一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统，该系统包括注气装置、置换驱替罐、真空装置和数据采集装置，置换驱替罐分别与注气装置、真空装置和数据采集系统连接；注气装置包括CH4注气罐和CO2注气罐；置换驱替罐用作以CO2气体置换驱替CH4气体；数据采集装置包括彼此相连接的CO2传感器、CH4传感器、显示屏和控制终端，CO2传感器还与置换驱替罐连接，数据采集装置用作动态监测气体浓度并实时处理数据。本实用新型专利技术的系统结构简单，操作方便，监测自动化程度高。经本实用新型专利技术置换驱替后的瓦斯可以作为清洁能源进一步加以利用，收效值高。

A Coal Seam Replacement Gas Displacement System by CO2 Injection

The utility model discloses a coal seam displacement gas displacement system by CO2 injection, which includes gas injection device, displacement displacement tank, vacuum device and data acquisition device. The displacement displacement tank is connected with gas injection device, vacuum device and data acquisition system respectively; the gas injection device includes CH4 gas injection tank and CO2 gas injection tank; the displacement displacement tank is used to displace CH4 gas by CO2 gas; The acquisition device includes CO2 sensor, CH4 sensor, display screen and control terminal connected with each other. The CO2 sensor is also connected with displacement tank. The data acquisition device is used for dynamic monitoring of gas concentration and real-time processing of data. The system of the utility model has the advantages of simple structure, convenient operation and high automation of monitoring. The gas displaced by the utility model can be further utilized as clean energy with high efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统
本技术属于煤矿安全
，具体涉及一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统。
技术介绍
中国是一个“富煤、少油、贫气”的国家，在今后一段时间煤炭仍将占据能源结构的较大比例。煤矿瓦斯在煤层赋存中吸附态瓦斯占80％～90％，游离态仅占10％～20％。我国煤层瓦斯赋存具有“高储低渗”的特征，37％以上矿井为高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井，其中95％开采煤层又属于低透气性煤层。研究表明：我国煤层渗透率在0.002×10-15～16.17×10-15m2，比美国等低3～4个数量级，渗透率小于1×10-15m2的煤层占已探明煤炭资源总量的72％。据统计，2017年全国发生煤矿瓦斯事故25起，死亡103人，较2012年下降65％和70％，可见，煤矿瓦斯灾害仍然严峻。基于煤吸附CO2能力大于CH4，采用CO2置换驱替CH4对促进煤体微小孔隙CH4解吸，提高松软低透煤层瓦斯抽采率和可靠性，降低瓦斯超限、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等瓦斯灾害隐患的危险性，促进煤层气资源合理利用、改变煤矿安全生产状况、保证矿井安全生产，实现CO2地质封存，减少碳排放具有重要的社会与环境效益。已开展的实验大多不能实现CO2置换驱替CH4孔隙压力、温度变化、煤体变形量等参数动态监测以及CO2封存量动态定量计量，从而无法真实模拟井下置换驱替效应定量化分析，更好地指导煤层气(煤矿瓦斯)合理高效开采，提高效率。
技术实现思路
本技术的目的是针对我国矿井开采深度增加，煤层瓦斯压力与瓦斯含量增大，地应力增加，煤体渗透率降低，瓦斯抽采效率降低等问题，提供一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统，从而更有效的提高了煤体渗透率、瓦斯抽采效率。本技术的技术方案为：一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统，包括注气装置、置换驱替罐、真空装置和数据采集装置，所述置换驱替罐分别与所述注气装置、所述真空装置和所述数据采集系统连接；所述注气装置包括CH4注气罐和CO2注气罐，分别用于向所述置换驱替罐中注入相应的气体；所述置换驱替罐用作以CO2气体置换驱替CH4气体；所述数据采集装置包括彼此相连接的CO2传感器、CH4传感器、显示屏和控制终端，所述CO2传感器还与所述置换驱替罐连接，所述数据采集装置用作动态监测气体浓度并实时处理数据。进一步地，所述系统还包括加热装置，所述加热装置位于所述注气装置与所述置换驱替罐的连接管路上。进一步地，所述加热装置与所述置换驱替罐的连接管路上还设有CH4进气流量计和CO2进气流量计。进一步地，所述系统还包括干燥吸收装置，所述干燥吸收装置包括NaOH吸收罐和与所述NaOH吸收罐相连接的干燥罐，所述NaOH吸收罐与所述CH4传感器连接。进一步地，所述NaOH吸收罐与所述CH4传感器连接的管路上还设有总质量流量计。进一步地，所述干燥罐的出气口还设有CH4质量流量计。进一步地，所述置换驱替罐上设有温度传感器，所述温度传感器用于监控所述置换驱替罐内CO2置换驱替CH4过程中煤体温度的动态变化。进一步地，所述置换驱替罐内设有位移传感器，所述位移传感器用于监测CO2置换驱替CH4过程煤体轴向动态变形。进一步地，所述系统还包括地应力采集装置，所述地应力采集装置包括压力传感器，所述压力传感器设置于所述置换驱替罐内部。采用上述系统进行煤层注CO2置换驱替瓦斯的方法，包括以下步骤：(1)对整个系统进行气密性检验；(2)将原煤粉碎成粒径为60～80目的煤样，之后装入置换驱替罐体内；(3)利用力学加载装置对煤样施加轴压；(4)利用真空装置对置换驱替罐抽真空以保证其内的压力低于4Pa且维持12h后停止抽真空；(5)将CH4注气罐中的CH4气体注入置换驱替罐中并模拟煤层CH4压力，使CH4在煤样孔裂隙中充分渗透、扩散、吸附，吸附过程中间断性补压，当达到目标压力且维持6h不变，CH4吸附达到平衡；(6)CH4吸附达到平衡后，将CO2注气罐中的CO2气体注入置换驱替罐中驱替CH4，实验过程中置换驱替后的CO2与CH4混合气体浓度经CO2传感器与CH4传感器监测后传输到终端实时采集并处理；(7)关闭注气装置，重复步骤(3)～(6)进行其他条件下实验。本技术的有益效果为：本技术的煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统结构简单，操作方便，监测自动化程度高。本技术的方法通过利用CO2促进微小孔隙中瓦斯解吸，可大大提高瓦斯抽采效率，同时可定量计算CO2置换驱替CH4量、煤体轴向变形量与CO2地质封存量。此外，经本技术置换驱替后的瓦斯可以作为清洁能源进一步加以利用，收效值高。附图说明图1是本技术的煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统的结构示意图。图2是本技术采用的力学加载系统的结构示意图。图3不同CO2注气压力时CH4累计排放量变化规律图。图4是不同注气压力下CO2气体浓度变化规律图。图5是不同注气压力下CH4气体浓度变化规律图。其中，图1与图2中附图标记为：1-CH4高压钢瓶、2-CO2高压钢瓶、3-恒温水浴箱、4-减压罐、5-第一温度传感器、6-第一减压阀、7-第一阀门、8-CH4进气流量计、9-第二阀门、10-CO2进气流量计、11-真空泵、12-第三阀门、13-负压表、14-第四阀门、15-地应力采集装置、16-第二温度传感器、17-第三温度传感器、18-第五阀门、19-第一压力表、20-应力传感器、21-LVDT位移传感器、22-LVDT位移传感器采集系统、23-置换驱替罐、24-第二减压阀、25-第六阀门、26-第二压力传感器、27-第一干燥罐、28-第七阀门、29-第三压力传感器、30-CO2传感器、31-CH4传感器、32-总质量流量计、33-计算机、34-NaOH吸收罐、35-第二干燥罐、36-CH4质量流量计、37-压煤装置、38-液压千斤顶、39-自动液压泵。具体实施方式在本技术的描述中，需要说明的是，定义在构件之前的修饰语‘第一’、‘第二’、‘第三’仅用于对构件进行区分，而不能理解为表示某种意义上的前后顺序关系。此外，除非另有明确的规定和限定，术语‘相连’、‘连接’应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。下面结合附图和具体的实施例对本技术做进一步详细说明，所述是对本技术的解释而不是限定。本技术具体实施例提供一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统，其结构如图1所示，包括CH4高压钢瓶1、CO2高压钢瓶2、恒温水浴箱3、置换驱替罐23、真空泵11、地应力采集装置15、应力传感器20、LVDT位移传感器21、LVDT位移传感器采集系统22、数据采集装置和干燥吸收装置。CH4高压钢瓶1和CO2高压钢瓶2分别与恒温水浴箱3连接。恒温水浴箱3连接减压罐4，减压罐4上设有第一温度传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统，其特征在于，包括注气装置、置换驱替罐、真空装置和数据采集装置，所述置换驱替罐分别与所述注气装置、所述真空装置和所述数据采集系统连接；所述注气装置包括CH4注气罐和CO2注气罐，分别用于向所述置换驱替罐中注入相应的气体；所述置换驱替罐用作以CO2气体置换驱替CH4气体；所述数据采集装置包括彼此相连接的CO2传感器、CH4传感器、显示屏和控制终端，所述CO2传感器还与所述置换驱替罐连接，所述数据采集装置用作动态监测气体浓度并实时处理数据。

【技术特征摘要】
1.一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统，其特征在于，包括注气装置、置换驱替罐、真空装置和数据采集装置，所述置换驱替罐分别与所述注气装置、所述真空装置和所述数据采集系统连接；所述注气装置包括CH4注气罐和CO2注气罐，分别用于向所述置换驱替罐中注入相应的气体；所述置换驱替罐用作以CO2气体置换驱替CH4气体；所述数据采集装置包括彼此相连接的CO2传感器、CH4传感器、显示屏和控制终端，所述CO2传感器还与所述置换驱替罐连接，所述数据采集装置用作动态监测气体浓度并实时处理数据。2.根据权利要求1所述的一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统，其特征在于，所述系统还包括加热装置，所述加热装置位于所述注气装置与所述置换驱替罐的连接管路上。3.根据权利要求2所述的一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统，其特征在于，所述加热装置与所述置换驱替罐的连接管路上还设有CH4进气流量计和CO2进气流量计。4.根据权利要求1所述的一种煤层注CO2置换驱替瓦斯的系统，其特征在于，所述系统还包括干燥吸收装置，所述干燥吸收装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：白刚，周西华，李雪明，牛玉平，唐小煜，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21