[发明专利]一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备与抽采方法

说明书

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，尤其涉及一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备与抽采方法。

背景技术

我国含瓦斯煤层普遍具有“两低一高”的特点，即煤层瓦斯压力较低，煤层的透气性较低，煤层对瓦斯的吸附能力较高，这就造成了煤矿井下瓦斯治理困难和煤层瓦斯抽采效率低。目前，煤层注水防治煤与瓦斯突出和高压水力压裂提高煤层透气性的技术正在诸多矿山得到广泛应用。煤中水的存在对瓦斯吸附量影响较大，水分子与煤表面的作用力比甲烷分子更强，煤层注水后可使煤裂隙中的瓦斯被驱替出来，水分子也可置换处于吸附状态的甲烷分子，但煤层中的水进入煤层裂隙、孔隙后，同时也会封堵瓦斯运移的通道。因此，在煤层水力压裂瓦斯抽采过程中，不仅要压裂煤体增大煤层透气性，还要考虑将煤体中的瓦斯逐级驱替出来。以往的煤体压裂抽采设备大多只考虑了致裂增透，而没有考虑对煤体中瓦斯的逐级驱替作用，瓦斯抽采效率较低。因此，需要一种基于轮替思想的煤体内瓦斯分级驱替设备和方法，实现对煤体中的瓦斯轮替抽采，同时避免水力压裂煤体后水进入煤层裂隙、孔隙封堵瓦斯运移通道的弊端，从而提高瓦斯抽采效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有瓦斯抽采技术的不足，提供一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备与抽采方法，实现对煤岩体中瓦斯轮替抽采，提高瓦斯抽采效率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备，包括密封腔体、加载机构、瓦斯供给与控制系统、瓦斯轮替与控制系统、瓦斯流量动态监测系统及数据采集计算机；所述密封腔体上端的腔体密封盖中心有一圆孔，加载柱从圆孔穿过对密封腔体内部煤岩体施加荷载；所述瓦斯轮替与控制系统包括负压抽采子系统和致裂驱替子系统，负压抽采子系统包括瓦斯抽采泵，致裂驱替子系统包括高压水泵、充气罐和致裂驱替筛管，高压水泵、充气罐和瓦斯抽采泵通过管路与插入煤岩体内部的不同长度致裂驱替筛管连接；所述瓦斯供给与控制系统、瓦斯流量动态监测系统分别和充气管路及抽采管路相连。

所述密封腔体为在一圆墩中间挖一圆柱形腔体，密封腔体与腔体密封盖通过螺栓连接，所述腔体密封盖内圈镶嵌有O型密封圈。

所述腔体密封盖上竖向插有多个长短相间的致裂驱替筛管，所述致裂驱替筛管从腔体密封盖穿过插入密封腔体内部煤岩体，且致裂驱替筛管与腔体密封盖通过密封装置和胶垫密封。

所述致裂驱替筛管为中空末端封闭的不锈钢管，上部穿过腔体密封盖与外部管路连接，下部插入密封腔体内部的煤岩体中；所述致裂驱替筛管分长、短两种，长致裂驱替筛管可插至密封腔体底部，且插入煤岩体的下半段有多个不同方向的横向通孔，短致裂驱替筛管可插至密封腔体中部，且插入煤岩体部分有多个不同方向的横向通孔。

所述瓦斯轮替与控制系统包括负压抽采子系统和致裂驱替子系统，所述负压抽采子系统包括瓦斯抽采泵，瓦斯抽采泵通过抽采管路与致裂驱替筛管上端接口连接，抽采管路上设有放气管路开关、数控气体流量计和气压表，且抽采管路末端设有多个抽采管路接头；所述致裂驱替子系统包括高压水泵、充气罐和致裂驱替筛管，所述高压水泵一端与水箱连接，另一端通过充水管路与致裂驱替筛管上端接口连接，所述充水管路上设有充水管路开关、水压表、充水流量计，且充水管路末端设有多个充水管路接头；所述充气罐一端连接驱替气体钢瓶，另一端通过充气管路与致裂驱替筛管上端接口连接，且充气管路末端设有多个驱替气体管路接头。

所述加载机构包括加载柱和位于密封腔体内的加载头，所述加载柱从腔体密封盖中间圆孔穿过，腔体密封盖与加载柱连接处有回弹性很好的XY型密封圈和O型密封圈，XY型密封圈在O型密封圈之上，所述加载柱侧面有刻度，加载过程中可测出加载柱下降的位移，且加载柱中心有一输气孔，输气孔下端接有一个短抽采管，上端通过加载柱侧面的出气孔与抽采管路接头连接；所述加载头为多孔圆盘，与密封腔体内壁滑动连接，致裂驱替筛管可穿过加载头穿孔插入煤岩体，加载头中心与加载柱下端直接接触。

所述密封腔体内壁瓦斯进气口处装有组合金属筛网。

所述瓦斯流量动态监测系统由数控气体流量计和流量动态监测软件组成。

基于轮替思想的瓦斯抽采方法，包括如下步骤：

a、筛管安装：向密封腔体内装入适量煤岩体，加载头压在煤岩体上方，致裂驱替筛管接到腔体密封盖上，将腔体密封盖盖在密封腔体上，使致裂驱替筛管穿过加载头插入煤岩体内。