气口连接，各个开采井均连接有抽采装置。本发明能够有效去除低煤阶储层中的水分，促进甲烷分子的解吸，进而提高低煤阶煤层气的产量。

Description

一种加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置及方法
技术领域
本发明涉及煤层气开采技术领域，具体的说，涉及一种加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置及方法。
背景技术
随着煤层气勘探开发的进展，低煤阶煤层气因为其丰富的资源量引起了国内外广泛的关注。然而我国低煤阶煤层气的开发效果并不理想，主要原因在于低煤阶煤化作用程度低，割理系统不发育，导致储层渗透率极低。尤其是褐煤储层，渗透率往往不足0.1mD，导致煤层气的产量极低。目前尚缺乏有效的措施提高低煤阶储层的渗透能力。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置及方法，本发明能够有效去除低煤阶储层中的水分，从而产生大量的人造裂隙；同时对低煤阶储层进行加热降低了低煤阶储层的吸附能力，促进甲烷分子的解吸，进而提高低煤阶煤层气的产量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置，包括设置在所述煤储层地面上的卡车、流量计、第一气体增压器、第二气体增压器、混合气体分离装置、甲烷储罐、集水箱、显示屏和控制系统，在地面上向所述煤储层中钻设一个U型井和若干个开采井，各个开采井分布设置在U型井的周围，U型井和各个开采井组成井网，U型井由第一竖直井段、水平井段和第二竖直井段组成，第一竖直井段的下端与水平井段的一端连接，第二竖直井段的下端与水平井段的另一端连接，卡车上安装有燃料电池空气换热系统，燃料电池空气换热系统的出气口通过第一供气管与第一气体增压器的进气口连接，流量计设置在第一供气管上，第一气体增压器的出气口与第一竖直井段的井口连接，第二竖直井段的井口与第二气体增压器的进气口连接，第二气体增压器的出气口与混合气体分离装置的进气口连接，混合气体分离装置的甲烷出气口与甲烷储罐的进气口连接，混合气体分离装置的空气出气口与外部大气连通，甲烷储罐的出气口与燃料电池空气换热系统的甲烷进气口连接，集水箱的出水口与燃料电池空气换热系统的进水口连接，燃料电池空气换热系统的水蒸汽出气口与集水箱的水蒸汽进气口连接，燃料电池空气换热系统的供电接口分别与第一气体增压器、第二气体增压器、混合气体分离装置、显示屏和控制系统电连接，控制系统分别与流量计、第一气体增压器、第二气体增压器、混合气体分离装置和显示屏信号连接，各个开采井均连接有抽采装置。
燃料电池空气换热系统包括燃料电池装置、氧气罐、压缩空气净化器、换热壳体、螺旋换热管和排气增压装置，燃料电池装置包括燃料电池安装架和甲烷燃料电池本体，燃料电池安装架、氧气罐、压缩空气净化器和换热壳体均固定安装在卡车的车体上，甲烷燃料电池本体固定安装在燃料电池安装架上，甲烷燃料电池本体为长方体箱体，甲烷燃料电池本体内中部固定安装有竖向设置的中通加热管，中通加热管的下端向下穿出甲烷燃料电池本体的底部，中通加热管的上端向上穿出甲烷燃料电池本体的顶部，中通加热管的外圆周与甲烷燃料电池本体内部之间设有若干层水平设置的甲烷燃烧室，甲烷燃料电池本体的左侧部安装有甲烷多通管，甲烷多通管上设有若干根甲烷分支管，各根甲烷分支管由上至下分别固定安装在甲烷燃料电池本体上且与各层甲烷燃烧室连通，甲烷燃料电池本体的右侧部安装有氧气多通管，氧气多通管上设有若干根氧气分支管，各根氧气分支管由上至下分别固定安装在甲烷燃料电池本体上且与各层甲烷燃烧室连通，甲烷多通管的进气口与甲烷储罐的出气口通过第二供气管连接，氧气多通管的进气口与氧气罐的出气口通过第三供气管连接，中通加热管的下端进水口与集水箱的出水口通过供水管连接，中通加热管的上端出气口连接有第一出气管，换热壳体的中心线沿左右方向水平设置，螺旋换热管沿换热壳体的中心线螺旋布置在换热壳体内部，螺旋换热管的右端固定安装在换热壳体的右侧部中心并与第一出气管连接，螺旋换热管的左端位于换热壳体内部并连接有第二出气管，第二出气管穿过换热壳体的左侧顶部并与集水箱的进气口连接，换热壳体内设置有电加热丝，压缩空气净化器通过进气管与换热壳体的右侧底部连接，排气增压装置安装在换热壳体的右侧，换热壳体的右侧一体成型有同轴线的腔体，腔体内设有与换热壳体的内部连通的腔室，排气增压装置包括排气增压减速电机、连接轴、密封活塞和活塞杆，排气增压减速电机、连接轴、活塞杆、腔室和换热壳体的中心线重合，卡车的车体上固定连接有位于换热壳体左侧的支撑平台，排气增压减速电机固定安装在支撑平台上，密封活塞滑动设置在腔室内，密封活塞的外圆周与腔体的内圆周之间滑动接触，活塞杆的右端固定连接在密封活塞的左侧面中心，活塞杆的左端向左穿过腔体的左侧端盖，活塞杆为方形杆，活塞杆与腔体的左侧端盖之间滑动连接，活塞杆的左端开设有左侧敞口的第一螺纹盲孔，连接轴的右侧部外圆周设有与第一螺纹盲孔的内螺纹螺接配合的外螺纹，连接轴的右侧部螺纹连接在第一螺纹盲孔中，连接轴的左端与排气增压减速电机的驱动轴通过联轴器传动连接，第一供气管固定安装在换热壳体的左侧底部并与换热壳体的内部连通，第一供气管的进气端设置有用于换热壳体向外排气的第一单向阀，进气管的出气端设置有用于向换热壳体内进气的第二单向阀；
甲烷燃料电池本体分别与显示屏、控制系统、压缩空气净化器、混合气体分离装置、电加热丝和排气增压减速电机电连接，控制系统分别与压缩空气净化器、电加热丝和排气增压减速电机信号连接。
第一气体增压器和第二气体增压器的结构相同，第一气体增压器包括压力蜗壳、涡轮蜗壳、叶轮、外螺纹蜗杆、涡轮、内螺纹孔轴、第一夹紧减速电机、第二夹紧减速电机、第一螺纹夹紧杆、第二螺纹夹紧杆、增压动力减速电机和锁紧机构，压力蜗壳、叶轮、内螺纹孔轴、外螺纹蜗杆、涡轮和涡轮蜗壳的中心线重合且均沿左右方向水平设置，压力蜗壳的左端与涡轮蜗壳的右端对接并固定连接，压力蜗壳的右侧设有进气口，涡轮蜗壳的左侧设有出气口，外螺纹蜗杆通过轴承转动安装在压力蜗壳上，外螺纹蜗杆的右端伸入到压力蜗壳内，叶轮固定安装在外螺纹蜗杆右侧外圆周上且位于压力蜗壳内，外螺纹蜗杆的左端自右向左依次穿过压力蜗壳的左侧和涡轮蜗壳的右侧并伸入到涡轮蜗壳内，外螺纹蜗杆的左侧外圆周设有外螺纹，内螺纹孔轴通过轴承转动安装在涡轮蜗壳内中部，内螺纹孔轴的右端开设有第二螺纹盲孔，外螺纹蜗杆的左侧外圆周螺纹连接在第二螺纹盲孔内，涡轮固定安装在内螺纹孔轴的左端且位于涡轮蜗壳内左侧部，第一夹紧减速电机、第二夹紧减速电机、第一螺纹夹紧杆和第二螺纹夹紧杆的中心线重合且均沿竖向设置，涡轮蜗壳的上表面右侧部固定安装有第一竖向滑台模组，第一夹紧减速电机固定安装在第一竖向滑台模组的滑块上，涡轮蜗壳的下表面右侧部固定安装有第二竖向滑台模组，第二夹紧减速电机固定安装在第二竖向滑台模组的滑块上，第一竖向滑台模组位于第二竖向滑台模组的正上方，涡轮蜗壳的上表面右侧部开设有第一螺纹孔，第一螺纹夹紧杆穿过第一螺纹孔且与第一螺纹孔螺纹连接，第一夹紧减速电机的驱动轴与第一螺纹夹紧杆的上端传动连接，第一螺纹夹紧杆的下端伸入到涡轮蜗壳内部且位于内螺纹孔轴的右侧外圆周正上方，第一螺纹夹紧杆的下端固定连接有第一半圆形夹板，第一半圆形夹板的下圆周面与内螺纹孔轴的上半圆周面匹配贴合，涡轮蜗壳的下表面右侧部开设有第二螺纹孔，第二螺纹夹紧杆穿过第二螺纹孔且与第二螺纹孔螺纹连接，第二夹紧减速电机的驱动轴与第二螺纹夹紧杆的下端传动连接，第二螺纹夹紧杆的上端伸入到涡轮蜗壳内部且位于内螺纹孔轴的右侧外圆周正下方，第二螺纹夹紧杆的下端固定连接有第二半圆形夹板，第二半圆形夹板的下圆周面与内螺纹孔轴的下半圆周面匹配贴合，压力蜗壳的右侧固定安装有沿左右方向水平设置的水平滑台模组，增压动力减速电机固定安装在水平滑台模组的滑块上，增压动力减速电机的驱动轴传动连接外螺纹蜗杆的右端，锁紧机构包括电批和锁紧螺钉，涡轮蜗壳的上侧板右侧部开设有通孔，电批的批头部穿过通孔并伸入到涡轮蜗壳内，内螺纹孔轴的外圆周上侧右端部开设有若干个与第二螺纹盲孔连通的锁紧螺纹孔，锁紧螺钉螺纹连接在其中一个锁紧螺纹孔中，锁紧螺钉的内端伸入到第二螺纹盲孔内并与外螺纹蜗杆的左侧外圆周顶压接触，电批的批头部与锁紧螺钉的头部十字槽卡接配合，压力蜗壳与涡轮蜗壳之间通过一根气管连通；
甲烷燃料电池本体分别与第一夹紧减速电机、第二夹紧减速电机、增压动力减速电机、第一竖向滑台模组、第二竖向滑台模组、水平滑台模组和电批电连接，控制系统分别与第一夹紧减速电机、第二夹紧减速电机、增压动力减速电机、第一竖向滑台模组、第二竖向滑台模组、水平滑台模组和电批信号连接。
燃料电池安装架包括底座和四根竖向支撑杆，底座的底部四角分别设置有一个带刹车机构的脚轮，四根竖向支撑杆的底部分别固定连接在底座的上表面四角，左侧的两根竖向支撑杆之间以及右侧的两根竖向支撑杆之间均固定连接有若干块上下间隔且平行的载荷连接板，竖向支撑杆上沿竖向开设有直角槽，四根竖向支撑杆上的直角槽分别构成一个矩形的四个角，甲烷燃料电池本体的四个棱边分别对应卡设在四个直角槽中，底座的上表面固定安装有一块散热底板，散热底板上均匀开设有镂空结构，散热底板的四个直角分别卡设在四个直角槽的下侧部，甲烷燃料电池本体的底部压设在散热底板的上表面。
第一供气管、第二供气管和第三供气管上均设置有气阀，供水管上设置有水阀，混合气体分离装置为膜分离设备，水平井段内安装有压力传感器和温度传感器，控制系统分别与压力传感器和温度传感器信号连接。
一种加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置的工作方法，包括以下步骤：
（1）、打开第二供气管和第三供气管上的气阀以及供水管上的水阀，使甲烷和氧气在甲烷燃料电池本体内燃烧反应产生热能和电能，加热进入中通加热管内的水产生高温水蒸汽，高温水蒸汽进入换热壳体内的螺旋加热管中，甲烷燃料电池本体的电能分别提供给显示屏、控制系统、压缩空气净化器、混合气体分离装置、电加热丝、排气增压减速电机、第一气体增压器和第二气体增压器；
（2）、打开第一供气管上的气阀，压缩空气净化器向换热壳体内注入净化的常温空气，常温空气在换热壳体内被加热成高温气体，而且在排气增压装置的作用下被加压成高压气体，高温高压的空气通过第一供气管排出换热壳体；
（3）、高温高压的空气通过第一供气管流经流量计进入第一气体增压器，再经第一气体增压器增压后通过第一竖直井段的井口进入U型井内，高温高压的空气对U型井周围的煤储层进行加热和压裂，则煤储层便会产生许多裂纹，使得煤储层中的煤层气释放出来进入各个开采井和U型井内；
（4）、高温高压的空气夹带煤层气从第二竖直井段的井口排出，然后经第二气体增压器增压进入到混合气体分离装置中，混合气体分离装置将煤层气中的甲烷和空气分离，甲烷进入甲烷储罐中，空气直接排到外界大气中，同时，各个开采井中充满煤层气，并通过抽采装置对各个开采井内的煤层气进行抽采。
步骤（1）具体为：打开第二供气管和第三供气管上的气阀以及供水管上的水阀，则甲烷储罐通过第二供气管向甲烷多通管中送入甲烷气体，甲烷气体再通过各根甲烷分支管进入各层甲烷燃烧室内，同时，氧气罐通过第三供气管向氧气多通管中送入氧气，氧气再通过各根氧气分支管进入各层甲烷燃烧室内，甲烷和氧气在各层甲烷燃烧室内燃烧反应，从而产生热能和电能，集水箱通过供水管向中通加热管内注水，甲烷和氧气燃烧产生的热量对中通加热管进行加热，使中通加热管内的水加热至沸腾产生高温水蒸汽，中通加热管内的高温水蒸汽向上通过中通加热管的上端出气口并经第一出气管进入螺旋换热管中，甲烷燃料电池本体的电能分别提供给显示屏、控制系统、压缩空气净化器、混合气体分离装置、电加热丝、排气增压减速电机、第一气体增压器和第二气体增压器。
步骤（2）具体为：打开第一供气管上的气阀，启动压缩空气净化器、电加热丝和排气增压减速电机，压缩空气净化器将净化的常温空气通过进气管注入到换热壳体内，常温空气便与螺旋换热管的外表面接触而被加热，同时电加热丝通电后产生高温热量，进一步提高了换热壳体内空气的加热速率，使进入换热壳体内的常温空气加热成高温空气，排气增压减速电机驱动连接轴转动，由于活塞杆的左端开设有左侧敞口的第一螺纹盲孔，连接轴的右侧部外圆周设有与第一螺纹盲孔的内螺纹螺接配合的外螺纹，连接轴的右侧部螺纹连接在第一螺纹盲孔中，连接轴转动时驱动活塞杆沿左右方向水平移动，活塞杆带动密封活塞在腔体内左右往复滑动，从而实现对换热壳体内的高温空气增压，并将高温高压的空气通过第一供气管排出换热壳体。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明利用低阶煤的特性：低阶煤具有似胶体的属性，通过低阶煤中大量亲水的的羧基和羟基的连结，煤基质分散在连续的水介质中，形成稳定的结构；通过加热低阶煤，使低阶煤中的水分子逐渐散失，煤基质表现出明显的收缩的特性，从而产生大量裂隙；另一方面，由于加热煤分子结构同样发生了变化，亲水基团逐渐脱去，对水的束缚能力下降，进一步加速了裂隙的产生，从而提高了煤层的渗透能力；此外随着温度的升高，煤储层的吸附能力逐渐降低，加速了甲烷的产出。
本发明的优点如下：
（1）、本发明基于燃料电池的工作机理，甲烷燃料室通过甲烷多通管和第二供气管与甲烷储气罐的出气口连接，实现甲烷燃料室内的甲烷供给，甲烷燃料室通过氧气多通管和第三供气管与氧气罐的出气口连接，实现甲烷燃料室内的氧气供给，该甲烷燃料电池本体的结构设计，有利于加快化学反应，加速产热速率，提高能量转换效率，从而保证本发明所需的热能、电能供应。
（2）、集水箱的出水口通过供水管与中通加热管的下端进水口连接，向中通加热管中注水，当甲烷燃料电池本体的各层甲烷燃料室内由于氧气和甲烷的供给发生化学反应产热时，中通加热管中的水被加热产生高温水蒸汽，高温水蒸汽通过第一出气管注入到螺旋换热管中，高温水蒸气依次通过螺旋换热管和第二出气管注入集水箱中，实现水资源的循环、节约利用。
（3）、当高温水蒸汽在螺旋换热管中流通时，压缩空气净化器通过进气管将纯净的常温空气注入到换热壳体中，此时螺旋换热管内持续流动有高温水蒸汽，且螺旋换热管与换热壳体内的空气接触面积增大，且换热壳体内设置有电加热丝，电加热丝通电后产热，进一步提高换热壳体内空气的加热速率。
（4）、本发明的第一气体增压器和第二气体增压器的结构相同，其中，第一气体增压器和第二气体增压器工作前能够先对叶轮和涡轮之间的距离进行调节，保证第一气体增压器和第二气体增压器中的叶轮和涡轮高速、高效、平稳运行，从而提高本发明整体装置运行的稳定性和高效性，具体操作为：同时启动第一夹紧减速电机、第二夹紧减速电机、第一竖向滑台模组和第二竖向滑台模组，第一夹紧减速电机驱动第一螺纹夹紧杆转动，使第一螺纹夹紧杆向下移动，第二夹紧减速电机驱动第二螺纹夹紧杆转动，使第二螺纹夹紧杆向上移动，第一竖向滑台模组的滑块同步带动第一夹紧减速电机向下移动，第二竖向滑台模组的滑块同步带动第二夹紧减速电机向上移动，确保第一半圆形夹板和第二半圆形夹板同时分别夹住内螺纹孔轴的上半圆周面和下半圆周面，进而将内螺纹孔轴夹紧固定，此时通过电批将锁紧螺钉拧松，启动增压动力减速电机和水平滑台模组，增压动力减速电机驱动外螺纹蜗杆转动，使外螺纹蜗杆旋进或旋出内螺纹孔轴的第二螺纹盲孔，从而使叶轮和涡轮之间的距离增大或减小，调节好叶轮和涡轮之间的距离后，关闭增压动力减速电机，第一夹紧减速电机和第二夹紧减速电机反向转动，使第一半圆形夹板和第二半圆形夹板远离内螺纹孔轴，松开内螺纹孔轴，电批的批头再将锁紧螺钉拧紧，使锁紧螺钉的内端顶压外螺纹蜗杆的左侧外圆周，从而将外螺纹蜗杆和内螺纹孔轴固定牢固，高温高压的空气从压力蜗壳的进气口进入压力蜗壳，同时启动增压动力减速电机，增压动力减速电机驱动外螺纹蜗杆高速转动，外螺纹蜗杆带动叶轮高速旋转，叶轮对进入压力蜗壳内的空气加压，空气然后通过气管进入涡轮蜗壳内，外螺纹蜗杆同时带动内螺纹孔轴高速转动，则内螺纹孔轴带动涡轮高速旋转，高速旋转的涡轮再对高温高压的空气进行增压后，使高温高压的空气从涡轮蜗壳的出气口排出。
（5）、燃料电池安装架包括底座和四根竖向支撑杆，底座的上表面固定安装有一块散热底板，散热底板上均匀开设有镂空结构，甲烷燃料电池本体的底部压设在散热底板的上表面，如此，甲烷燃料电池本体的各层甲烷燃烧室中进行化学反应时，甲烷燃料电池本体内局部热量能够有效通过散热底板散失，保证甲烷燃料电池本体的可靠性及安全性，四根竖向支撑杆的底部分别固定连接在底座的上表面四角，左侧的两根竖向支撑杆之间以及右侧的两根竖向支撑杆之间均固定连接有若干块上下间隔且平行的载荷连接板，竖向支撑杆上沿竖向开设有直角槽，四根竖向支撑杆上的直角槽分别构成一个矩形的四个角，甲烷燃料电池本体的四个棱边分别对应卡设在四个直角槽中，提高甲烷燃料电池本体的防护和固定，保证作业过程的安全性和稳定性。
综上所述，本发明能够有效去除低煤阶储层中的水分，从而产生大量的人造裂隙；同时对低煤阶储层进行加热降低了低煤阶储层的吸附能力，促进甲烷分子的解吸，进而提高低煤阶煤层气的产量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的井网布置示意图。
图3是本发明的燃料电池空气换热系统的结构示意图。
图4是本发明的燃料电池安装架的结构示意图。
图5是本发明的第一气体增压器的结构示意图。
图6是本发明的叶轮、外螺纹蜗杆、涡轮和内螺纹孔轴的装配示意图。
图7是图5中A处局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1-7所示，一种加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置，包括设置在所述煤储层地面上的卡车1、流量计2、第一气体增压器3、第二气体增压器4、混合气体分离装置5、甲烷储罐6、集水箱7、显示屏8和控制系统，在地面上向所述煤储层中钻设一个U型井和若干个开采井9，各个开采井9分布设置在U型井的周围，U型井和各个开采井9组成井网，U型井由第一竖直井段10、水平井段11和第二竖直井段12组成，第一竖直井段10的下端与水平井段11的一端连接，第二竖直井段12的下端与水平井段11的另一端连接，卡车1上安装有燃料电池空气换热系统，燃料电池空气换热系统的出气口通过第一供气管13与第一气体增压器3的进气口连接，流量计2设置在第一供气管13上，第一气体增压器3的出气口与第一竖直井段10的井口连接，第二竖直井段12的井口与第二气体增压器4的进气口连接，第二气体增压器4的出气口与混合气体分离装置5的进气口连接，混合气体分离装置5的甲烷出气口与甲烷储罐6的进气口连接，混合气体分离装置5的空气出气口与外部大气连通，甲烷储罐6的出气口与燃料电池空气换热系统的甲烷进气口连接，集水箱7的出水口与燃料电池空气换热系统的进水口连接，燃料电池空气换热系统的水蒸汽出气口与集水箱7的水蒸汽进气口连接，燃料电池空气换热系统的供电接口分别与第一气体增压器3、第二气体增压器4、混合气体分离装置5、显示屏8和控制系统电连接，控制系统分别与流量计2、第一气体增压器3、第二气体增压器4、混合气体分离装置5和显示屏8信号连接，各个开采井9均连接有抽采装置。
燃料电池空气换热系统包括燃料电池装置、氧气罐14、压缩空气净化器15、换热壳体16、螺旋换热管17和排气增压装置，燃料电池装置包括燃料电池安装架和甲烷燃料电池本体18，燃料电池安装架、氧气罐14、压缩空气净化器15和换热壳体16均固定安装在卡车1的车体上，甲烷燃料电池本体18固定安装在燃料电池安装架上，甲烷燃料电池本体18为长方体箱体，甲烷燃料电池本体18内中部固定安装有竖向设置的中通加热管19，中通加热管19的下端向下穿出甲烷燃料电池本体18的底部，中通加热管19的上端向上穿出甲烷燃料电池本体18的顶部，中通加热管19的外圆周与甲烷燃料电池本体18内部之间设有若干层水平设置的甲烷燃烧室20，甲烷燃料电池本体18的左侧部安装有甲烷多通管21，甲烷多通管21上设有若干根甲烷分支管22，各根甲烷分支管22由上至下分别固定安装在甲烷燃料电池本体18上且与各层甲烷燃烧室20连通，甲烷燃料电池本体18的右侧部安装有氧气多通管23，氧气多通管23上设有若干根氧气分支管24，各根氧气分支管24由上至下分别固定安装在甲烷燃料电池本体18上且与各层甲烷燃烧室20连通，甲烷多通管21的进气口与甲烷储罐6的出气口通过第二供气管25连接，氧气多通管23的进气口与氧气罐14的出气口通过第三供气管26连接，中通加热管19的下端进水口与集水箱7的出水口通过供水管27连接，中通加热管19的上端出气口连接有第一出气管28，换热壳体16的中心线沿左右方向水平设置，螺旋换热管17沿换热壳体16的中心线螺旋布置在换热壳体16内部，螺旋换热管17的右端固定安装在换热壳体16的右侧部中心并与第一出气管28连接，螺旋换热管17的左端位于换热壳体16内部并连接有第二出气管29，第二出气管29穿过换热壳体16的左侧顶部并与集水箱7的进气口连接，换热壳体16内设置有电加热丝（现有技术，图未示），压缩空气净化器15通过进气管30与换热壳体16的右侧底部连接，排气增压装置安装在换热壳体16的右侧，换热壳体16的右侧一体成型有同轴线的腔体31，腔体31内设有与换热壳体16的内部连通的腔室32，排气增压装置包括排气增压减速电机33、连接轴34、密封活塞35和活塞杆36，排气增压减速电机33、连接轴34、活塞杆36、腔室32和换热壳体16的中心线重合，卡车1的车体上固定连接有位于换热壳体16左侧的支撑平台37，排气增压减速电机33固定安装在支撑平台37上，密封活塞35滑动设置在腔室32内，密封活塞35的外圆周与腔体31的内圆周之间滑动接触，活塞杆36的右端固定连接在密封活塞35的左侧面中心，活塞杆36的左端向左穿过腔体31的左侧端盖，活塞杆36为方形杆，活塞杆36与腔体31的左侧端盖之间滑动连接，活塞杆36的左端开设有左侧敞口的第一螺纹盲孔，连接轴34的右侧部外圆周设有与第一螺纹盲孔的内螺纹螺接配合的外螺纹，连接轴34的右侧部螺纹连接在第一螺纹盲孔中，连接轴34的左端与排气增压减速电机33的驱动轴通过联轴器63传动连接，第一供气管13固定安装在换热壳体16的左侧底部并与换热壳体16的内部连通，第一供气管13的进气端设置有用于换热壳体16向外排气的第一单向阀64，进气管30的出气端设置有用于向换热壳体16内进气的第二单向阀65；第一单向阀64和第二单向阀65的设置使得密封活塞35往复运动时，能够确保只能通过进气管向换热壳体16内进气，换热壳体16通过第一供气管13向外排气。
甲烷燃料电池本体18分别与显示屏8、控制系统、压缩空气净化器15、混合气体分离装置5、电加热丝和排气增压减速电机33电连接，控制系统分别与压缩空气净化器15、电加热丝和排气增压减速电机33信号连接。
第一气体增压器3和第二气体增压器4的结构相同，第一气体增压器3包括压力蜗壳38、涡轮蜗壳39、叶轮40、外螺纹蜗杆41、涡轮42、内螺纹孔轴43、第一夹紧减速电机44、第二夹紧减速电机45、第一螺纹夹紧杆46、第二螺纹夹紧杆47、增压动力减速电机48和锁紧机构，压力蜗壳38、叶轮40、内螺纹孔轴43、外螺纹蜗杆41、涡轮42和涡轮蜗壳39的中心线重合且均沿左右方向水平设置，压力蜗壳38的左端与涡轮蜗壳39的右端对接并固定连接，压力蜗壳38的右侧设有进气口，涡轮蜗壳39的左侧设有出气口，外螺纹蜗杆41通过轴承转动安装在压力蜗壳38上，外螺纹蜗杆41的右端伸入到压力蜗壳38内，叶轮40固定安装在外螺纹蜗杆41右侧外圆周上且位于压力蜗壳38内，外螺纹蜗杆41的左端自右向左依次穿过压力蜗壳38的左侧和涡轮蜗壳39的右侧并伸入到涡轮蜗壳39内，外螺纹蜗杆41的左侧外圆周设有外螺纹，内螺纹孔轴43通过轴承转动安装在涡轮蜗壳39内中部，内螺纹孔轴43的右端开设有第二螺纹盲孔，外螺纹蜗杆41的左侧外圆周螺纹连接在第二螺纹盲孔内，涡轮42固定安装在内螺纹孔轴43的左端且位于涡轮蜗壳39内左侧部，第一夹紧减速电机44、第二夹紧减速电机45、第一螺纹夹紧杆46和第二螺纹夹紧杆47的中心线重合且均沿竖向设置，涡轮蜗壳39的上表面右侧部固定安装有第一竖向滑台模组49，第一夹紧减速电机44固定安装在第一竖向滑台模组49的滑块上，涡轮蜗壳39的下表面右侧部固定安装有第二竖向滑台模组50，第二夹紧减速电机45固定安装在第二竖向滑台模组50的滑块上，第一竖向滑台模组49位于第二竖向滑台模组50的正上方，涡轮蜗壳39的上表面右侧部开设有第一螺纹孔，第一螺纹夹紧杆46穿过第一螺纹孔且与第一螺纹孔螺纹连接，第一夹紧减速电机44的驱动轴与第一螺纹夹紧杆46的上端传动连接，第一螺纹夹紧杆46的下端伸入到涡轮蜗壳39内部且位于内螺纹孔轴43的右侧外圆周正上方，第一螺纹夹紧杆46的下端固定连接有第一半圆形夹板51，第一半圆形夹板51的下圆周面与内螺纹孔轴43的上半圆周面匹配贴合，涡轮蜗壳39的下表面右侧部开设有第二螺纹孔，第二螺纹夹紧杆47穿过第二螺纹孔且与第二螺纹孔螺纹连接，第二夹紧减速电机45的驱动轴与第二螺纹夹紧杆47的下端传动连接，第二螺纹夹紧杆47的上端伸入到涡轮蜗壳39内部且位于内螺纹孔轴43的右侧外圆周正下方，第二螺纹夹紧杆47的下端固定连接有第二半圆形夹板52，第二半圆形夹板52的下圆周面与内螺纹孔轴43的下半圆周面匹配贴合，压力蜗壳38的右侧固定安装有沿左右方向水平设置的水平滑台模组53，增压动力减速电机48固定安装在水平滑台模组53的滑块上，增压动力减速电机48的驱动轴传动连接外螺纹蜗杆41的右端，锁紧机构包括电批54和锁紧螺钉55，涡轮蜗壳39的上侧板右侧部开设有通孔，电批54的批头部穿过通孔并伸入到涡轮蜗壳39内，内螺纹孔轴43的外圆周上侧右端部开设有若干个与第二螺纹盲孔连通的锁紧螺纹孔56，锁紧螺钉55螺纹连接在其中一个锁紧螺纹孔56中，锁紧螺钉55的内端伸入到第二螺纹盲孔内并与外螺纹蜗杆41的左侧外圆周顶压接触，电批54的批头部与锁紧螺钉55的头部十字槽卡接配合，压力蜗壳38与涡轮蜗壳39之间通过一根气管连通（现有技术）；
甲烷燃料电池本体18分别与第一夹紧减速电机44、第二夹紧减速电机45、增压动力减速电机48、第一竖向滑台模组49、第二竖向滑台模组50、水平滑台模组53和电批54电连接，控制系统分别与第一夹紧减速电机44、第二夹紧减速电机45、增压动力减速电机48、第一竖向滑台模组49、第二竖向滑台模组50、水平滑台模组53和电批54信号连接。
燃料电池安装架包括底座57和四根竖向支撑杆58，底座57的底部四角分别设置有一个带刹车机构的脚轮59，四根竖向支撑杆58的底部分别固定连接在底座57的上表面四角，左侧的两根竖向支撑杆58之间以及右侧的两根竖向支撑杆58之间均固定连接有若干块上下间隔且平行的载荷连接板60，竖向支撑杆58上沿竖向开设有直角槽61，四根竖向支撑杆58上的直角槽61分别构成一个矩形的四个角，甲烷燃料电池本体18的四个棱边分别对应卡设在四个直角槽61中，底座57的上表面固定安装有一块散热底板62，散热底板62上均匀开设有镂空结构，散热底板62的四个直角分别卡设在四个直角槽61的下侧部，甲烷燃料电池本体18的底部压设在散热底板62的上表面。
第一供气管13、第二供气管25和第三供气管26上均设置有气阀，供水管27上设置有水阀，混合气体分离装置5为膜分离设备，水平井段11内安装有压力传感器和温度传感器，控制系统分别与压力传感器和温度传感器信号连接。气阀、水阀、压力传感器和温度传感器在图中未示。
流量计2、显示屏8、控制系统、抽采装置、气阀、水阀、膜分离设备、第一单向阀64、第二单向阀65、压力传感器和温度传感器均是现有技术，具体构造和工作原理不再赘述，其中，显示屏8能够实时显示高温高压的空气流量以及U型井中的压力和温度，起到监控整体装置运行状况的作用，提高本发明的智能性和控制性。
一种加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置的工作方法，包括以下步骤：
（1）、打开第二供气管25和第三供气管26上的气阀以及供水管27上的水阀，使甲烷和氧气在甲烷燃料电池本体18内燃烧反应产生热能和电能，加热进入中通加热管19内的水产生高温水蒸汽，高温水蒸汽进入换热壳体16内的螺旋加热管中，甲烷燃料电池本体18的电能分别提供给显示屏8、控制系统、压缩空气净化器15、混合气体分离装置5、电加热丝、排气增压减速电机33、第一涡轮42增压器3和第二涡轮42增压器4；
（2）、打开第一供气管13上的气阀，压缩空气净化器15向换热壳体16内注入净化的常温空气，常温空气在换热壳体16内被加热成高温气体，而且在排气增压装置的作用下被加压成高压气体，高温高压的空气通过第一供气管13排出换热壳体16；
（3）、高温高压的空气通过第一供气管13流经流量计2进入第一涡轮42增压器3，再经第一涡轮42增压器3增压后通过第一竖直井段10的井口进入U型井内，高温高压的空气对U型井周围的煤储层进行加热和压裂，则煤储层便会产生许多裂纹，使得煤储层中的煤层气释放出来进入各个开采井9和U型井内；
（4）、高温高压的空气夹带煤层气从第二竖直井段12的井口排出，然后经第二涡轮42增压器4增压进入到混合气体分离装置5中，混合气体分离装置5将煤层气中的甲烷和空气分离，甲烷进入甲烷储罐6中，空气直接排到外界大气中，同时，各个开采井9中充满煤层气，并通过抽采装置对各个开采井9内的煤层气进行抽采。
步骤（1）具体为：打开第二供气管25和第三供气管26上的气阀以及供水管27上的水阀，则甲烷储罐6通过第二供气管25向甲烷多通管21中送入甲烷气体，甲烷气体再通过各根甲烷分支管22进入各层甲烷燃烧室20内，同时，氧气罐14通过第三供气管26向氧气多通管23中送入氧气，氧气再通过各根氧气分支管24进入各层甲烷燃烧室20内，甲烷和氧气在各层甲烷燃烧室20内燃烧反应，从而产生热能和电能，集水箱7通过供水管27向中通加热管19内注水，甲烷和氧气燃烧产生的热量对中通加热管19进行加热，使中通加热管19内的水加热至沸腾产生高温水蒸汽，中通加热管19内的高温水蒸汽向上通过中通加热管19的上端出气口并经第一出气管28进入螺旋换热管17中，甲烷燃料电池本体18的电能分别提供给显示屏8、控制系统、压缩空气净化器15、混合气体分离装置5、电加热丝、排气增压减速电机33、第一涡轮42增压器3和第二涡轮42增压器4。
步骤（2）具体为：打开第一供气管13上的气阀，启动压缩空气净化器15、电加热丝和排气增压减速电机33，压缩空气净化器15将净化的常温空气通过进气管30注入到换热壳体16内，常温空气便与螺旋换热管17的外表面接触而被加热，同时电加热丝通电后产生高温热量，进一步提高了换热壳体16内空气的加热速率，使进入换热壳体16内的常温空气加热成高温空气，排气增压减速电机33驱动连接轴34转动，由于活塞杆36的左端开设有左侧敞口的第一螺纹盲孔，连接轴34的右侧部外圆周设有与第一螺纹盲孔的内螺纹螺接配合的外螺纹，连接轴34的右侧部螺纹连接在第一螺纹盲孔中，连接轴34转动时驱动活塞杆36沿左右方向水平移动，活塞杆36带动密封活塞35在腔体31内左右往复滑动，从而实现对换热壳体16内的高温空气增压，并将高温高压的空气通过第一供气管13排出换热壳体16。
本发明利用低阶煤的特性：低阶煤具有似胶体的属性，通过低阶煤中大量亲水的的羧基和羟基的连结，煤基质分散在连续的水介质中，形成稳定的结构；通过加热低阶煤，使低阶煤中的水分子逐渐散失，煤基质表现出明显的收缩的特性，从而产生大量裂隙；另一方面，由于加热煤分子结构同样发生了变化，亲水基团逐渐脱去，对水的束缚能力下降，进一步加速了裂隙的产生，从而提高了煤层的渗透能力；此外随着温度的升高，煤储层的吸附能力逐渐降低，加速了甲烷的产出。
本发明的优点如下：
（1）、本发明基于燃料电池的工作机理，甲烷燃料室通过甲烷多通管21和第二供气管25与甲烷储气罐的出气口连接，实现甲烷燃料室内的甲烷供给，甲烷燃料室通过氧气多通管23和第三供气管26与氧气罐14的出气口连接，实现甲烷燃料室内的氧气供给，该甲烷燃料电池本体18的结构设计，有利于加快化学反应，加速产热速率，提高能量转换效率，从而保证本发明所需的热能、电能供应。
（2）、集水箱7的出水口通过供水管27与中通加热管19的下端进水口连接，向中通加热管19中注水，当甲烷燃料电池本体18的各层甲烷燃料室内由于氧气和甲烷的供给发生化学反应产热时，中通加热管19中的水被加热产生高温水蒸汽，高温水蒸汽通过第一出气管28注入到螺旋换热管17中，高温水蒸气依次通过螺旋换热管17和第二出气管29注入集水箱7中，实现水资源的循环、节约利用。
（3）、当高温水蒸汽在螺旋换热管17中流通时，压缩空气净化器15通过进气管30将纯净的常温空气注入到换热壳体16中，此时螺旋换热管17内持续流动有高温水蒸汽，且螺旋换热管17与换热壳体16内的空气接触面积增大，且换热壳体16内设置有电加热丝，电加热丝通电后产热，进一步提高换热壳体16内空气的加热速率。
（4）、本发明的第一涡轮42增压器3和第二涡轮42增压器4的结构相同，其中，第一涡轮42增压器3和第二涡轮42增压器4工作前能够先对叶轮40和涡轮42之间的距离进行调节，保证第一涡轮42增压器3和第二涡轮42增压器4中的叶轮40和涡轮42高速、高效、平稳运行，从而提高本发明整体装置运行的稳定性和高效性，具体操作为：同时启动第一夹紧减速电机44、第二夹紧减速电机45、第一竖向滑台模组49和第二竖向滑台模组50，第一夹紧减速电机44驱动第一螺纹夹紧杆46转动，使第一螺纹夹紧杆46向下移动，第二夹紧减速电机45驱动第二螺纹夹紧杆47转动，使第二螺纹夹紧杆47向上移动，第一竖向滑台模组49的滑块同步带动第一夹紧减速电机44向下移动，第二竖向滑台模组50的滑块同步带动第二夹紧减速电机45向上移动，确保第一半圆形夹板51和第二半圆形夹板52同时分别夹住内螺纹孔轴43的上半圆周面和下半圆周面，进而将内螺纹孔轴43夹紧固定，此时通过电批54将锁紧螺钉55拧松，启动增压动力减速电机48和水平滑台模组53，增压动力减速电机48驱动外螺纹蜗杆41转动，使外螺纹蜗杆41旋进或旋出内螺纹孔轴43的第二螺纹盲孔，从而使叶轮40和涡轮42之间的距离增大或减小，调节好叶轮40和涡轮42之间的距离后，关闭增压动力减速电机48，第一夹紧减速电机44和第二夹紧减速电机45反向转动，使第一半圆形夹板51和第二半圆形夹板52远离内螺纹孔轴43，松开内螺纹孔轴43，电批54的批头再将锁紧螺钉55拧紧，使锁紧螺钉55的内端顶压外螺纹蜗杆41的左侧外圆周，从而将外螺纹蜗杆41和内螺纹孔轴43固定牢固，高温高压的空气从压力蜗壳38的进气口进入压力蜗壳38，同时启动增压动力减速电机48，增压动力减速电机48驱动外螺纹蜗杆41高速转动，外螺纹蜗杆41带动叶轮40高速旋转，叶轮40对进入压力蜗壳38内的空气加压，空气然后通过气管进入涡轮蜗壳39内，外螺纹蜗杆41同时带动内螺纹孔轴43高速转动，则内螺纹孔轴43带动涡轮42高速旋转，高速旋转的涡轮42再对高温高压的空气进行增压后，使高温高压的空气从涡轮蜗壳39的出气口排出。
（5）、燃料电池安装架包括底座57和四根竖向支撑杆58，底座57的上表面固定安装有一块散热底板62，散热底板62上均匀开设有镂空结构，甲烷燃料电池本体18的底部压设在散热底板62的上表面，如此，甲烷燃料电池本体18的各层甲烷燃烧室20中进行化学反应时，甲烷燃料电池本体18内局部热量能够有效通过散热底板62散失，保证甲烷燃料电池本体18的可靠性及安全性，四根竖向支撑杆58的底部分别固定连接在底座57的上表面四角，左侧的两根竖向支撑杆58之间以及右侧的两根竖向支撑杆58之间均固定连接有若干块上下间隔且平行的载荷连接板60，竖向支撑杆58上沿竖向开设有直角槽61，四根竖向支撑杆58上的直角槽61分别构成一个矩形的四个角，甲烷燃料电池本体18的四个棱边分别对应卡设在四个直角槽61中，提高甲烷燃料电池本体18的防护和固定，保证作业过程的安全性和稳定性。
综上所述，本发明能够有效去除低煤阶储层中的水分，从而产生大量的人造裂隙；同时对低煤阶储层进行加热降低了低煤阶储层的吸附能力，促进甲烷分子的解吸，进而提高低煤阶煤层气的产量。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置，其特征在于：包括设置在所述煤储层地面上的卡车、流量计、第一气体增压器、第二气体增压器、混合气体分离装置、甲烷储罐、集水箱、显示屏和控制系统，在地面上向所述煤储层中钻设一个U型井和若干个开采井，各个开采井分布设置在U型井的周围，U型井和各个开采井组成井网，U型井由第一竖直井段、水平井段和第二竖直井段组成，第一竖直井段的下端与水平井段的一端连接，第二竖直井段的下端与水平井段的另一端连接，卡车上安装有燃料电池空气换热系统，燃料电池空气换热系统的出气口通过第一供气管与第一气体增压器的进气口连接，流量计设置在第一供气管上，第一气体增压器的出气口与第一竖直井段的井口连接，第二竖直井段的井口与第二气体增压器的进气口连接，第二气体增压器的出气口与混合气体分离装置的进气口连接，混合气体分离装置的甲烷出气口与甲烷储罐的进气口连接，混合气体分离装置的空气出气口与外部大气连通，甲烷储罐的出气口与燃料电池空气换热系统的甲烷进气口连接，集水箱的出水口与燃料电池空气换热系统的进水口连接，燃料电池空气换热系统的水蒸汽出气口与集水箱的水蒸汽进气口连接，燃料电池空气换热系统的供电接口分别与第一气体增压器、第二气体增压器、混合气体分离装置、显示屏和控制系统电连接，控制系统分别与流量计、第一气体增压器、第二气体增压器、混合气体分离装置和显示屏信号连接，各个开采井均连接有抽采装置。
2.根据权利要求1所述的加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置，其特征在于：燃料电池空气换热系统包括燃料电池装置、氧气罐、压缩空气净化器、换热壳体、螺旋换热管和排气增压装置，燃料电池装置包括燃料电池安装架和甲烷燃料电池本体，燃料电池安装架、氧气罐、压缩空气净化器和换热壳体均固定安装在卡车的车体上，甲烷燃料电池本体固定安装在燃料电池安装架上，甲烷燃料电池本体为长方体箱体，甲烷燃料电池本体内中部固定安装有竖向设置的中通加热管，中通加热管的下端向下穿出甲烷燃料电池本体的底部，中通加热管的上端向上穿出甲烷燃料电池本体的顶部，中通加热管的外圆周与甲烷燃料电池本体内部之间设有若干层水平设置的甲烷燃烧室，甲烷燃料电池本体的左侧部安装有甲烷多通管，甲烷多通管上设有若干根甲烷分支管，各根甲烷分支管由上至下分别固定安装在甲烷燃料电池本体上且与各层甲烷燃烧室连通，甲烷燃料电池本体的右侧部安装有氧气多通管，氧气多通管上设有若干根氧气分支管，各根氧气分支管由上至下分别固定安装在甲烷燃料电池本体上且与各层甲烷燃烧室连通，甲烷多通管的进气口与甲烷储罐的出气口通过第二供气管连接，氧气多通管的进气口与氧气罐的出气口通过第三供气管连接，中通加热管的下端进水口与集水箱的出水口通过供水管连接，中通加热管的上端出气口连接有第一出气管，换热壳体的中心线沿左右方向水平设置，螺旋换热管沿换热壳体的中心线螺旋布置在换热壳体内部，螺旋换热管的右端固定安装在换热壳体的右侧部中心并与第一出气管连接，螺旋换热管的左端位于换热壳体内部并连接有第二出气管，第二出气管穿过换热壳体的左侧顶部并与集水箱的进气口连接，换热壳体内设置有电加热丝，压缩空气净化器通过进气管与换热壳体的右侧底部连接，排气增压装置安装在换热壳体的右侧，换热壳体的右侧一体成型有同轴线的腔体，腔体内设有与换热壳体的内部连通的腔室，排气增压装置包括排气增压减速电机、连接轴、密封活塞和活塞杆，排气增压减速电机、连接轴、活塞杆、腔室和换热壳体的中心线重合，卡车的车体上固定连接有位于换热壳体左侧的支撑平台，排气增压减速电机固定安装在支撑平台上，密封活塞滑动设置在腔室内，密封活塞的外圆周与腔体的内圆周之间滑动接触，活塞杆的右端固定连接在密封活塞的左侧面中心，活塞杆的左端向左穿过腔体的左侧端盖，活塞杆为方形杆，活塞杆与腔体的左侧端盖之间滑动连接，活塞杆的左端开设有左侧敞口的第一螺纹盲孔，连接轴的右侧部外圆周设有与第一螺纹盲孔的内螺纹螺接配合的外螺纹，连接轴的右侧部螺纹连接在第一螺纹盲孔中，连接轴的左端与排气增压减速电机的驱动轴通过联轴器传动连接，第一供气管固定安装在换热壳体的左侧底部并与换热壳体的内部连通，第一供气管的进气端设置有用于换热壳体向外排气的第一单向阀，进气管的出气端设置有用于向换热壳体内进气的第二单向阀；
甲烷燃料电池本体分别与显示屏、控制系统、压缩空气净化器、混合气体分离装置、电加热丝和排气增压减速电机电连接，控制系统分别与压缩空气净化器、电加热丝和排气增压减速电机信号连接。
3.根据权利要求2所述的加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置，其特征在于：第一气体增压器和第二气体增压器的结构相同，第一气体增压器包括压力蜗壳、涡轮蜗壳、叶轮、外螺纹蜗杆、涡轮、内螺纹孔轴、第一夹紧减速电机、第二夹紧减速电机、第一螺纹夹紧杆、第二螺纹夹紧杆、增压动力减速电机和锁紧机构，压力蜗壳、叶轮、内螺纹孔轴、外螺纹蜗杆、涡轮和涡轮蜗壳的中心线重合且均沿左右方向水平设置，压力蜗壳的左端与涡轮蜗壳的右端对接并固定连接，压力蜗壳的右侧设有进气口，涡轮蜗壳的左侧设有出气口，外螺纹蜗杆通过轴承转动安装在压力蜗壳上，外螺纹蜗杆的右端伸入到压力蜗壳内，叶轮固定安装在外螺纹蜗杆右侧外圆周上且位于压力蜗壳内，外螺纹蜗杆的左端自右向左依次穿过压力蜗壳的左侧和涡轮蜗壳的右侧并伸入到涡轮蜗壳内，外螺纹蜗杆的左侧外圆周设有外螺纹，内螺纹孔轴通过轴承转动安装在涡轮蜗壳内中部，内螺纹孔轴的右端开设有第二螺纹盲孔，外螺纹蜗杆的左侧外圆周螺纹连接在第二螺纹盲孔内，涡轮固定安装在内螺纹孔轴的左端且位于涡轮蜗壳内左侧部，第一夹紧减速电机、第二夹紧减速电机、第一螺纹夹紧杆和第二螺纹夹紧杆的中心线重合且均沿竖向设置，涡轮蜗壳的上表面右侧部固定安装有第一竖向滑台模组，第一夹紧减速电机固定安装在第一竖向滑台模组的滑块上，涡轮蜗壳的下表面右侧部固定安装有第二竖向滑台模组，第二夹紧减速电机固定安装在第二竖向滑台模组的滑块上，第一竖向滑台模组位于第二竖向滑台模组的正上方，涡轮蜗壳的上表面右侧部开设有第一螺纹孔，第一螺纹夹紧杆穿过第一螺纹孔且与第一螺纹孔螺纹连接，第一夹紧减速电机的驱动轴与第一螺纹夹紧杆的上端传动连接，第一螺纹夹紧杆的下端伸入到涡轮蜗壳内部且位于内螺纹孔轴的右侧外圆周正上方，第一螺纹夹紧杆的下端固定连接有第一半圆形夹板，第一半圆形夹板的下圆周面与内螺纹孔轴的上半圆周面匹配贴合，涡轮蜗壳的下表面右侧部开设有第二螺纹孔，第二螺纹夹紧杆穿过第二螺纹孔且与第二螺纹孔螺纹连接，第二夹紧减速电机的驱动轴与第二螺纹夹紧杆的下端传动连接，第二螺纹夹紧杆的上端伸入到涡轮蜗壳内部且位于内螺纹孔轴的右侧外圆周正下方，第二螺纹夹紧杆的下端固定连接有第二半圆形夹板，第二半圆形夹板的下圆周面与内螺纹孔轴的下半圆周面匹配贴合，压力蜗壳的右侧固定安装有沿左右方向水平设置的水平滑台模组，增压动力减速电机固定安装在水平滑台模组的滑块上，增压动力减速电机的驱动轴传动连接外螺纹蜗杆的右端，锁紧机构包括电批和锁紧螺钉，涡轮蜗壳的上侧板右侧部开设有通孔，电批的批头部穿过通孔并伸入到涡轮蜗壳内，内螺纹孔轴的外圆周上侧右端部开设有若干个与第二螺纹盲孔连通的锁紧螺纹孔，锁紧螺钉螺纹连接在其中一个锁紧螺纹孔中，锁紧螺钉的内端伸入到第二螺纹盲孔内并与外螺纹蜗杆的左侧外圆周顶压接触，电批的批头部与锁紧螺钉的头部十字槽卡接配合，压力蜗壳与涡轮蜗壳之间通过一根气管连通；
甲烷燃料电池本体分别与第一夹紧减速电机、第二夹紧减速电机、增压动力减速电机、第一竖向滑台模组、第二竖向滑台模组、水平滑台模组和电批电连接，控制系统分别与第一夹紧减速电机、第二夹紧减速电机、增压动力减速电机、第一竖向滑台模组、第二竖向滑台模组、水平滑台模组和电批信号连接。
4.根据权利要求3所述的加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置，其特征在于：燃料电池安装架包括底座和四根竖向支撑杆，底座的底部四角分别设置有一个带刹车机构的脚轮，四根竖向支撑杆的底部分别固定连接在底座的上表面四角，左侧的两根竖向支撑杆之间以及右侧的两根竖向支撑杆之间均固定连接有若干块上下间隔且平行的载荷连接板，竖向支撑杆上沿竖向开设有直角槽，四根竖向支撑杆上的直角槽分别构成一个矩形的四个角，甲烷燃料电池本体的四个棱边分别对应卡设在四个直角槽中，底座的上表面固定安装有一块散热底板，散热底板上均匀开设有镂空结构，散热底板的四个直角分别卡设在四个直角槽的下侧部，甲烷燃料电池本体的底部压设在散热底板的上表面。
5.根据权利要求4所述的加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置，其特征在于：第一供气管、第二供气管和第三供气管上均设置有气阀，供水管上设置有水阀，混合气体分离装置为膜分离设备，水平井段内安装有压力传感器和温度传感器，控制系统分别与压力传感器和温度传感器信号连接。
6.如权利要求5所述的加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、打开第二供气管和第三供气管上的气阀以及供水管上的水阀，使甲烷和氧气在甲烷燃料电池本体内燃烧反应产生热能和电能，加热进入中通加热管内的水产生高温水蒸汽，高温水蒸汽进入换热壳体内的螺旋加热管中，甲烷燃料电池本体的电能分别提供给显示屏、控制系统、压缩空气净化器、混合气体分离装置、电加热丝、排气增压减速电机、第一气体增压器和第二气体增压器；
（2）、打开第一供气管上的气阀，压缩空气净化器向换热壳体内注入净化的常温空气，常温空气在换热壳体内被加热成高温气体，而且在排气增压装置的作用下被加压成高压气体，高温高压的空气通过第一供气管排出换热壳体；
（3）、高温高压的空气通过第一供气管流经流量计进入第一气体增压器，再经第一气体增压器增压后通过第一竖直井段的井口进入U型井内，高温高压的空气对U型井周围的煤储层进行加热和压裂，则煤储层便会产生许多裂纹，使得煤储层中的煤层气释放出来进入各个开采井和U型井内；
（4）、高温高压的空气夹带煤层气从第二竖直井段的井口排出，然后经第二气体增压器增压进入到混合气体分离装置中，混合气体分离装置将煤层气中的甲烷和空气分离，甲烷进入甲烷储罐中，空气直接排到外界大气中，同时，各个开采井中充满煤层气，并通过抽采装置对各个开采井内的煤层气进行抽采。
7.根据权利要求6所述的加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置的工作方法，其特征在于：步骤（1）具体为：打开第二供气管和第三供气管上的气阀以及供水管上的水阀，则甲烷储罐通过第二供气管向甲烷多通管中送入甲烷气体，甲烷气体再通过各根甲烷分支管进入各层甲烷燃烧室内，同时，氧气罐通过第三供气管向氧气多通管中送入氧气，氧气再通过各根氧气分支管进入各层甲烷燃烧室内，甲烷和氧气在各层甲烷燃烧室内燃烧反应，从而产生热能和电能，集水箱通过供水管向中通加热管内注水，甲烷和氧气燃烧产生的热量对中通加热管进行加热，使中通加热管内的水加热至沸腾产生高温水蒸汽，中通加热管内的高温水蒸汽向上通过中通加热管的上端出气口并经第一出气管进入螺旋换热管中，甲烷燃料电池本体的电能分别提供给显示屏、控制系统、压缩空气净化器、混合气体分离装置、电加热丝、排气增压减速电机、第一气体增压器和第二气体增压器。
8.根据权利要求6所述的加热煤储层提高低煤阶煤层气产率的装置的工作方法，其特征在于：步骤（2）具体为：打开第一供气管上的气阀，启动压缩空气净化器、电加热丝和排气增压减速电机，压缩空气净化器将净化的常温空气通过进气管注入到换热壳体内，常温空气便与螺旋换热管的外表面接触而被加热，同时电加热丝通电后产生高温热量，进一步提高了换热壳体内空气的加热速率，使进入换热壳体内的常温空气加热成高温空气，排气增压减速电机驱动连接轴转动，由于活塞杆的左端开设有左侧敞口的第一螺纹盲孔，连接轴的右侧部外圆周设有与第一螺纹盲孔的内螺纹螺接配合的外螺纹，连接轴的右侧部螺纹连接在第一螺纹盲孔中，连接轴转动时驱动活塞杆沿左右方向水平移动，活塞杆带动密封活塞在腔体内左右往复滑动，从而实现对换热壳体内的高温空气增压，并将高温高压的空气通过第一供气管排出换热壳体。
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