[发明专利]一种提高煤矿瓦斯抽放效率的方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高煤矿瓦斯抽放效率的方法及其设备，其属于煤矿瓦斯抽排方法及设备类。

背景技术

瓦斯一直是矿山安全生产，特别是煤矿安全生产的头号问题，国家以及各矿山企业对瓦斯的问题都非常重视，先抽后采、监测监控、以风定产是矿山安全生产的圣典，绝对不许可违反。在现有技术中，瓦斯的抽排通常包括地面采空区抽放、位顶板抽放、巷道抽放、采空区裂隙带抽放、上隅角埋管抽放、地面钻孔抽放、水平长钻孔、大直径钻孔抽放等几种方式。无论是那种方式，瓦斯的抽排效率是非常关键的一个问题，为了提升瓦斯的抽排效率，现通用的办法是进行钻孔松动爆破和煤层注水等技术来提高抽放效率等。瓦斯在煤层中的赋存关系包括游离状态和吸附状态。游离状态是指瓦斯自由充填在煤的孔隙或裂隙中；吸附状态是指是指瓦斯以单分子薄膜形式凝聚在煤固体物质表面。在一定的瓦斯压力和温度条件下，游离瓦斯与吸附瓦斯处于动平衡状态。通常在压力低于10 MPa时，吸附瓦斯占80%～90%，游离瓦斯占10%～20%。同时，煤中的吸附瓦斯量随压力的升高而增大；当压力降低时，瓦斯从吸附状态向游离状态转化，也即瓦斯从煤的微孔表面上蒸发出来，称为瓦斯解吸。瓦斯吸附是放热过程，瓦斯解吸是吸热过程。在相同压力下，媒的吸附瓦斯量随煤温度的升高而降低。因为随着温度的升高，瓦斯分子将获得较大的动能，停留在煤微孔表面上的时问缩短，瓦斯吸附量随之降低。温度每升高1℃，每吨纯煤的瓦斯吸附量减少0.1～0.3m3。主要表现为渗流和吸附，钻孔松动爆破本质上的作用是使煤层的孔隙或裂隙增大，从而使煤层与瓦斯的接触面积也即吸附面积增加，从而提升吸附比例而降低游离态的瓦斯量。从而降低瓦斯压力；煤层注水的方式本质上主要是降低煤层温度，使瓦斯分子动能降低，从而减少游离态的瓦斯量。采取了前二种技术措施，本质上是临时降低了煤矿中的瓦斯压力，一旦相关的条件成就，瓦斯压力将恢复到原有水平，显然前述的钻孔松动爆破和煤层注水的技术措施并不能从根本上解决问题，同时费时费力，周期长，影响矿山生产效率。近年来也有学者提出过对煤层施加高频交变磁场，通过高频交变磁场的作用来改变瓦斯在煤层上的吸附状态，使得抽放时有较多的瓦斯处于游离状态从而被抽走，以提高瓦斯的抽排效率，但这种方法仅停留在学术研究的层面上，未见有好的具体可实施的技术方案出现，显然现有技术有进一步改进的必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高煤矿瓦斯抽放效率的方法及其设备，以克服现有技术存在的问题。

本发明的一种提高煤矿瓦斯抽放效率的方法，包括向煤层钻挖瓦斯排放孔以及通过高频交变磁场发生器向煤层施加高频交变磁场，其特征在于在将高频交变磁场发生器制成管状，并完全封闭在电绝缘结构管中，将管状的高频交变磁场发生器置放在所述瓦斯排放孔中。

作为优选，所述向煤层钻挖的瓦斯排放孔有若干个，若干个高频交变磁场发生器相互间隔交错插入在瓦斯排放孔中。

作为进一步优选，所述高频交变磁场发生器采用安全电压供电，所述高频交变磁场发生器产生的交变磁场的交变频率为0.5～8MHz。这样供电电压与煤矿井下供电体系相适配同时有较高的安全性。而交变磁场的交变频率限定在0.5～8MHz范围内，有较好的作用效果。

本发明的一种高频交变磁场发生器，包括高频电源、调频控制单元和电磁线圈，所述调频控制单元控制高频电源输出的电源频率，所述高频电源的输出接至电磁线圈，所述高频电源、调频控制单元和电磁线圈均封装在电绝缘结构管中。

作为优选，本发明的高频交变磁场发生器的输入电压为安全电压。

电磁场的幅频特性与瓦斯解析相关，煤层瓦斯经高频交变磁场作用，将提升游离态的瓦斯量而降低瓦斯在煤层上的吸附比例在理论研究上已早有定论，这是通过电磁场对煤层进行改性从而达到提高瓦斯抽放率的目的理论基础，在工程上主要存在的问题是交变磁场如何作用于煤层？显然从作业面着手需要大型的设备，投入成本高，而且交变磁场还难以作用于深层煤层，从而难以达到较好的效果，另外现场配合以及设备的安装和拆卸将极大影响正常的生产，造成生产周期拉长。使用本发明的设备，采用本发明的瓦斯抽放方法，一是设备小巧成本低，最为重要的是安装简单，只要作业面的瓦斯压力达到标准值就可正常生产，高频交变磁场发生器采用安全电压供电，一方面与煤矿现场供电系统电压吻合，更为重要的是将有效防止供电电路破损短路形成火花点燃瓦斯，是提高安全性的一种措施，国家标准《安全电压》规定我国安全电压额定值包括42V、36V、24V、12V等，依前所述，显然本发明的目的得以实现。

附图说明