[实用新型]一种煤矿采空区瓦斯水合回收装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种煤矿采空区瓦斯水合回收装置。属于瓦斯回收领域。

背景技术

瓦斯是成煤母质在煤化过程中形成并自储于煤层中以甲烷为主的气体，是煤矿安全生产的重大隐患。瓦斯的主要成分为甲烷，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对臭氧层的破坏力约为二氧化碳的7倍。在矿井开采过程中，由于采空区瓦斯大量涌入开采空间，导致回采工作面上隅角瓦斯积聚，工作面回风道风流中甚至矿井总回风道瓦斯超限，统计发现，我国2006～2016年间，全国煤矿发生瓦斯事故580起，死亡4578人，其中特别重大事故17起，大部分瓦斯事故都是由于瓦斯浓度超过安全标准引起的。因此，防止瓦斯事故的有效途径是进行瓦斯抽采，瓦斯抽采主要针对邻近层、本煤层及采空区。其中目前采空区瓦斯抽采方法的主要缺点为不能根据实际情况对瓦斯抽采口进行调节，管材耗量大，对施工工艺质量要求较高，且瓦斯抽采效率相对较低。

气体水合物是水与CH₄、C₂H₆、CO₂及H₂S等小分子气体形成的非化学计量性笼状晶体物质，故又称笼形水合物。水合物的主体为水分子，客体为水合物中的其他组分。主体水分子通过形成氢键，进而相连形成多面体笼孔，可填充在这些笼孔中的客体分子尺寸与之相对应，使其具有热力学稳定性，水合物与储存天然气的气体体积比为1:160～1:180，因此水合物法可用于煤矿瓦斯气体的回收与富集，目前煤矿采空区的抽采方法难于将瓦斯回收，使得大量矿井瓦斯被直接排放到大气中，造成了环境的污染和资源的浪费。

实用新型内容

本发明是为了解决现有煤矿采空区瓦斯抽采技术不能根据实际情况对瓦斯抽采口进行调节，管材耗量大，对施工工艺质量要求较高且瓦斯抽采效率低，且难于将瓦斯回收，使得大量矿井瓦斯涌入巷道，一方面造成井下工作巷道瓦斯超限威胁安全生产，另一方面大量瓦斯被通风系统直接排放到大气中，造成了环境的污染的问题。现提供一种煤矿采空区瓦斯水合回收装置。

一种煤矿采空区瓦斯水合回收装置，其特征在于，它包括中层冷凝管、喷头、外层套管、内层压力栓、回流管活栓、内层活栓、中层活栓和内层套管，

内层套管、中层冷凝管、外层套管均为圆柱形管状结构，且由内至外嵌套设置，且两两之间无间隙；

内层套管的内腔设置内层压力栓，内层压力栓与内层套管的首端之间形成密封腔；

内层压力栓的内腔插入回流管活栓，回流管活栓的末端从内层压力栓伸出；中层活栓与中层冷凝管的末端固定连接；内层活栓与内层套管的末端固定连接；

外层套管的首端与钻头连接，在外层套管靠近钻头端的侧壁上设置有气孔，且该气孔为通孔，钻头与内层套管的首端之间的空隙为反应腔；

中层活栓用于带动中层冷凝管在外层套管内抽拉，当中层冷凝管向首端推动时，中层冷凝管遮挡住气孔，当中层冷凝管向末端拉动时，煤壁内瓦斯气通过气孔进入反应腔内，

密闭腔内充有促进剂与防聚剂复配溶液，密闭腔的首端开有喷头，

回流管活栓用于带动内层压力栓将密闭腔内的促进剂与防聚剂复配溶液从喷头挤压进入到反应腔内，与反应腔内的瓦斯气充分接触生成瓦斯水合物浆体，

内层活栓用于推动密闭腔，使瓦斯水合物浆体从回流管活栓的末端排出。

本实用新型的有益效果：

拉动内层压力栓，将内层套管拉向末端，使内层套管的首端与中层冷凝管的首端之间形成反应腔，然后利用真空泵将反应腔内抽真空使反应腔内达到负压的状态，向末端拉动中层活栓，使气孔打开，瓦斯气会在煤壁内压力的作用下涌入反应腔内，此时利用中层活栓，带动中层冷凝管拉伸，煤壁内瓦斯气通过气孔进入反应腔内，然后在将中层冷凝管向首端推动，关闭气孔；推动内层压力栓将密闭腔内的促进剂与防聚剂复配溶液从喷头挤压进入到反应腔内，开启注水孔开关，将冷水通过注水口注入到中层冷凝管中，再推动内层活栓将反应腔加压，观察压力表，在一段时间内封闭腔内的压力会下降，此时，反应腔内处于高压、低温的环境，待封闭腔内的压力趋于稳定后，瓦斯水合物已经最大限度的生成，开启高压密封阀使瓦斯水合物浆体流出回收，迅速回流至低温冷藏罐中，避免瓦斯水合物升温分解。