[发明专利]一种湿热注水驱替和抽采煤层瓦斯的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种湿热注水驱替和抽采煤层瓦斯的装置及方法，尤其适用于低透气性煤层或者煤层在抽采一段时间后瓦斯含量居高不下的情况，可以快速实现降低抽采区域煤层瓦斯含量、短时间内达到消突目的。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿的最严重的灾害之一，煤与瓦斯突出主要是由于地应力突然破碎煤体，瓦斯内能的突然释放的结果。煤体属多孔结构碎性物体，瓦斯分子以吸附状态和游离状态存在于煤的孔隙和裂隙之中，实践证明，随着煤体水份增多，煤的弹性下降，塑性增强，瓦斯放散初速度△P下降，当水份达到4%以上时，煤层就失去突出危险性。因此，对突出煤层进行注水是提高煤体抗破坏能力，降低瓦斯释放速度，消除煤与瓦斯突出的有效措施。水对煤层中瓦斯主要有五个方面的作用：1、驱替作用，煤对水、二氧化碳、瓦斯、氮气等物质都有一定的吸附作用，但吸附能力最强的是水，其次是二氧化碳，再次是瓦斯，所以水对瓦斯具有驱替作用，高温水加速了瓦斯解吸，使驱替效率更加提高。2、水对瓦斯的溶解作用，试验证明，水在高压条件下，能溶解部分瓦斯；3、降低了瓦斯释放速度，随着水温不断向周围煤层扩散，煤体温度下降，残余瓦斯压力降低，瓦斯释放速度降低等；4、增加了煤体塑性，提高了煤体抵抗突然破坏的能力；5、降低煤尘飞扬，湿润的煤体破碎后因水的粘结作用，不易飞扬在空气中，从而达到降尘的目的。

煤与瓦斯突出防治规定要求：“区域防突措施优先，局部防突措施补充”，区域措施无论用什么方法，都离不开对煤层进行打钻实施瓦斯抽采。突出煤层基本上都属难抽放煤层，抽采影响半径小，抽采效率低。当煤层瓦斯抽到一定程度后，既钻孔内没有瓦斯或瓦斯流量极小时，将部分抽采钻孔进行高压注高温水、过热水作业，由于温度的每升高1℃，煤层瓦斯吸附能力就降低8%，因此，当温度升高时，吸附在煤体孔隙壁上的瓦斯分子获得内能，快速解吸，变成游离瓦斯，在压差和渗流的作用下，加速注水孔附近抽采孔的瓦斯抽采。

发明内容

本发明的目的是在已有的煤层注水卸压增透措施的基础上，增加了一种耐高压防爆加热装置，实现了不同压力和不同温度注水驱替煤层瓦斯，形成了手动加压和自动控制水温为一体的湿热注水驱替和抽采煤层瓦斯的装置及方法，效果显著、实用性强。

为实现上述目的，本发明提供了一种湿热注水驱替和抽采煤层瓦斯的装置,其特征在于：它包括高低压注水装置、耐高压防爆加热装置、瓦斯抽采装置，所述高低压注水装置包括蓄水箱、通过高压水管与蓄水箱连接的高压水泵、驱动高压水泵的水泵电机，高压水泵上设有卸压阀，所述耐高压防爆加热装置包括设置在防爆外壳内的互相分隔开的陶瓷石棉充填物和控制线路板，加热模块设置在所述陶瓷石棉充填物内，所述加热模块通过快速接头与高压水泵出水端连接，加热模块的进水口处设有脉冲信号流量计，加热模块上设有温度计，该脉冲信号流量计和温度计与控制线路板连接，控制线路板通过主电源线与电源连接，并通过控制电缆控制加热模块的档位，瓦斯抽采装置包括抽采主管、连接在该抽采主管上的至少二根抽采软管和伸入瓦斯抽采钻孔内的抽采支管，所述加热模块的出水端和所述瓦斯抽采装置的抽采软管分别与该抽采支管连接。

优选地，所述的高压水管上设有物理流量计。

优选地，所述的加热模块包括铸造模块金属壳、设置在铸造模块金属壳内的至少一个S型水管、用于加热铸造模块金属壳和水管的加热丝和氧化镁。

优选地，所述的防爆外壳与加热模块的进水管、控制电缆、主电源线的连接处分别设有硅胶密封圈和螺丝密封。

本发明还提供了一种湿热注水驱替和抽采煤层瓦斯的方法，采用所述的湿热注水驱替和抽采煤层瓦斯的装置，包括如下步骤：

a、在岩层上施工至少3个钻孔或者利用已有的3个瓦斯抽采钻孔，穿过煤层，连接高压水管、抽采软管和抽采支管，并封堵好瓦斯抽采钻孔，准备瓦斯抽采；

b、蓄水箱的水通过高压管路与高压水泵相连，经过高压水泵加压，卸压阀可以手动调节注水压力，高压水再通过高压管路进入到耐高压防爆加热装置中，通过加热模块进行加热，控制线路板可以调节加热水温，若无水进入加热模块时，可以实现自动停止加热；