[发明专利]一种煤矿井下注液氮增透瓦斯抽采系统

说明书

本发明公开了一种煤矿井下注液氮增透瓦斯抽采系统，包括液氮注入系统、氮气‑甲烷抽采系统、氮气甲烷分离系统、氮气净化系统和氮气液化循环系统。本该煤矿井下注液氮增透瓦斯抽采系统最实现了对煤层进行液氮注入致裂及氮气甲烷抽采、分离、氮气液化注入的过程，有效减少注氮设备体积，提供注氮增透技术下的瓦斯抽采方法，提高抽采浓度率，且有效减少液氮损失，减少注氮增透技术措施的成本，节约资源，减少从地面向井下运输液氮的次数，节约物力人力。

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体为一种煤矿井下注液氮增透瓦斯抽采系统。

背景技术

我国是一个煤炭资源大国，也是煤炭消费大国，随着开采活动的进行，煤炭资源的深部开采已经成为新常态，而深部埋藏煤层瓦斯赋存丰富，同时瓦斯灾害也更加严重。为有效防止瓦斯灾害，提高瓦斯利用率，先抽后采越来越多作为有效的防突措施在煤矿应用。

先抽后采的防突措施中，煤层增透措施是提高抽采效率的关键技术。液氮压裂增透技术在近几年开始得到国内外页岩气以及煤炭开采领域的重视。氮气在液态时具有极低的温度(-196℃)，对环境无污染，容易制备且成本低廉。将液氮注入煤体的过程中，液氮气化体积急剧膨胀(1m³的液氮气化后在21℃体积达696m³)，产生巨大膨胀力使煤层裂隙发育，形成液氮对煤的气化高压致裂带。当大量氮气进入煤体微观结构内，由于与原煤体吸附的甲烷形成极高的浓度差，对甲烷形成驱赶置换作用，从而增加瓦斯抽采效率。目前国内已出现一些用于煤矿井下的液氮注入设备及系统，但液氮增透煤层后液氮-瓦斯混合气体的抽采系统很少出现；现有的井下液氮注入系统大多针对煤体的液氮注入增透技术进行设计，没有对注入液氮后形成的瓦斯-氮气混合气体的抽采环节进行设计。原有技术由于对煤体进行注氮，势必会造成抽采环节中瓦斯浓度急剧下降，氮气含量偏高，抽采出的瓦斯-氮气混合气体失去原有的利用价值。同时原有系统在注氮操作中由于氮气的损失量大，需要不断补充大量液氮，造成设备液氮储罐体积过大占用巷道空间和原材料运输不便等问题，针对上述问题，因此提出一种煤矿井下注液氮增透瓦斯抽采系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下注液氮增透瓦斯抽采系统，具有减小了设备体积，提高了瓦斯的利用率，减少可液氮损失，节约了资源和成本的优点，解决了现有技术中体积庞大，成本高，液氮损失高，瓦斯抽采浓度低，浪费了资源等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤矿井下注液氮增透瓦斯抽采系统，包括液氮注入系统、氮气-甲烷抽采系统、氮气甲烷分离系统、氮气净化系统和氮气液化循环系统，所述液氮注入系统由液氮储罐、空气压缩机、中程注氮增压制冷缓冲箱、注氮泵车和注氮管路组成，氮气-甲烷抽采系统由抽采管路和抽采泵车组成，氮气甲烷分离系统由氮气甲烷分离器、氮气分离真空泵和甲烷分离真空泵组成，氮气净化系统由氮气净化器构成，氮气液化循环系统由一级压缩泵、一级制冷泵、二级压缩泵、二级制冷泵、膨胀器和超低温导热肋板组成；所述液氮储罐、中程注氮增压制冷缓冲箱和注氮管路依次密封连接，中程注氮增压制冷缓冲箱与空气压缩机的输出端密封连接，注氮管路与注氮泵车的输出端密封连接；所述注氮管路和抽采管路的前端均有煤层，注氮管路前端煤层内开有注氮孔，注氮孔的输入端设有注氮孔封孔器，注氮管路的前端与注氮孔封孔器紧固密封连接；所述氮气净化器的输出端依次接一级压缩泵、一级制冷泵、二级压缩泵、二级制冷泵和膨胀器与超低温导热肋板连接，超低温导热肋板与液氮储罐的输入端密封连接；所述氮气净化器的输入端接氮气-甲烷分离器的输出端，氮气甲烷分离器的右腔体输出端接氮气分离真空泵，氮气甲烷分离器的左腔体输出端接甲烷分离真空泵，甲烷分离真空泵的输出端接有甲烷收集箱体；所述抽采管路输出端接氮气甲烷分离器，抽采管路前端的煤层内开有抽采孔，抽采孔的出口端设有抽采钻孔封孔器，抽采管路的前端与抽采钻孔封孔器紧固密封连接，抽采管路与抽采泵车密封连接。

优选的，所述氮气甲烷分离器内安装有甲烷优先渗透膜。