[发明专利]煤矿井下瓦斯燃烧后注热煤层强化抽采的闭环系统及方法

说明书

本发明公开了一种煤矿井下瓦斯燃烧后注热煤层强化抽采的闭环系统及方法，适用于煤矿瓦斯抽采。包括瓦斯供应系统、注热系统和混合气发生器，其中瓦斯供应系统与混合气发生器输入端连接，注热系统与混合气发生器输出系统连接；通过将混合气发生器布置在煤矿井下，利用抽采瓦斯作为燃料燃烧产生尾气，并与水换热产生水蒸气，尾气与水蒸气注入到煤层中，实现煤层中瓦斯脱附，并在压力作用下渗流运移；高温高压压裂在煤层中形成裂隙网络提高瓦斯抽采，所有步骤形成封闭式的正向循环利用，将瓦斯转换为CO₂，降低或消除了煤与瓦斯突出的风险，减少了对大气温室效应的影响。

技术领域

本发明涉及一种煤层强化抽采的闭环系统及方法，尤其适用于煤矿瓦斯抽采使用的一种煤矿井下瓦斯燃烧后注热煤层强化抽采的闭环系统及方法。

背景技术

目前，常采用的瓦斯抽采方法主要有：水力压裂、深孔爆破、水力割缝、保护层开采，但是这些技术应用起来存在一些缺陷，例如：水力压裂容易造成水锁现象，堵塞瓦斯运移的通道；深孔爆破送药困难；水力割缝在软煤层应用效果较差，而且因排渣问题，不适用于向下打的钻孔；保护层开采不适应在单一煤层开采。因此，开发应用范围更广的煤层增透方法以解决低透气煤层瓦斯抽采困难的问题尤为重要。一些学者研究了温度对瓦斯吸附解吸的影响，认为温度的升高能显著促进瓦斯解吸，温度引发的热应力有助于煤层孔裂隙的产生，而煤矿井下因为有瓦斯的存在对防爆要求尤其高，至今未见有适用于井下作业的高温气体发生器；从地面产生高温气体通过管道输送至井下的方式因铺设管道过长，成本高企，沿程热损失大，目前也未见采用。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种煤矿井下瓦斯燃烧后注热煤层强化抽采的闭环系统及方法，其步骤简单，使用方便，体积小便于移动，且使用安全可靠，无需额外能源即可促进煤层进一步解吸瓦斯，整个系统成闭环运行，从而解决瓦斯抽采难题，以及减轻煤炭开采中排放温室气体对大气的不良影响。

为解决上述技术问题，本发明煤矿井下瓦斯燃烧后注热煤层强化抽采的闭环系统，包括瓦斯供应系统、注热系统和混合气发生器，其中瓦斯供应系统与混合气发生器输入端连接，注热系统与混合气发生器输出系统连接；瓦斯供应系统包括预设在煤层中抽放钻孔内的多根抽采支管，多根抽采支管通过抽采管相互连接后与瓦斯抽采泵站连接，瓦斯抽采泵站通过瓦斯进气管道连接有稳压罐，稳压罐通过瓦斯进气管道与混合气发生器连接，混合气发生器连接有补水用的注水泵，注热系统包括混合气发生器的出口连接的混合气保温管，混合气保温管输出的混合气体通过混合气保温管连接有增压泵，增压泵通过注热管将混合气体通过预设在注热钻孔中的多根注热管注入煤层；所述的混合气发生器包括燃烧装置以及通过注水泵自动补水的蒸汽产生装置，其中燃烧装置设置在蒸汽产生装置内，其中燃烧装置包括燃烧腔体，所述燃烧腔为蛇形结构，蛇形结构上设有散热结构，蛇形结构的燃烧腔起始端位于蛇形结构底部的一端，燃烧腔的尾部设置在位于蛇形结构上方的一端，其中燃烧腔起始端上设有将抽采的瓦斯进行混合喷射燃烧的燃烧喷嘴，燃烧喷嘴端部设置在燃烧腔起始端，尾部设有甲烷进气接头和压缩空气进气接头，甲烷进气接头与稳压罐连接，压缩空气进气接头与压缩空气管道连接，燃烧喷嘴内设有点火器，燃烧腔的尾部通过尾气排放管与设置在蒸汽产生装置上的蒸汽输出管通过混合器混合后向混合气保温管输出混合器。

进一步，燃烧装置的蛇形燃烧腔具体为S形结构，S形结构底部左侧为起始部分，起始部分的燃烧腔上间隔设有多个散热鳍片以扩大燃烧的散热效率，从而对设置在燃烧装置外侧的蒸汽产生装置中的水进行加热，同时降低燃烧燃烧气体的温度，之后燃烧产生的尾气通过多根水平设置的回程管连接有烟箱，烟箱另一端同样通过多根水平设置的回程管连接另一烟箱，另一个烟箱通过排气管将降温后的尾气输送到混合器中，汽产生装置内的水通过S形结构的燃烧腔迅速加热直至达到蒸汽临界点，通过蒸汽管道将蒸汽输送到混合器中与降温后的燃烧尾气进行混合，再通过混合气保温管输出。