一種抽壓交替的瓦斯抽採方法及設備的製作方法

2023-12-10 00:59:56 3

專利名稱：一種抽壓交替的瓦斯抽採方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種抽壓交替的瓦斯抽採方法及設備，尤其適用於增大瓦斯抽採鑽孔的抽採半徑、提高鑽孔的瓦斯抽採總量。
背景技術：
瓦斯抽採是利用瓦斯泵產生的負壓通過瓦斯抽採鑽孔抽出賦存在煤層中的瓦斯。 經過長時間抽採，煤層瓦斯壓力、含量均可大幅度降低，因此瓦斯抽採是防治煤礦瓦斯災害事故的根本措施。為消除瓦斯威脅，保證礦井安全生產，我國的突出礦井、高瓦斯礦井及部分低瓦斯礦井均開展了廣泛的瓦斯抽採工程。瓦斯抽採鑽孔施工後，其周圍一定範圍煤體的應力得到釋放並發生變形，在煤體變形過程中產生大量幾何特性各異的裂隙，為瓦斯解吸及流動提供了條件。裂隙發育範圍內的煤層透氣性大，是抽採的主要瓦斯源，但是這個範圍很小，其半徑一般不大於5 m。裂隙發育範圍之外的煤層為原始煤體，透氣性差，其賦存瓦斯很難被抽出。當前，瓦斯抽採過程中瓦斯泵產生的負壓為連續性負壓，即在瓦斯抽採管路和抽採鑽孔中只存在由煤層流向瓦斯泵的抽出氣流。單向氣流使鑽孔周圍的裂隙具有收縮趨勢，限制了裂隙向煤層深部發育，因此造成距鑽孔較遠處原始煤層的瓦斯無法大量解吸及抽出，導致鑽孔的抽採瓦斯源較少。基於上述分析及工程實踐，採用現有的瓦斯抽採方法時，鑽孔的抽採半徑小，瓦斯抽採流量及濃度衰減速度快，有效抽採時間較短。對於透氣性差的煤層，上述問題更加顯著。為提高鑽孔周圍煤層的透氣性，目前主要採用水力壓裂、深孔爆破等技術方法，然而都存在一定問題。如採用水力壓裂方法時，雖然增大了煤層的裂隙，但煤體吸水飽和後， 其透氣性降低，不能加速解吸瓦斯的流動，此外煤體遇水後成泥糊狀對裂縫起到堵塞作用， 因此不能提高瓦斯抽採量。採用深孔爆破方法時，鬆動爆破後，鑽孔瓦斯抽採量在較短時間內(最多幾天)可以增加幾倍，但很快就下降枯竭，鑽孔總瓦斯抽採量的增加並不顯著。

發明內容
技術問題本發明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種方法簡單、設備緊湊、鑽孔抽採半徑大、抽採效果好的抽壓交替的瓦斯抽採方法及設備。技術方案本發明的抽壓交替的瓦斯抽採方法，包括如下步驟
a.在煤礦井下瓦斯泵前後的抽採主管路上通過前、後三通球閥並聯一旁通管路，在前三通球閥前部的抽採主管路上連接裝有單向進氣閥的高壓儲氣罐，並在高壓儲氣罐的前部連接一出口控制球閥、高壓儲氣罐的後部連接由補氣控制球閥控制的補氣管路，補氣管路連接在後三通球閥和瓦斯泵之間的抽採主管路上；
b.將瓦斯抽採鑽孔中的瓦斯抽採管與抽採主管路相連接進行瓦斯抽採；
c.控制前、後三通球閥，使後三通球閥通路A和後三通球閥通路B相連通、前三通球閥通路A和前三通球閥通路B相連通，關閉補氣控制球閥和出口控制球閥，此時，煤層中的瓦斯經瓦斯抽採鑽孔和瓦斯抽採管匯集流入抽採主管路中，然後依次經後三通球閥、瓦斯泵和前三通球閥流入高壓儲氣罐內；
當高壓儲氣罐中的氣體壓力升高到0.3 MI^a時，打開出口控制球閥，使高壓儲氣罐中的瓦斯經抽採主管路向外輸送；
當高壓儲氣罐的氣體壓力降低到0. 1 MI^時，關閉出口控制球閥；
d.瓦斯抽採5 10min後，控制前、後三通球閥，使後三通球閥通路A和後三通球閥通路C相連通、前三通球閥通路A和前三通球閥通路C相連通，打開補氣控制球閥，關閉出口控制球閥，使高壓儲氣罐中的瓦斯經補氣管路進入抽採主管路，再經瓦斯泵、前三通球閥、 旁通管路、後三通球閥、抽採主管路和瓦斯抽採管反向壓入瓦斯抽採鑽孔內，向瓦斯抽採鑽孔內壓入氣體的時間為3 5min ；
當高壓儲氣罐中的氣體壓力小於外界空氣壓力時，外界空氣通過單向進氣閥進入高壓儲氣罐內，以滿足反向壓入瓦斯抽採鑽孔內的氣量；
e.重複步驟c、d，交替實施抽氣和壓氣，使瓦斯抽採鑽孔和瓦斯抽採管內交替出現抽出氣流和壓入氣流，直至抽採的瓦斯濃度降低到16%以下，停止抽壓。所述壓入氣流的壓力為0. 03MPa 0. 2 MPa0本發明的抽壓交替的瓦斯抽採設備，包括瓦斯抽採管、與瓦斯抽採管相連的抽採主管路、設在抽採主管路上的瓦斯泵，在所述瓦斯泵的前後抽採主管路上設有前、後三通球閥，經前、後三通球閥連接有與瓦斯泵相併聯的旁通管路，前三通球閥前部的抽採主管路上連有高壓儲氣罐，高壓儲氣罐前部安設有出口控制球閥，高壓儲氣罐的後部設有連接在後三通球閥和瓦斯泵之間抽採主管路上的補氣管路，補氣管路上設有補氣控制球閥，高壓儲氣罐的底部設有單向進氣閥。有益效果本發明能有效增大瓦斯抽採鑽孔的抽採半徑，提高鑽孔的瓦斯抽採總量。通過在瓦斯抽採鑽孔中交替出現抽出氣流和壓入氣流，使鑽孔周圍煤體的裂隙反覆承受收縮和膨脹的作用(交變應力)，當煤體達到疲勞極限後發生局部斷裂，從而使裂隙不斷擴大並向深部逐漸發育。當深部原始煤層的透氣性增大後，其瓦斯可逐漸解吸並被抽出，從而增大鑽孔的瓦斯抽採半徑，並提高鑽孔的瓦斯抽採總量。此方法及設備簡單，操作方便， 成本低，不僅增大了鑽孔的瓦斯抽採半徑，而且提高了鑽孔的瓦斯抽採總量，具有廣泛的實用性。


圖1是本發明的抽壓交替的瓦斯抽採結構示意圖。圖中瓦斯抽採鑽孔一 1，抽出氣流一 2，壓入氣流一 3，裂隙一 4，瓦斯抽採管一 5， 抽採主管路一 6，後三通球閥一 7，瓦斯泵一 8，旁通管路一 9，前三通球閥一 10，補氣管路一 11，補氣控制球閥一 12，高壓儲氣罐一 13，單向進氣閥一 14，出口控制球閥一 15。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述
本發明的抽壓交替的瓦斯抽採方法，由於瓦斯抽採鑽孔1施工完成後，其周圍一定範圍內的煤體由於卸壓而發生一定變形，同時產生大量裂隙4，為瓦斯解吸及流動提供了條件。首先在煤礦井下瓦斯泵8前後的抽採主管路6上通過前、後三通球閥10、7並聯旁通管路9，在前三通球閥10前部的抽採主管路6上連接高壓儲氣罐13，高壓儲氣罐13的前部連接出口控制球閥15，高壓儲氣罐13的後部連接由補氣控制球閥11控制的補氣管路12，補氣管路12連接在後三通球閥7和瓦斯泵8之間的抽採主管路6上，高壓儲氣罐13的下部安裝單向進氣閥14，向瓦斯抽採鑽孔1中送入瓦斯抽採管5並進行封孔後，將瓦斯抽採鑽孔 1中的瓦斯抽採管5與抽採主管路6相連接，通過瓦斯泵8開始進行瓦斯抽採。控制前、後三通球閥10、7，使後三通球閥通路A和後三通球閥通路B相連通、前三通球閥通路A和前三通球閥通路B相連通，關閉補氣控制球閥11和出口控制球閥15，使煤層中的瓦斯經瓦斯抽採鑽孔1和瓦斯抽採管5匯集流入抽採主管路6中，然後依次經後三通球閥7、瓦斯泵8和前三通球閥10流入高壓儲氣罐13內，抽採系統中氣體的流動路徑為 裂隙4 —瓦斯抽採鑽孔1—瓦斯抽採管5 —抽採主管路6 —後三通球閥7 —瓦斯泵8—前三通球閥10 —高壓儲氣罐13，此時瓦斯抽採管5和瓦斯抽採鑽孔1中為抽出氣流2，系統處在瓦斯抽採狀態。在抽氣階段初期，出口控制球閥15為關閉狀態，隨著抽採的不斷進行， 高壓儲氣罐13的氣體壓力不斷升高，當高壓儲氣罐13中的氣體壓力升高到0. 3 MPa時，打開出口控制球閥15，使高壓儲氣罐13中的瓦斯經抽採主管路6向外輸送；當高壓儲氣罐13 的氣體壓力降低到0. 1 MPa時，關閉出口控制球閥15。當瓦斯抽採5 10 min後，控制前、後三通球閥10、7，使後三通球閥通路A和後三通球閥通路C相通、前三通球閥通路A和前三通球閥通路C相通，打開補氣控制球閥11，關閉出口控制球閥15，使高壓儲氣罐13中的瓦斯經補氣管路12進入抽採主管路6，再經瓦斯泵8、前三通球閥10、旁通管路9、後三通球閥7、抽採主管路6和瓦斯抽採管5反向壓入瓦斯抽採鑽孔1，抽採系統中氣體的流動路徑為高壓儲氣罐13 —補氣管路12 —抽採主管路 6 —瓦斯泵8 —前三通球閥10 —旁通管路9 —後三通球閥7 —抽採主管路6 —瓦斯抽採管5 —瓦斯抽採鑽孔1 —裂隙4，此時瓦斯抽採管5和瓦斯抽採鑽孔1中為壓入氣流3，壓入氣流3的壓力為0. 03MPa 0. 2 MPa,向瓦斯抽採鑽孔1內壓入氣體的時間為3 5min。 壓入氣源為高壓儲氣罐13中的已抽採瓦斯，主要為防止下一個抽壓周期中的抽採瓦斯濃度大幅度下降。當高壓儲氣罐13中的氣體壓力小於外界空氣壓力，即出現負壓狀態時，外界空氣通過單向進氣閥14進入高壓儲氣罐13內，以滿足反向壓入瓦斯抽採鑽孔1內的氣量。重複抽氣和壓氣，使瓦斯抽採鑽孔1和瓦斯抽採管5內交替出現抽出氣流2和壓入氣流3，直至抽採的瓦斯濃度降低到16%以下，停止抽壓。本發明的抽壓交替的瓦斯抽採設備，包括瓦斯抽採管5、與瓦斯抽採管5相連的抽採主管路6、設在抽採主管路6上的瓦斯泵8，瓦斯泵8的前後抽採主管路6上設有前、後三通球閥10、7，經前、後三通球閥10、7連接有與瓦斯泵8相併聯的旁通管路9，前三通球閥10 前部的抽採主管路6上連有高壓儲氣罐13，高壓儲氣罐13的前部安設有出口控制球閥15， 高壓儲氣罐13的後部設有連接在後三通球閥7和瓦斯泵8之間抽採主管路6上的補氣管路12，補氣管路12上設有補氣控制球閥11，在高壓儲氣罐13的底部設有單向進氣閥14，可實現外界空氣在一定條件下向高壓儲氣罐13的單向流動，而高壓儲氣罐13中的瓦斯在任何條件下都不會流出；出口控制球閥15連接的抽採主管路6為向外輸送瓦斯的管路。後三通球閥7、前三通球閥10、補氣控制球閥11和出口控制球閥15均為電動智能調節閥門，可實現不同時間間隔的狀態自動轉換。瓦斯泵8運行過程中，通過後三通球閥7、前三通球閥10和補氣控制球閥11的狀態轉換可改變抽採主管路6中的氣流方向，實現瓦斯抽採管5和瓦斯抽採鑽孔1中交替出現抽出氣流2和壓入氣流3。後三通球閥7包括後三通球閥通路 A、後三通球閥通路B和後三通球閥通路C，前三通球閥10包括前三通球閥通路A、前三通球閥通路B和前三通球閥通路C ；後三通球閥通路C與前三通球閥通路C連接旁通管路9，後三通球閥通路B和前三通球閥通路A通過抽採主管路6與瓦斯泵8相連接。
權利要求
1.一種抽壓交替的瓦斯抽採方法，其特徵在於包括如下步驟a.在煤礦井下瓦斯泵(8)前後的抽採主管路(6)上通過前、後三通球閥(10、7)並聯一旁通管路(9)，在前三通球閥(10)前部的抽採主管路(6)上連接裝有單向進氣閥(14)的高壓儲氣罐(13)，並在高壓儲氣罐(13)的前部連接一出口控制球閥(15)、高壓儲氣罐(13)的後部連接由補氣控制球閥(11)控制的補氣管路(12)，補氣管路(12)連接在後三通球閥(7) 和瓦斯泵(8)之間的抽採主管路(6)上；b.將瓦斯抽採鑽孔(1)中的瓦斯抽採管(5)與抽採主管路(6)相連接進行瓦斯抽採；c.控制前、後三通球閥(10、7)，使後三通球閥通路A和後三通球閥通路B相連通、前三通球閥通路A和前三通球閥通路B相連通，關閉補氣控制球閥(11)和出口控制球閥(15)， 此時，煤層中的瓦斯經瓦斯抽採鑽孔(1)和瓦斯抽採管(5)匯集流入抽採主管路(6)中，然後依次經後三通球閥(7)、瓦斯泵(8)和前三通球閥(10)流入高壓儲氣罐(13)內；當高壓儲氣罐(13)中的氣體壓力升高到0. 3 MPa時，打開出口控制球閥(15)，使高壓儲氣罐(13)中的瓦斯經抽採主管路(6)向外輸送；當高壓儲氣罐(13)的氣體壓力降低到0. 1 MPa時，關閉出口控制球閥(15)；d.瓦斯抽採5 10min後，控制前、後三通球閥(10、7)，使後三通球閥通路A和後三通球閥通路C相連通、前三通球閥通路A和前三通球閥通路C相連通，打開補氣控制球閥 (11)，關閉出口控制球閥(15)，使高壓儲氣罐(13)中的瓦斯經補氣管路(12)進入抽採主管路(6)，再經瓦斯泵(8)、前三通球閥(10)、旁通管路(9)、後三通球閥(7)、抽採主管路(6) 和瓦斯抽採管(5)反向壓入瓦斯抽採鑽孔(1)內，向瓦斯抽採鑽孔(1)內壓入氣體的時間為 3 5min ；當高壓儲氣罐(13)中的氣體壓力小於外界空氣壓力時，外界空氣通過單向進氣閥 (14)進入高壓儲氣罐(13)內，以滿足反向壓入瓦斯抽採鑽孔(1)內的氣量；e.重複步驟c、d，交替實施抽氣和壓氣，使瓦斯抽採鑽孔(1)和瓦斯抽採管(5)內交替出現抽出氣流(2)和壓入氣流(3)，直至抽採的瓦斯濃度降低到16%以下，停止抽壓。
2.根據權利要求1所述的一種抽壓交替的瓦斯抽採方法，其特徵在於所述壓入氣流 (3)的壓力為 0. 03MPa 0. 2 MPa。
3.一種實現上述權利要求所述方法的抽壓交替的瓦斯抽採設備，包括瓦斯抽採管 (5)、與瓦斯抽採管(5)相連的抽採主管路(6)、設在抽採主管路(6)上的瓦斯泵(8)，其特徵在於在所述瓦斯泵(8)的前後抽採主管路(6)上設有前、後三通球閥(10、7)，經前、後三通球閥(10、7)連接有與瓦斯泵(8)相併聯的旁通管路(9)，前三通球閥(10)前部的抽採主管路(6)上連有高壓儲氣罐(13)，高壓儲氣罐(13)前部安設有出口控制球閥(15)，高壓儲氣罐(13)的後部設有連接在後三通球閥(7)和瓦斯泵(8)之間抽採主管路(6)上的補氣管路(12)，補氣管路(12)上設有補氣控制球閥(11)，高壓儲氣罐(13)的底部設有單向進氣閥 (14)。
全文摘要
一種抽壓交替的瓦斯抽採方法及裝備，適用於增大瓦斯抽採鑽孔的抽採半徑，提高鑽孔的瓦斯抽採總量。在瓦斯泵前後的抽採主管路上通過前、後三通球閥並聯旁通管路，在前三通球閥前部的抽採主管路上連接高壓儲氣罐，高壓儲氣罐後部連接由補氣控制球閥控制的補氣管路，補氣管路連接在後三通球閥和瓦斯泵之間的抽採主管路上，將瓦斯抽採鑽孔中的瓦斯抽採管與抽採主管路相連接進行瓦斯抽採；在瓦斯泵運行過程中，通過控制前、後三通球閥、補氣控制球閥和出口控制球閥的狀態，使瓦斯抽採鑽孔交替出現抽出氣流和壓入氣流，鑽孔周圍煤體裂隙在交變應力作用下不斷擴大並向深部逐漸發育，從而提高鑽孔的瓦斯抽採總量。其方法和設備簡單，操作方便，成本低。
文檔編號E21F7/00GK102352768SQ20111031759
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者劉應科, 劉春 , 史波波, 周福寶, 宋小林, 龐葉青, 王聖程, 高峰 申請人:中國礦業大學