[发明专利]一种煤层二次注液提高瓦斯抽采效果的装置及方法有效

专利信息
申请号: 202111310821.1 申请日: 2021-11-05
公开(公告)号: CN114016967B 公开(公告)日: 2022-06-03
发明(设计)人: 徐超;杨通;王凯;付强;王逸夫;赵春雨;郭海军;赵伟 申请(专利权)人: 中国矿业大学(北京)
主分类号: E21B43/00 分类号: E21B43/00;E21B43/26;E21B43/34;E21B47/06;E21F7/00;E21F16/00;E21F17/00
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地址: 100083 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 煤层 二次 提高 瓦斯 效果 装置 方法
【权利要求书】:

1.一种煤层二次注液提高瓦斯抽采效果的装置,其特征在于:包括钻孔、测压管、抽采管、注液管、封孔装置、水箱、注液泵以及气-水分离装置,在钻孔外侧的测压管上由前到后依次安装了测压阀门、单向阀、安全阀以及压力表,注液管通过注液阀门连通注液泵和水箱,抽采管利用快速接头与气-水分离装置连通;

所述钻孔是进行煤层抽采钻孔施工过程中完成的,其孔口附近的封孔装置是采用封孔器、注浆或者聚氨酯封孔材料;所述测压管穿过封孔装置,连通巷道与钻孔内部空间,在钻孔外侧的测压管上由前到后依次安装了测压阀门、单向阀、安全阀以及压力表,实现了钻孔注液/瓦斯的测压读数、液体流向和瓦斯压力的稳定以及钻孔封孔效果的维持功能;

所述抽采管位于测压管的下方,主要用于煤层瓦斯初次和二次注液后的抽采工作,其出口处安装有一个瓦斯抽采阀门,用于连通瓦斯抽采管路;所述注液管位于抽采管的下方,用于煤层二次注液工作,其出口处安装有一个注液阀门;

所述水箱底部安装有搅拌装置,将疏水性表面活性剂/气润湿反转剂溶液添加至水箱中,并按照比例进行配比,在搅拌装置的作用下使其充分混合;所述注液泵上方有两个接口,一个连接水箱,另一个与注液管连接,用于将水箱中的表面活性剂溶液注入钻孔内;

所述气-水分离装置安装在抽采管与瓦斯抽采管路之间,在瓦斯抽采过程中将水和瓦斯进行气-液分离,其中瓦斯气体连通抽采管路输送至地面,反排出来的水进入排水管路中。

2.根据权利要求1所述的一种煤层二次注液提高瓦斯抽采效果的装置,其特征在于,所述压力表是用来对钻孔内部注水/瓦斯压力的变化情况进行实时监测;所述安全阀是为了保证钻孔内部注水压力的稳定和封孔效果的良好,防止钻孔内部注水压力过大,使得钻孔附近煤体发生破裂,导致封孔效果下降,通过对安全阀设置安全阈值,当注水压力过大时,安全阀自动打开,将多余的水通过测压管排出,以保证钻孔内部压力的稳定;所述单向阀只允许流体的单向流动,在抽采阶段,钻孔内部压力小于外部大气压,防止抽采过程中空气进入钻孔内部。

3.根据权利要求1所述的一种煤层二次注液提高瓦斯抽采效果的装置,其特征在于,所述气-水分离装置下方安装有一个单向阀,在进行瓦斯抽采过程中是在负压条件下进行的,安装单向阀只允许反排出来的水进入排水管路中,而不能使排水管路中的空气和水流入抽采系统中,以保证抽采系统的正常运转;所述抽采工作所需要的负压是由气-水分离装置下方的抽采管路提供动力的,在负压条件下,将钻孔内抽采出来的瓦斯与水的混合物通过气-水分离装置进行分离,其中瓦斯进入抽采管路,而水则进入排水管路,经过处理后可再次利用,减少水资源的浪费。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种煤层二次注液提高瓦斯抽采效果的装置的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1分别打开安装在测压管和注液管上的测压阀门和注液阀门,关闭抽采管上的抽采阀门;

S2将疏水性表面活性剂/气润湿反转剂溶液添加至水箱内的水中,并打开水箱底部搅拌装置的开关,使其充分混合

S3水箱软管一端插置在水箱底部附近,另一端与注液泵的进液接口进行连接;

S4将泵液管一端与注液泵的出液接口连接,另一端与注液管进口连接;

S5打开注液泵开关,将水箱中的表面活性剂溶液经注液泵注入钻孔内;

S6当压力表读数达到预定目标值或出口处有溶液流出时,表征钻孔内注液压力达到目标压力,注液工作完成,关闭注液泵开关,并依次关闭在注液管和测压管上的注液阀门和测压阀门;

S7将抽采排放管通过快速接头与抽采管进行连接;

S8在溶液自身重力和渗吸作用下,表面活性剂溶液进入煤体内部孔隙-裂隙中,逐渐缓解和消除煤层“水锁效应”,在孔隙中封存的瓦斯进行解吸和运移;

S9待表面活性剂溶液在煤体孔隙-裂隙中进行充分渗透,并消除煤层“水锁效应”,打开抽采管上的抽采阀门,使得抽采管路与钻孔内部连通;

S10抽采出来的瓦斯和水的混合物经过气-水分离装置进行分离,其中瓦斯进入抽采管路,而水则进入排水管路;

S11在负压抽采条件下,随着抽采时间的增加,孔隙中封存的瓦斯和水逐渐运移至钻孔内进入抽采管路,实现了“水锁效应”的消除和瓦斯抽采效果的提高。

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