CN113236344B - 注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置和方法包括制氮机、增压系统、三通管、掺混器和抽采系统，制氮机上设有第一出气口，增压系统设有增压进气口和增压出气口，三通管包括第一管道、第二管道和第三管道，第一管道分别与增压出气口、第二管道和第三管道相连，第二管道上设有第一支管，第一支管的出口端与注氮钻孔连接，掺混器上设有掺混器进气口和掺混器出气口，掺混器进气口与第三管道相连，掺混器出气口与第一支管相连，抽采系统包括多个抽气支管、汇流管和抽采干管，多个抽气支管与抽采钻孔连接。本发明通过向煤层内注入氮气掺混阻燃剂的混合气体，驱替促抽强化煤层瓦斯抽采，提高煤层瓦斯抽采率，同时防治煤层自燃。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯强化抽采和防治煤层自燃的技术领域，更具体地，涉及一种注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置和方法。
背景技术
在煤矿生产过程中，瓦斯、火灾一直是不可忽略的安全隐患。目前我国煤矿瓦斯治理常采用的技术手段包括抽采、水力化措施、CO2相变爆破等，应对煤层自燃常用的措施一般为加快工作面推进速度、注惰性气体及阻燃剂等。
但随着采掘逐步向深部深水平不断延伸，煤层瓦斯赋存复杂，瓦斯抽采治理难度大，自燃危险性增加，以往的技术手段面临着工艺改进和成本增加的缺陷。
煤层自燃防治和瓦斯治理之间存在相互影响、相互制约的特性，容易出现顾此失彼的现象，构建适用于煤层瓦斯抽采与煤层自燃综合防治的技术工艺显得尤为重要。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明一方面的实施例提出一种注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置，该注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置通过向煤层内注入氮气掺混阻燃剂粒子的混合气体，一方面利用高压氮气促进煤体瓦斯解吸运移，快速降低煤层瓦斯含量，提高煤层瓦斯抽采率，另一方面借助氮气惰性和阻燃剂防止煤层自燃。
本发明另一方面的实施例提出一种注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃方法。
根据本发明第一方面实施例的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置包括：制氮机，所述制氮机上设有第一出气口；增压系统，所述增压系统设有增压进气口和增压出气口，所述增压进气口与所述第一出气口连接；三通管，所述三通管包括第一管道、第二管道和第三管道，所述第一管道的一端与所述增压出气口连接，所述第一管道的另一端分别与所述第二管道和所述第三管道相连，所述第二管道上设有第一支管，所述第一支管的出口端与注氮钻孔的孔口管路连接；掺混器，所述掺混器上设有掺混器进气口和掺混器出气口，所述掺混器进气口与所述第三管道相连，所述掺混器出气口与所述第一支管相连；抽采系统，所述抽采系统包括多个抽气支管、汇流管和抽采干管，多个所述抽气支管与抽采钻孔的孔口管路连接，多个所述抽气支管汇流至汇流管，所述汇流管和所述抽采干管相连。
根据本发明实施例的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置通过掺混器可将氮气和阻燃剂混合并得到混合气体，混合气体通过第一支管注入注氮钻孔内，同时，氮气也可通过第二管道和第一支管注入注氮钻孔内，利用氮气裹挟混合气体输送至煤层中。本发明的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置通过向煤层内注入氮气掺混阻燃剂粒子的混合气体，一方面利用高压氮气促进煤体瓦斯解吸运移，快速降低煤层瓦斯含量，提高煤层瓦斯抽采率，另一方面借助氮气惰性和阻燃剂防止煤层自燃。
在一些实施例中，所述增压系统的增压比可根据需要选定。
在一些实施例中，所述的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置还包括至少两个气体流量计，两个所述气体流量计分别设在所述第二管道和所述第三管道上。
在一些实施例中，所述的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置还包括瓦斯参数测量器，所述瓦斯参数测量器设在所述汇流管上。
在一些实施例中，所述的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置还包括至少一个气体阀门，所述气体阀门设在所述管路连接处。
根据本发明第二方面实施例的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃方法，包括：对多个注氮钻孔和多个瓦斯抽采钻孔进行封孔处理；启动制氮机，所述制氮机制取氮气，将氮气通过增压系统增压后通入掺混器，掺混器以将氮气和阻燃剂混合并得到混合气体，将所述混合气体注入多个所述注氮钻孔内；连接抽采系统，将所述抽采系统的多个抽气支管一一对应的与多个所述瓦斯抽采钻孔的孔口管路连接，以将煤层内的瓦斯抽出。
在一些实施例中，所述注氮钻孔的封孔长度不少于30m。
在一些实施例中，所述瓦斯抽采钻孔的封孔长度不少于15m。
在一些实施例中，所述阻燃剂包括但不限于磷系化合物、金属氢氧化物和含卤阻燃剂。
附图说明
图1是根据本发明实施例的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置的示意图。
附图标记：
注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置100，制氮机1，第一出气口11，三通管2，第一管道21，第二管道22，第三管道23，第一支管24，气体流量计25，掺混器3，掺混器进气口31，掺混器出气口32，抽采系统4，抽气支管41、汇流管42，抽采干管43，瓦斯参数测量器44，注氮钻孔5，瓦斯抽采钻孔6，增压系统7，增压系统进气口71，增压系统出气口72，气体阀门8。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，根据本发明实施例的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置100包括制氮机1、三通管2、掺混器3、抽采系统4和增压系统7。
制氮机1上设有第一出气口11。具体地，如图1所示，制氮机1可用于制取所需氮气，优选地，所制氮气压力范围为0～0.8MPa。
三通管2包括第一管道21、第二管道22和第三管道23。第一管道21的一端(例如图1中第一管道21的左端)与增压系统出气口72连接，第一管道21的另一端分别与第二管道22和第三管道23连接。第二管道22上设有第一支管24，第一支管24的出口端与注氮钻孔5的孔口管路连接。
掺混器3上设有掺混器进气口31和掺混器出气口32，掺混器进气口31与第三管道23相连，掺混器出气口32与第一支管24相连。
抽采系统4包括多个抽气支管41、汇流管42和抽采干管43。多个抽气支管41与抽采钻孔6的孔口管路连接，多个抽气支管41汇流至汇流管42，汇流管42和抽采干管43相连。
增压系统7，增压系统7上设有增压进气口71和增压出气口72，增压进气口71与第一出气口11连接。
根据本发明实施例的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置100通过掺混器3可将氮气和阻燃剂混合并得到混合气体，混合气体通过第一支管24注入注氮钻孔5内，同时，氮气也可通过第二管道22和第一支管24注入注氮钻孔5内，利用氮气裹挟混合气体输送至煤层中，氮气驱替煤层瓦斯的同时，与阻燃剂混合实现防治煤层自燃。
如图1所示，增压系统7设在制氮机1与三通管2之间，增压系统7可将制氮机1制取的氮气进行二次加压。优选地，经过增压系统7增压后的氮气输出压力可依据增压系统增压比进行调节。
在一些实施例中，如图1所示，注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置100还包括至少两个气体流量计25，两个气体流量计25分别设在第二管道22和第三管道23上。
可以理解的是，气体流量计25可用于监测第二管道22和第三管道23内的氮气流量，有利于操作人员对氮气流量进行调整，提高了本发明的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置100的稳定性。
在一些实施例中，如图1所示，注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置100还包括瓦斯参数测量器44，瓦斯参数测量器44设在汇流管42上。
可以理解的是，瓦斯参数测量器44可用于监测汇流管42内瓦斯的抽采流量、浓度与负压，有利于根据数据观测，掌握氮气驱替煤层瓦斯效果。
进一步的，汇流管42上可设有放水器(未示出)，放水器可用于排出汇流管42内的积水，防止汇流管42堵塞。
在一些实施例中，如图1所示，注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置100还包括至少一个气体阀门8，气体阀门8设在管路连接处，以用于控制管路开度。
具体地，如图1所示，
制氮机1和增压系统7之间设有连通管道，该连通管道设有一个气体阀门8以调节制氮机1和增压系统7之间的氮气流通。
增压系统7的增压出气口72和第一管道21相连，第一管道21上设有一个气体阀门8以调节增压系统7和三通管2之间的氮气流通。
第二管道22上邻近气体流量计25的右侧设有一个气体阀门8以调节第二管道22上的氮气流通。
第三管道23上邻近气体流量计25的右侧设有一个气体阀门8以调节第三管道23上的氮气流通。
第三管道23与掺混器进气口31之间设有一个气体阀门8以调节第三管道23和掺混器3之间的氮气流通。
掺混器出气口32与第一支管24之间设有一个气体阀门8以调节掺混器3和第一支管24之间的混合气体流通。
第一支管24上设有一个气体阀门8，该一个气体阀门8位于第二管道22与第一支管24的连接处和掺混器出气口32与第一支管24的连接处之间，由此，使得掺混器3内产生的混合气体无法流入第二管道22内，提高了本发明的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置100的稳定性。
各个抽气支管41均设有一个气体阀门8以控制抽采支管41的开度。
根据本发明实施例的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃方法包括：
对多个注氮钻孔5和多个瓦斯抽采钻孔6进行封孔处理。优选地，采用“两堵一注”囊袋式封孔器，注氮钻孔5孔口加装注气钢管并预设插接头，瓦斯抽采钻孔6汇流后加装瓦斯参数测量器44。优选地，通过瓦斯参数测量器44定期观测混合气体内瓦斯浓度、流量等参数，同时采集抽采混合气体，测定其组分及煤层自燃指标性气体含量，有利于保证矿井安全生产。
启动制氮机1，制氮机1制取氮气，将氮气通过增压系统7增压后通入掺混器3，掺混器3以将氮气和阻燃剂混合并得到混合气体，将混合气体注入多个注氮钻孔5内。
连接抽采系统4，将抽采系统4的多个抽气支管41一一对应的与多个抽采钻孔6的孔口管路连接，以将煤层内的瓦斯抽出。
在一些实施例中，注氮钻孔的封孔长度不少于30m。
在一些实施例中，瓦斯抽采钻孔的封孔长度不少于15m。
在一些实施例中，阻燃剂包括但不限于磷系化合物、金属氢氧化物和含卤阻燃剂。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置，其特征在于，包括：
制氮机，所述制氮机上设有第一出气口；
增压系统，所述增压系统设有增压进气口和增压出气口，所述增压进气口与所述第一出气口连接；
三通管，所述三通管包括第一管道、第二管道和第三管道，所述第一管道的一端与所述增压出气口连接，所述第一管道的另一端分别与所述第二管道和所述第三管道相连，所述第二管道上设有第一支管，所述第一支管的出口端与注氮钻孔的孔口管路连接；
掺混器，所述掺混器上设有掺混器进气口和掺混器出气口，所述掺混器进气口与所述第三管道相连，所述掺混器出气口与所述第一支管相连；
抽采系统，所述抽采系统包括多个抽气支管、汇流管和抽采干管，多个所述抽气支管与抽采钻孔的孔口管路连接，多个所述抽气支管汇流至汇流管，所述汇流管和所述抽采干管相连。
2.根据权利要求1所述的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置，其特征在于，所述增压系统的增压比可根据需要选定。
3.根据权利要求1所述的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置，其特征在于，还包括至少两个气体流量计，两个所述气体流量计分别设在所述第二管道和所述第三管道上。
4.根据权利要求1所述的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置，其特征在于，还包括瓦斯参数测量器，所述瓦斯参数测量器设在所述汇流管上。
5.根据权利要求1-4中任一所述的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃装置，其特征在于，还包括至少一个气体阀门，所述气体阀门设在管路连接处。
6.一种注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃方法，其特征在于，包括：
对多个注氮钻孔和多个瓦斯抽采钻孔进行封孔处理；
启动制氮机，所述制氮机制取氮气，将氮气通过增压系统增压后通入掺混器，掺混器以将氮气和阻燃剂混合并得到混合气体，将所述混合气体注入多个所述注氮钻孔内；
连接抽采系统，将所述抽采系统的多个抽气支管一一对应的与多个所述瓦斯抽采钻孔的孔口管路连接，以将煤层内的瓦斯抽出；
所述注氮钻孔的封孔长度不少于30m。
7.根据权利要求6所述的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃方法，其特征在于，所述瓦斯抽采钻孔的封孔长度不少于15m。
8.根据权利要求6所述的注氮气掺混阻燃剂驱替促抽防治煤层自燃方法，其特征在于，所述阻燃剂包括但不限于磷系化合物、金属氢氧化物和含卤阻燃剂。
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