[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

说明书

本发明公开了一种煤层二次注液提高瓦斯抽采效果的装置及方法，包括钻孔、封孔装置、水箱、注液泵以及气‑水分离装置，钻孔内由上到下依次布置有测压管、抽采管和注液管；在原有的瓦斯抽采钻孔的基础上进行二次注液，通过向水箱内的水中添加疏水性表面活性剂溶液，利用注液泵将表面活性剂溶液注入钻孔内部，待表面活性剂溶液在煤体孔隙‑裂隙中进行充分渗透，煤层水锁效应得以消除，打开抽采管上的抽采阀门，将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，通过利用表面活性剂分子作用机制消除因毛细管作用引起的“水锁效应”，毛细管力由阻力转变为动力，促进瓦斯的运移和解吸，进而提高了煤层瓦斯抽采效果。

技术领域

本发明专利涉及一种煤层瓦斯抽采装置及方法，具体为一种煤层二次注液提高瓦斯抽采效果的装置及方法。

背景技术

煤层瓦斯抽采是防治瓦斯超限和煤与瓦斯突出(突出)的重要手段之一。加强瓦斯抽采治理效果，实现煤矿瓦斯抽采达标，对遏制煤矿瓦斯事故的发生起着至关重要的作用。同时，煤层瓦斯是一种清洁、高效的能源，且储量大，可作为我国能源结构中的重要补充。

煤自身具有较高表面自由能和亲水性的特性，在钻孔施工过程中，水通过钻孔进入煤体后，在毛细管作用下产生“水锁效应”，抑制了吸附态瓦斯的解吸和游离态瓦斯在孔隙中的运移。在抽采过程中需要额外克服毛细管作用引起的阻力，尤其对于低渗的高瓦斯或突出煤层，水锁损害使得瓦斯抽采率降低、抽采量减少。因此，亟待需要采取减小毛细管力、降低阻力等相关措施，缓解或消除煤层水锁损害，进而对因水锁损害而封存在煤孔隙-裂隙中的瓦斯进行再次抽采和利用，提高瓦斯抽采效率。

发明内容

针对现有瓦斯抽采过程中由于水锁损害导致的抽采难度增加，致使瓦斯抽采效率降低等问题，本发明提供了一种煤层二次注液提高瓦斯抽采效果的装置及方法，通过向水箱内的水中添加疏水性表面活性剂溶液，在原有的瓦斯抽采钻孔的基础上进行二次注液，改变煤体表面润湿性，缓解或消除煤层水锁损害，在进行二次抽采过程中，毛细管力由阻力转变为动力，促进瓦斯的运移和解吸，进而提高了煤层瓦斯抽采效果。

为解决上述问题，本发明提供了如下的技术方案：

本方案提供的一种煤层二次注液提高瓦斯抽采效果的装置，包括钻孔、封孔装置、水箱、注液泵以及气-水分离装置，钻孔内由上到下依次布置有测压管、抽采管和注液管；其中在钻孔外侧的测压管上由前到后依次安装测压阀门、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。

所述钻孔是进行瓦斯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、注浆或者聚氨酯等封孔材料。

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。

优选地，所述压力表是用来对钻孔内部水或瓦斯的压力变化情况进行实时监测。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。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。

所述抽采管位于测压管的下方，主要用于二次注液后的瓦斯抽采工作，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；注液管位于抽采管的下方，其主要用于煤层二次注液工作，将添加有表面活性剂的溶液经注液管注入煤体钻孔内部；在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。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经注液泵增压注入钻孔内。