[发明专利]一种利用微波提高煤层气解吸效率的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿安全生产技术领域，是涉及提高煤层气解吸效率的装置及方法，特别是涉及一种利用微波提高煤层气解吸效率的装置及方法。

背景技术

随着我国煤矿资源开采逐渐向深部发展，煤体内瓦斯含量逐渐增加，煤体渗透性能和瓦斯解吸能力降低，造成瓦斯抽放难度急剧增大，积聚在煤层中的煤层气严重影响煤矿安全生产。

为了合理的进行瓦斯抽放，目前多采用钻孔、水里压裂等常规方法。增加煤层钻孔的数量和密度，可一定程度上提高瓦斯抽放量；采用水力压裂措施，增加煤体裂隙，也可增强煤体渗透性能。以上方法是通过破坏煤体结构，增加煤体裂隙数量或裂隙宽度的方式，以达到增加煤体渗透性的目的，不但成本高，增渗效果也难以达到预期的目的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用微波提高煤层气解吸效率的装置及方法，其将产生的微波作用于煤体，并具有三轴加载功能，模拟了煤体应力状态及气体的吸附解吸过程，获得微波作用下煤层气解吸规律，为煤层气的有效抽放和综合利用提供参考数据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用微波提高煤层气解吸效率的装置，包括微波激励煤层气解吸渗流实验装置和煤岩三轴加压吸附解吸系统；煤岩三轴加压吸附解吸系统由第一、第二、第三调压阀、甲烷气瓶、加载气瓶、围压压力表、轴压压力表、孔隙压压力表、阀门、流量计及温控表组成；微波激励煤层气解吸渗流实验装置的上压头进气孔与甲烷气瓶相连通，在上压头进气孔与甲烷气瓶之间设置有第一调压阀和孔隙压压力表；加载气瓶与多通阀门相连，多通阀门与第一、第二支路相连通，第一支路与微波激励煤层气解吸渗流实验装置的上压盖贯通孔相连通，在第一支路上设置有第二调压阀和围压压力表；第二支路与微波激励煤层气解吸渗流实验装置的下压盖贯通孔相连通，在第二支路上设置有第三调压阀和轴压压力表；微波激励煤层气解吸渗流实验装置的下压头出气孔与流量支路的一端相连通，在流量支路上设置有阀门和流量计；微波激励煤层气解吸渗流实验装置的温度传感器与温控表相连，温控表与微波激励煤层气解吸渗流实验装置的控制器相连。

所述微波激励煤层气解吸渗流实验装置，包括三轴加压装置和微波发生装置，三轴加压装置由上、下压盖、筒体、活塞、挡板及上、下压头组成，微波发生装置由微波天线、波导管、谐振腔、磁控管及控制器组成，上、下压盖分别设置在筒体的上、下部，在上、下压盖的底面上分别设置有上、下压盖贯通孔，在下压盖内部设置有活塞，在活塞上方的下压盖或筒体的内侧壁上固定有挡板，在下压盖内部设置有穿过挡板的下压头，在下压头的底部设置有下压头第一凸起，下压头第一凸起的外端设置在下压盖的外部，在下压头及下压头第一凸起的内部设置有贯通的下压头出气孔和下压头贯通孔，在下压头贯通孔内设置有温度传感器；在筒体内侧壁上设置有微波天线，在筒体内设置有上压头，在上压头的顶部设置有上压头第一凸起，上压头第一凸起的外端设置在上压盖外部，在上压头及上压头第一凸起的内部设置有贯通的上压头进气孔；在筒体外部设置有波导管、谐振腔、磁控管及控制器，谐振腔的一端与磁控管相连，另一端与波导管相连，磁控管与控制器相连，微波天线的一端设置在波导管内；在上、下压头之间设置有煤体，在煤体、上压头及下压头的外部设置有热缩管，下压头贯通孔与煤体的内部相连通，温度传感器的感温部分设置在煤体的内部。

所述第一调压阀设置在甲烷气瓶与孔隙压压力表之间。

所述第二调压阀设置在多通阀门与围压压力表之间。

所述第三调压阀设置在多通阀门与轴压压力表之间。

一种利用微波提高煤层气解吸效率的方法，采用利用微波提高煤层气解吸效率的装置，包括如下步骤：

步骤一：进行吸附实验；

打开多通阀门与第一、第二支路相连通的阀门，调整第三调压阀给煤体施加初始轴压，调整第二调压阀给煤体施加初始围压，调整第一调压阀，给煤体施加初始孔隙压，孔隙压压力值稳定后保持十二小时以上，使煤体对甲烷气体进行充分吸附，接通温控表电源，记录此时由温度传感器测得的煤体内部温度值；

步骤二：进行微波激励解吸实验；

关闭第一、第二、第三调压阀，设定温控表的初始温度值，即当温控表达到初始温度值时，温控表自动切断控制器电源；设定控制器的输出功率，接通控制器电源，当煤体内部的温度值达到温控表的初始温度值时，开启阀门，通过流量计记录单位时间内输出的甲烷气体体积，直至无气体输出，解吸过程结束，关闭第一、第二、第三调压阀和阀门，关闭温控表、控制器及磁控管的电源；

步骤三：重复步骤一、二，并在过程中改变控制器的输出功率；