[发明专利]一种井下注热改造煤层物理特性的装置及方法

权利要求书

1.一种井下注热改造煤层物理特性的装置，其特征在于：所述井下注热改造煤层物理特性的装置包括：煤矿中性水净化-软化器(1)、高压水泵(2)、电加热器(3)、封孔管(4)，所述煤矿中性水净化-软化器(1)通过管路(5)与所述高压水泵(2)连接，所述高压水泵(2)通过高压管路(6)与所述电加热器(3)连接，所述电加热器(3)通过注热管路(7)与所述封孔管(4)连接，所述封孔管(4)设置在煤层(9)的注热钻孔(8)中。

2.根据权利要求1所述的井下注热改造煤层物理特性的装置，其特征在于：所述电加热器(3)承受压力为50±5MPa，所述电加热器(3)输出的水蒸气或过热水温度为150～300℃。

3.根据权利要求1所述的井下注热改造煤层物理特性的装置，其特征在于：所述高压水泵(2)，电加热器(3)，注热管路(7)在300℃高温条件下的额定压力为30MPa。

4.根据权利要求1所述的井下注热改造煤层物理特性的装置，其特征在于：所述电加热器(3)通过注热管路(7)向所述封孔管(4)注水压力与注水量，依据煤层埋深确定，它们之间的数学关系式为：

Q＝P×[Exp(-H)×L]×log(L/D)/A，

其中：Q为单位时间的注水量，P为过热水或蒸汽压力，H为煤层埋深，A为系数，L为钻孔的裸孔长度或筛管长度，D为钻孔的直径。

5.根据权利要求1所述的井下注热改造煤层物理特性的装置，其特征在于：所述高压水泵(2)为矿用柱塞泵。

6.根据权利要求1所述的井下注热改造煤层物理特性的装置，其特征在于：所述注热管路(7)为耐高压、高温的管路。

7.采用权利要求1所述装置的一种井下注热改造煤层物理特性的方法，其特征在于：具体步骤如下：

①在煤巷中较为宽敞的部位，沿巷道壁依次布置：煤矿中性水净化-软化器(1)、高压水泵(2)、电加热器(3)，在煤层(9)中施工注热钻孔(8)，在注热钻孔(8)中设置封孔管(4)；

②采用管路(5)将煤矿中性水净化-软化器(1)与高压水泵(2)连接，采用高压管路(6)将高压水泵(2)与电加热器(3)连接，采用注热管路(7)将电加热器(3)与封孔管(4)连接；

③启动高压水泵(2)，根据公式Q＝P×[Exp(-H)×L]×log(L/D)/A，确定注水量与注水压力之间的关系；

④利用高压水泵(2)将水注满电加热器(3)、封孔管(4)，并维持1MPa低压状态；

⑤启动电加热器(3)，根据水温度逐步升高注水压力，直至水温达到150～300℃，压力达到15～50MPa，控制高压水泵，达到恒压工作；

⑥每隔8小时，从煤层(9)中取样，进行力学强度检测，达到要求时停止注热。