CN114382456A - 一种爆燃增透煤层促采瓦斯装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种爆燃增透煤层促采瓦斯装置及方法，所述装置包括控制器、M个爆燃舱、煤粉输送管、气体输送管、M‑1个封隔器以及M个等离子点火器；煤粉输送管依次穿过各爆燃舱，为爆燃舱提供煤粉和瓦斯；气体输送管依次穿过各爆燃舱，为爆燃舱提供空气；等离子点火器位于爆燃舱内部，用于引燃爆燃舱内煤粉、瓦斯和空气的混合物，产生能量，并通过爆燃舱外壁的释压孔将能量向外排出击穿煤层，对煤层进行定向增透；通过封隔器接收控制器发送的控制信号，并根据控制信号控制煤粉输送管的开闭、气体输送管的开闭及等离子点火器的点火。本发明在爆燃时释放的能量高、威力强、破坏性大，能够实现煤层的定向增透，解决瓦斯抽采时煤层渗透率低的问题。

Description

一种爆燃增透煤层促采瓦斯装置及方法

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，特别是涉及一种爆燃增透煤层促采瓦斯装置及方法。

背景技术

煤炭，是我国能源安全稳定供应的“压舱石”，然而煤炭开采往往伴随着高瓦斯和低透气性等复杂的煤层地质赋存条件，这就带来的一系列煤矿地质灾害，如煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸以及瓦斯异常涌动等，严重制约了煤炭资源开采的效率。

对于低透煤层的瓦斯抽放，必须采用专门的措施增加煤层的透气性，才能有效地抽出瓦斯，因此，低透煤层的瓦斯高效抽采的是当前煤矿瓦斯灾害治理与煤层气资源利用过程中亟需解决的问题。为了克服瓦斯抽采存在抽采难度大的问题，解决瓦斯抽采渗透率低的工程问题，一批学者提出了水力压裂、超临界二氧化碳压裂技术、高能气体压裂技术、LPG压裂技术等，但是在大量的实际工程应用中发现，但这些增透技术依然存在瓦斯抽采时煤层渗透率低以及一定的局限性。比如水力割缝技术操作难度高，工程量大，对于松软煤层，煤层的蠕变会导致缝槽难以成型；水力压裂技术使用掺有化学物质的水压入煤层达到致裂的效果，然而该技术压裂方向难以控制，裂隙分布不均，且会污染地下水源，对环境造成危害，在日渐严格的环保政策压力下，水力压裂技术的局限性会愈加突出。

发明内容

本发明的目的是提供一种爆燃增透煤层促采瓦斯装置及方法，能够解决瓦斯抽采时煤层渗透率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种爆燃增透煤层促采瓦斯装置，包括：控制器、M个爆燃舱、煤粉输送管、气体输送管、M-1个封隔器以及M个等离子点火器，其中，M为大于1的正整数；

所述控制器，与所述封隔器连接，用于向所述封隔器发送控制信号；

各所述爆燃舱，布置在煤层内部，且各所述爆燃舱的外壁设有释压孔；

所述煤粉输送管，依次穿过各所述爆燃舱，用于为所述爆燃舱提供煤粉和瓦斯；

所述气体输送管，依次穿过各所述爆燃舱，用于为所述爆燃舱提供空气；

所述等离子点火器，位于爆燃舱内部，用于引燃爆燃舱内煤粉、瓦斯和空气的混合物，产生能量，并通过所述释压孔将能量向外排出击穿煤层，以对煤层进行定向增透；

所述封隔器，位于相邻两个所述爆燃舱之间，分别与所述煤粉输送管、所述气体输送管、所述等离子点火器以及所述控制器连接，用于接收所述控制器发送的所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述煤粉输送管的开闭、所述气体输送管的开闭及所述等离子点火器的点火。

可选地，所述装置还包括：

多个喷煤孔，分别开设于煤粉输送管上，与各爆燃舱相对的位置，用于将煤粉输送管内的煤粉送入爆燃舱舱内；

所述封隔器还用于控制所述喷煤孔的开闭。

可选地，所述装置还包括：

多个喷气孔，分别开设于气体输送管上，与各爆燃舱相对的位置，用于将所述气体输送管中的空气送入爆燃舱舱内；

所述封隔器还用于控制所述喷气孔的开闭。

可选地，所述装置还包括：

电缆，位于所述气体输送管内部，依次穿过各所述爆燃舱，用于为各所述封隔器和各所述等离子点火器提供电能。

可选地，所述装置还包括：

煤粉平铺板，布置在各所述爆燃舱底部。

可选地，各所述爆燃舱外壁的释压孔呈条带状排列，环绕各所述爆燃舱一周。

可选地，煤粉爆燃的浓度范围为1.2kg/m³～2kg/m³，瓦斯爆炸的浓度为9％。

可选地，煤粉爆燃所需的空气中的氧气浓度范围为15％～17％。

为实现上述目的，本发明还提供了一种爆燃增透煤层促采瓦斯方法，所述方法基于所述的装置，所述方法包括：

通过钻机在煤层中钻孔并安装铺设爆燃增透煤层促采瓦斯装置，通过所述封隔器控制煤粉输送管和气体输送管为打开状态，同时执行以下三个步骤：

S1：控制器通过封隔器控制煤粉输送管向爆燃舱舱内喷射煤粉和瓦斯；

S2：控制器通过封隔器控制气体输送管向爆燃舱舱内喷射空气；

S3：控制器通过封隔器控制等离子点火器点火，引燃爆燃舱内煤粉、瓦斯和空气的混合物，产生能量，并通过所述释压孔将能量向外排出击穿煤层，以对煤层进行定向增透。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种爆燃增透煤层促采瓦斯装置及方法，所述装置包括控制器、M个爆燃舱、煤粉输送管、气体输送管、M-1个封隔器以及M个等离子点火器；控制器用于向封隔器发送控制信号；各爆燃舱，布置在煤层内部，且各爆燃舱的外壁设有释压孔；煤粉输送管，依次穿过各爆燃舱，用于为爆燃舱提供煤粉和瓦斯；气体输送管，依次穿过各爆燃舱，用于为爆燃舱提供空气；等离子点火器，位于爆燃舱内部，用于引燃爆燃舱内煤粉、瓦斯和空气的混合物，产生能量，并通过释压孔将能量向外排出击穿煤层，以对煤层进行定向增透；封隔器，位于相邻两个爆燃舱之间，用于接收控制器发送的控制信号，并根据控制信号控制煤粉输送管的开闭、气体输送管的开闭及等离子点火器的点火。本发明基于煤粉、瓦斯和空气的混合物进行爆燃释放的能量高、威力强、破坏性大，能够实现对煤层的定向增透，解决瓦斯抽采时煤层渗透率低的问题。

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为本发明爆燃增透煤层促采瓦斯装置的结构示意图；

图2为本发明爆燃增透煤层促采瓦斯装置的剖面图。

符号说明：

爆燃舱-1、煤粉输送管-2、气体输送管-3、封隔器-4，等离子点火器-5，释压孔-6，喷煤孔-7，喷气孔-8，电缆-9，煤粉平铺板-10。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种爆燃增透煤层促采瓦斯装置及方法，能够解决瓦斯抽采时煤层渗透率低的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，本发明一种爆燃增透煤层促采瓦斯装置，包括：控制器、M个爆燃舱1、煤粉输送管2、气体输送管3、M-1个封隔器4以及M个等离子点火器5，其中，M为大于1的正整数。

所述控制器，与所述封隔器4连接，用于向所述封隔器4发送控制信号。

各所述爆燃舱1，布置在煤层内部，且各所述爆燃舱1的外壁设有释压孔6。

所述煤粉输送管2，依次穿过各所述爆燃舱1，用于为所述爆燃舱1提供煤粉和瓦斯。

所述气体输送管3，依次穿过各所述爆燃舱1，用于为所述爆燃舱1提供空气。

所述等离子点火器5，位于爆燃舱1内部，用于引燃爆燃舱1内煤粉、瓦斯和空气的混合物，产生能量，并通过所述释压孔6将能量向外排出击穿煤层，以对煤层进行定向增透。

所述封隔器4，位于相邻两个所述爆燃舱1之间，分别与所述煤粉输送管2、所述气体输送管3、所述等离子点火器5以及所述控制器连接，用于接收所述控制器发送的所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述煤粉输送管2的开闭、所述气体输送管3的开闭及所述等离子点火器5的点火。

优选地，所述装置还包括：多个喷煤孔7。

所述多个喷煤孔7，分别开设于煤粉输送管2上，与各爆燃舱1相对的位置，用于将煤粉输送管2内的煤粉送入爆燃舱1舱内。

所述封隔器4还用于控制所述喷煤孔7的开闭。

优选地，所述装置还包括：多个喷气孔8。

所述多个喷气孔8，分别开设于气体输送管3上，与各爆燃舱1相对的位置，用于将所述气体输送管3中的空气送入爆燃舱1舱内。

所述封隔器4还用于控制所述喷气孔8的开闭。其中，喷煤孔7能够将煤粉、瓦斯喷射到爆燃舱1内，喷气孔8能够将空气喷射至爆燃舱1内，充分实现煤粉、瓦斯和空气的接触，充分实现三者混合物的爆燃。进一步地，还可以设置管道，采用管道连通煤粉输送管2和爆燃舱1，采用管道连通气体输送管3和爆燃舱1，以实现为爆燃舱1提供煤粉、瓦斯和空气。

进一步地，所述装置还包括：电缆9。

所述电缆9，位于所述气体输送管3内部，依次穿过各所述爆燃舱1，用于为各所述封隔器4和各所述等离子点火器5提供电能。所述封隔器4通过电缆9接收控住器的控制信号，并通过电缆9将控制信号传递给所述煤粉输送管2、所述气体输送管3和所述等离子点火器5。

优选地，所述装置还包括：煤粉平铺板10。

所述煤粉平铺板10，布置在各所述爆燃舱1底部，使煤粉均匀分布在爆燃舱1底部，均匀分布的煤粉1能够被气体输送管3输送的空气通过喷气孔8充分吹起以达到最佳的爆燃效果。

进一步地，各所述爆燃舱外壁的释压孔6呈条带状排列，环绕各所述爆燃舱1一周。此外，释压孔6还可以设置成点云状。

具体地，煤粉爆燃的浓度范围为1.2kg/m³～2kg/m³，煤粉爆燃的最佳颗粒度范围是5μm～10μm；瓦斯爆炸的最佳浓度为9％。

具体地，煤粉爆燃所需的空气中的氧气浓度范围为15％～17％。

为实现上述目的，本发明还提供了一种爆燃增透煤层促采瓦斯方法，所述方法基于所述的装置，所述方法包括：

通过钻机在煤层中钻孔并安装铺设爆燃增透煤层促采瓦斯装置，通过所述封隔器4控制煤粉输送管2和气体输送管3为打开状态，同时执行以下三个步骤：

S1：控制器通过封隔器4控制煤粉输送管3向爆燃舱1舱内喷射煤粉和瓦斯。

S2：控制器通过封隔器4控制气体输送管3向爆燃舱1舱内喷射空气。

S3：控制器通过封隔器4控制等离子点火器5点火，引燃爆燃舱1内煤粉、瓦斯和空气的混合物，产生能量，并通过所述释压孔6将能量向外排出击穿煤层，以对煤层进行定向增透。然后，关闭爆燃舱1和爆燃舱1之间的封隔器4；关闭煤粉输送管2和气电输送管3。

进一步地，在一具体实施案例中，使用多功能钻探设备在增透区域打钻孔，深入煤层内部，然后将增透本发明所述的装置按顺序分段安装在钻孔内，所述钻孔孔径以及长度根据工程需求进行设计。

进一步地，在一具体实施案例中，根据爆燃舱1的空间大小及煤层爆燃性能，计算获得最佳爆燃效果的煤粉、瓦斯和空气的喷射量。

进一步地，在一具体实施案例中，增透装置安装完成后，各个封隔器分别控制各处的煤粉输送管2和气电输送管3为开放状态，各个封隔器控制爆燃舱1内的喷煤孔7和喷气孔8为开放状态；爆燃增透完成后，各个封隔器分别控制对应的爆燃舱1内的喷煤孔7和喷气孔8为闭合状态。

进一步地，在一具体实施案例中，当其中一个爆燃舱完成爆燃增透后，关闭该爆燃舱和相邻爆燃舱之间的封隔器，然后打开下一个爆燃舱进行爆燃增透，依次重复上述过程，实现分段爆燃增透。

本发明的有益效果：1)基于煤粉、瓦斯和空气爆燃释放的能量高、威力强、破坏性大。

2)本发明只需要在钻孔内部布设多个爆燃舱，可以实现分段增透爆燃，智能化程度较高、施工速度快、增透效果好。

3)本发明的分段爆燃舱所开设的释压孔根据具体煤层预实现的爆燃增透效果进行设计，引导爆燃产生的高压气体对爆燃舱附近煤体达到定向增透的效果。

4)本发明所需爆燃材料均可由煤矿本身所提供的，工程成本较低，且爆燃产物相比水力压裂、水力割缝等增透技术对环境损害小，符合当前国家环保政策。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种爆燃增透煤层促采瓦斯装置，其特征在于，包括：控制器、M个爆燃舱、煤粉输送管、气体输送管、M-1个封隔器以及M个等离子点火器，其中，M为大于1的正整数；

所述控制器，与所述封隔器连接，用于向所述封隔器发送控制信号；

各所述爆燃舱，布置在煤层内部，且各所述爆燃舱的外壁设有释压孔；

所述煤粉输送管，依次穿过各所述爆燃舱，用于为所述爆燃舱提供煤粉和瓦斯；

所述气体输送管，依次穿过各所述爆燃舱，用于为所述爆燃舱提供空气；

所述等离子点火器，位于爆燃舱内部，用于引燃爆燃舱内煤粉、瓦斯和空气的混合物，产生能量，并通过所述释压孔将能量向外排出击穿煤层，以对煤层进行定向增透；

所述封隔器，位于相邻两个所述爆燃舱之间，分别与所述煤粉输送管、所述气体输送管、所述等离子点火器以及所述控制器连接，用于接收所述控制器发送的所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述煤粉输送管的开闭、所述气体输送管的开闭及所述等离子点火器的点火。

2.根据权利要求1所述的爆燃增透煤层促采瓦斯装置，其特征在于，所述装置还包括：

多个喷煤孔，分别开设于煤粉输送管上，与各爆燃舱相对的位置，用于将煤粉输送管内的煤粉送入爆燃舱舱内；

所述封隔器还用于控制所述喷煤孔的开闭。

3.根据权利要求1所述的爆燃增透煤层促采瓦斯装置，其特征在于，所述装置还包括：

多个喷气孔，分别开设于气体输送管上，与各爆燃舱相对的位置，用于将所述气体输送管中的空气送入爆燃舱舱内；

所述封隔器还用于控制所述喷气孔的开闭。

4.根据权利要求1所述的爆燃增透煤层促采瓦斯装置，其特征在于，所述装置还包括：

电缆，位于所述气体输送管内部，依次穿过各所述爆燃舱，用于为各所述封隔器和各所述等离子点火器提供电能。

5.根据权利要求1所述的爆燃增透煤层促采瓦斯装置，其特征在于，所述装置还包括：

煤粉平铺板，布置在各所述爆燃舱底部。

6.根据权利要求1所述的爆燃增透煤层促采瓦斯装置，其特征在于，各所述爆燃舱外壁的释压孔呈条带状排列，环绕各所述爆燃舱一周。

7.根据权利要求1所述的爆燃增透煤层促采瓦斯装置，其特征在于，煤粉爆燃的浓度范围为1.2kg/m³～2kg/m³，瓦斯爆炸的浓度为9％。

8.根据权利要求1所述的爆燃增透煤层促采瓦斯装置，其特征在于，煤粉爆燃所需的空气中的氧气浓度范围为15％～17％。

9.一种爆燃增透煤层促采瓦斯方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-8任意项所述的装置，所述方法包括：

通过钻机在煤层中钻孔并安装铺设爆燃增透煤层促采瓦斯装置，通过所述封隔器控制煤粉输送管和气体输送管为打开状态，同时执行以下三个步骤：

S1：控制器通过封隔器控制煤粉输送管向爆燃舱舱内喷射煤粉和瓦斯；

S2：控制器通过封隔器控制气体输送管向爆燃舱舱内喷射空气；

S3：控制器通过封隔器控制等离子点火器点火，引燃爆燃舱内煤粉、瓦斯和空气的混合物，产生能量，并通过所述释压孔将能量向外排出击穿煤层，以对煤层进行定向增透。

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