一种煤矿井下注液氮增透瓦斯抽采系统技术方案

本发明专利技术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。

A liquid nitrogen enhanced gas drainage system for underground injection in coal mines

The invention discloses a gas extraction system with liquid nitrogen injection and permeability enhancement in underground coal mine, which includes liquid nitrogen injection system, nitrogen methane extraction system, nitrogen Methane Separation system, nitrogen purification system and nitrogen liquefaction cycle system. The underground gas extraction system by injecting liquid nitrogen to enhance permeability has realized the process of injecting liquid nitrogen into coal seam to cause cracking, extracting, separating and liquefying nitrogen. It can effectively reduce the volume of nitrogen injection equipment, provide gas extraction methods under the technology of injecting nitrogen to increase the extraction concentration rate and effectively reduce the loss of liquid nitrogen. Reduce the cost of technical measures of nitrogen injection and permeability enhancement, save resources, reduce the number of times of transporting liquid nitrogen from the ground to the underground, and save material and manpower.

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下注液氮增透瓦斯抽采系统
本专利技术涉及瓦斯抽采
，具体为一种煤矿井下注液氮增透瓦斯抽采系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术提供如下技术方案：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。优选的，所述液氮储罐与超低温导热肋板的连接端、液氮储罐与中程注氮增压制冷缓冲箱的连接端、中程注氮增压制冷缓冲箱与注氮管路的连接端、氮气净化器与氮气甲烷分离器的连接端、氮气甲烷分离器与甲烷收集箱体的连接端以及氮气甲烷分离器与抽采管路的连接端均接有耐低温阀门。优选的，所述空气压缩机、中程注氮增压制冷缓冲箱、氮气分离真空泵和甲烷分离真空泵上均安装有压力表。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：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，提高瓦斯抽采浓度，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。附图说明图1为本专利技术的系统图。图中：1液氮储罐、2空气压缩机、3中程注氮增压制冷缓冲箱、4注氮泵车、7注氮管路、8煤层、6注氮孔、5注氮孔封孔器、9抽采孔、10抽采钻孔封孔器、11抽采管路、12抽采泵车、13氮气甲烷分离器、14氮气分离真空泵、15甲烷分离真空泵、16氮气净化器、17一级压缩泵、18一级制冷泵、19二级压缩泵、20二级制冷泵、21膨胀器、22超低温导热肋板、23甲烷收集箱体、24甲烷优先渗透膜、25耐低温阀门、26压力表。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，一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，液氮注入系统由液氮储罐1、空气压缩机2、中程注氮增压制冷缓冲箱3、注氮泵车4和注氮管路7组成，氮气-甲烷抽采系统由抽采管路11和抽采泵车17组成，氮气甲烷分离系统由氮气甲烷分离器13、氮气分离真空泵14和甲烷分离真空泵15组成，氮气甲烷分离器13内安装有甲烷优先渗透膜24，氮气净化系统由氮气净化器16构成，氮气液化循环系统由一级压缩泵12、一级制冷泵18、二级压缩泵19、二级制冷泵20、膨胀器21和超低温导热肋板22组成；液氮储罐1、中程注氮增压制冷缓冲箱3和注氮管路7依次密封连接，中程注氮增压制冷缓冲箱3与空气压缩机2的输出端密封连接，注氮管路7与注氮泵车4的输出端密封连接；注氮管路7和抽采管路11的前端均有煤层8，注氮管路7前端煤层内开有注氮孔6，注氮孔6的输入端设有注氮孔封孔器5，注氮管路7的前端与注氮孔封孔器5紧固密封连接；氮气净化器16的输入端依次接一级压缩泵12、一级制冷泵18、二级压缩泵19、二级制冷泵20和膨胀器21与超低温导热肋板22连接，超低温导热肋板22与液氮储罐1的输入端密封连接；氮气净化器16的输入端接氮气-甲烷分离器13的输出端，氮气甲烷分离器13的右腔体输出端接氮气分离真空泵14，氮气-甲烷分离器13的左腔体输出端接甲烷分离真空泵15，甲烷分离真空泵15的输出端接有甲烷收集箱体23；抽采管路6输出端接氮气甲烷分离器8，抽采管路11前端的煤层8内开有抽采孔9，抽采孔9的出口端设有抽采钻孔封孔器10，抽采管路11的前端与抽采钻孔封孔器10紧固密封连接，抽采管路11与抽采泵车17密封连接；氮气甲烷分离器13的接甲烷分离真空泵15，甲烷分离真空泵15的输出端接有甲烷收集箱体23，液氮储罐1与超低温导热肋板22的连接端、液氮储罐1与中程注氮增压制冷缓冲箱3的连接端、中程注氮增压制冷缓冲箱3与注氮管路7的连接端、氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，其特征在于：所述液氮注入系统由液氮储罐(1)、空气压缩机(2)、中程注氮增压制冷缓冲箱(3)、注氮泵车(4)和注氮管路(7)组成，氮气‑甲烷抽采系统由抽采管路(11)和抽采泵车(17)组成，氮气甲烷分离系统由氮气甲烷分离器(13)、氮气分离真空泵(14)和甲烷分离真空泵(15)组成，氮气净化系统由氮气净化器(16)构成，氮气液化循环系统由一级压缩泵(12)、一级制冷泵(18)、二级压缩泵(19)、二级制冷泵(20)、膨胀器(21)和超低温导热肋板(22)组成；所述液氮储罐(1)、中程注氮增压制冷缓冲箱(3)和注氮管路(7)依次密封连接，中程注氮增压制冷缓冲箱(3)与空气压缩机(2)的输出端密封连接，注氮管路(7)与注氮泵车(4)的输出端密封连接；所述注氮管路(7)和抽采管路(11)的前端均有煤层(8)，注氮管路(7)前端煤层内开有注氮孔(6)，注氮孔(6)的输入端设有注氮孔封孔器(5)，注氮管路(7)的前端与注氮孔封孔器(5)紧固密封连接；所述氮气净化器(16)的输出端依次接一级压缩泵(12)、一级制冷泵(18)、二级压缩泵(19)、二级制冷泵(20)和膨胀器(21)与超低温导热肋板(22)连接，超低温导热肋板(22)与液氮储罐(1)的输入端密封连接；所述氮气净化器(16)的输入端接氮气‑甲烷分离器(13)的输出端，氮气甲烷分离器(13)的右腔体输出端接氮气分离真空泵(14)，氮气甲烷分离器(13)的左腔体输出端接甲烷分离真空泵(15)，甲烷分离真空泵(15)的输出端接有甲烷收集箱体(23)；所述抽采管路(6)输出端接氮气甲烷分离器(8)，抽采管路(11)前端的煤层(8)内开有抽采孔(9)，抽采孔(9)的出口端设有抽采钻孔封孔器(10)，抽采管路(11)的前端与抽采钻孔封孔器(10)紧固密封连接，抽采管路(11)与抽采泵车(17)密封连接。...

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于：所述液氮注入系统由液氮储罐(1)、空气压缩机(2)、中程注氮增压制冷缓冲箱(3)、注氮泵车(4)和注氮管路(7)组成，氮气-甲烷抽采系统由抽采管路(11)和抽采泵车(17)组成，氮气甲烷分离系统由氮气甲烷分离器(13)、氮气分离真空泵(14)和甲烷分离真空泵(15)组成，氮气净化系统由氮气净化器(16)构成，氮气液化循环系统由一级压缩泵(12)、一级制冷泵(18)、二级压缩泵(19)、二级制冷泵(20)、膨胀器(21)和超低温导热肋板(22)组成；所述液氮储罐(1)、中程注氮增压制冷缓冲箱(3)和注氮管路(7)依次密封连接，中程注氮增压制冷缓冲箱(3)与空气压缩机(2)的输出端密封连接，注氮管路(7)与注氮泵车(4)的输出端密封连接；所述注氮管路(7)和抽采管路(11)的前端均有煤层(8)，注氮管路(7)前端煤层内开有注氮孔(6)，注氮孔(6)的输入端设有注氮孔封孔器(5)，注氮管路(7)的前端与注氮孔封孔器(5)紧固密封连接；所述氮气净化器(16)的输出端依次接一级压缩泵(12)、一级制冷泵(18)、二级压缩泵(19)、二级制冷泵(20)和膨胀器(21)与超低温导热肋板(22)连接，超低温导热肋板(22)与液氮储罐(1)的输入端密封连接；所述氮气净化器(16...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海飞，成连华，张一真，严敏，肖鹏，张超，双海清，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61