煤层瓦斯抽采系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤层瓦斯抽采系统与方法，旨在将水从抽采瓦斯中分离出，实现瓦斯的提纯。该煤层瓦斯抽采系统，包括抽采管，所述抽采管上设有水气分离罐和抽采泵，所述抽采管抽采的瓦斯在所述水气分离罐内重力分离出液体后，从所述水气分离罐上部的排气口排出，所述水气分离罐的底端设有泄水口，所述泄水口的下方设有泄水阀芯，所述泄水阀芯通过弹性元件以一定的弹力封堵在所述泄水口上。

【技术实现步骤摘要】
煤层瓦斯抽采系统与方法
本专利技术属于瓦斯抽采
，尤其涉及一种煤层瓦斯抽采系统与方法。
技术介绍
断层构造破坏带煤体具有集中应力、封闭高能瓦斯且低透气性构造煤发育的特征。断层等构造改变了煤层应力和瓦斯环境与煤的物理结构，使得煤体呈现高比表面积、孔隙发育、高瓦斯赋存/释放能力和低力学强度等特征，同时使煤层处于高应力和高瓦斯条件，极易引发煤与瓦斯突出事故，严重制约煤矿的安全开采。为消除瓦斯事故威胁与瓦斯抽放过程中瓦斯对于空气的污染，当前普遍采用瓦斯抽采的方法以达到消除煤层突出的同时增加瓦斯抽采用于为国民经济发展提供燃料。然而，由于煤层的透水透气性差，不仅增加了瓦斯抽采的难度，同时也不可避免的将大量的自由水抽出，造成抽采泵腐蚀，也使得大量的自由水抽入储存仓里，瓦斯储存非常困难。另外，瓦斯中水蒸汽、N2、CO2、H2S等杂质气体的参与也使得抽采的瓦斯纯度受到影响，制约了瓦斯的重新利用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种煤层瓦斯抽采系统与方法，旨在将水从抽采瓦斯中分离出，实现瓦斯的提纯。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：煤层瓦斯抽采系统，包括抽采管，所述抽采管上设有水气分离罐和抽采泵，所述抽采管抽采的瓦斯在所述水气分离罐内重力分离出液体后，从所述水气分离罐上部的排气口排出，所述水气分离罐的底端设有泄水口，所述泄水口的下方设有泄水阀芯，所述泄水阀芯通过弹性元件以一定的弹力封堵在所述泄水口上。具体的，还包括内罐，所述内罐内形成有密闭的离心分离室，所述内罐上设有与所述离心分离室连通的第一出口、第二出口和瓦斯进口，所述瓦斯进口与所述抽采管连接；所述离心分离室内设有旋转件，所述瓦斯在所述旋转件作用下在所述离心分离室中旋转，由此借助于离心力将质量不同的杂质气体与瓦斯分离开，并通过第一出口从所述离心分离室排放经清洁的瓦斯，以及通过第二出口从所述离心分离室排放所述杂质气体。具体的，还包括套置在所述内罐外的外罐，所述外罐与所述内罐之间形成有密闭的杂质气体收集腔，所述第二出口与所述杂质气体收集腔连通，所述杂质气体收集腔通过收集管与杂质气体收集罐连通，所述收集管上设有收集泵。具体的，所述离心分离室自下至上分为进气区、离心分离区和净化室区，所述第二出口均布布设在所述离心分离区的侧壁上，所述第一出口设置在所述净化室区的顶部上，所述瓦斯进口设置在所述进气区上。具体的，所述离心分离区内设有多个沿所述内罐径向间隔布置的气体探头，所述气体探头和旋转件均与控制器连接。具体的，所述净化室区的内底面为倾斜面，所述净化室区上位于所述倾斜面的最低位置处设有排水口，排水口通过管道与水气分离罐连接。具体的，还包括煤层振动增透系统，所述煤层振动增透系统包括：相变管，套置在所述抽采管的抽采端外，所述相变管与所述抽采端的管壁之间形成有储液腔，所述储液腔内填充有液态CO2；加热元件，设置在所述储液腔中，用于对所述液态CO2加热；泄能口，设置在所述相变管上；电源，为所述加热元件供电。具体的，所述抽采管的抽采端沿横截面圆周方向分隔为交替分布的第一电阻区、第一绝缘区、第二电阻区和第二绝缘区，所述抽采端的端部设有将所述第一电阻区和第二电阻区导通的导向环，所述第一电阻区、第二电阻区和导电环构成所述加热元件。具体的，还包括瓦斯储存罐、瓦斯压缩泵和水蒸气冷凝器，所述第一出口通过瓦斯收集管依次与所述水蒸气冷凝器、瓦斯压缩泵和瓦斯储存罐连接。具体的，所述泄水阀芯与所述泄水口锥面配合。一种煤层瓦斯抽采方法，采用上述煤层瓦斯抽采系统进行抽采，包括：将抽采管的抽采端插入钻孔并使用密封器将其密封，接着启动旋转件和抽采泵，对煤层进行瓦斯抽采，在抽采过程中瓦斯与水经过水气分离罐时，由于重力作用自由水将沉积在水气分离罐的底部，实现瓦斯的气液分离；气液分离后的瓦斯将进入离心分离室，在旋转件提供的离心力作用下将质量不同的杂质气体与瓦斯分离开，并通过第一出口从离心分离室排放经清洁的瓦斯，以及通过第二出口从离心分离室排放杂质气体，实现瓦斯的提纯；待管路中瓦斯抽采完成后，向相变管中注入液态CO2，启动电源，利用加热元件将液态CO2加热汽化，并经泄能口释放，对抽采钻孔表面施加爆破振动，使得瓦斯抽采钻孔周围产生裂隙与损伤，增加瓦斯的渗流通道进而增加瓦斯的抽采范围。与现有技术相比，本专利技术至少一个实施例具有如下有益效果：含水的瓦斯被抽采至水气分离罐时，由于重力作用自由水将沉积在水气分离罐的底部，即可实现瓦斯的气液分离，而设置在水气分离罐底部泄水口上的泄水阀芯在不进行水的排放时始终处于带压状态，使得水气分离罐内无论放不放水都能够实现有水密封，瓦斯不会外泄，弹性元件初始工作的压力将决定水气分离罐内水柱高度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的煤层瓦斯抽采系统结构示意图；图2是本专利技术实施例涉及的内罐和外罐结构示意图；图3是本专利技术实施例涉及的煤层振动增透系统结构示意图；其中：1、抽采管；2、水气分离罐；3、抽采泵；4、泄水口；5、泄水阀芯；6、弹性元件；7、内罐；8、离心分离室；801、进气区；802、离心分离区；803、净化室区；9、第一出口；10、第二出口；11、瓦斯进口；12、旋转件；13、气体探头；14、外罐；15、杂质气体收集腔；16、杂质气体收集罐；17、排水口；18、相变管；19、加热元件；20、泄能口；21、电源；22、瓦斯储存罐；23、瓦斯压缩泵；24、水蒸气冷凝器；25、密封器。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作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。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.煤层瓦斯抽采系统，包括抽采管(1)，其特征在于：所述抽采管(1)上设有水气分离罐(2)和抽采泵(3)，所述抽采管(1)抽采的瓦斯在所述水气分离罐(2)内重力分离出液体后，从所述水气分离罐(2)上部的排气口排出，所述水气分离罐(2)的底端设有泄水口(4)，所述泄水口(4)的下方设有泄水阀芯(5)，所述泄水阀芯(5)的头部呈锥形，并通过弹性元件(6)以一定的弹力封堵在所述泄水口(4)上。/n

【技术特征摘要】
1.煤层瓦斯抽采系统，包括抽采管(1)，其特征在于：所述抽采管(1)上设有水气分离罐(2)和抽采泵(3)，所述抽采管(1)抽采的瓦斯在所述水气分离罐(2)内重力分离出液体后，从所述水气分离罐(2)上部的排气口排出，所述水气分离罐(2)的底端设有泄水口(4)，所述泄水口(4)的下方设有泄水阀芯(5)，所述泄水阀芯(5)的头部呈锥形，并通过弹性元件(6)以一定的弹力封堵在所述泄水口(4)上。


2.根据权利要求1所述的煤层瓦斯抽采系统，其特征在于：还包括内罐(7)，所述内罐(7)内形成有密闭的离心分离室(8)，所述内罐(7)上设有与所述离心分离室(8)连通的第一出口(9)、第二出口(10)和瓦斯进口(11)，所述瓦斯进口(11)与所述抽采管(1)连接；
所述离心分离室(8)内设有旋转件(12)，所述瓦斯在所述旋转件(12)作用下在所述离心分离室(8)中旋转，由此借助于离心力将质量不同的杂质气体与瓦斯分离开，并通过第一出口(9)从所述离心分离室(8)排放经清洁的瓦斯，以及通过第二出口(10)从所述离心分离室(8)排放所述杂质气体。


3.根据权利要求2所述的煤层瓦斯抽采系统，其特征在于：还包括套置在所述内罐(7)外的外罐(14)，所述外罐(14)与所述内罐(7)之间形成有密闭的杂质气体收集腔(15)，所述第二出口(10)与所述杂质气体收集腔(15)连通，所述杂质气体收集腔(15)通过收集管与杂质气体收集罐(16)连通，所述收集管上设有收集泵。


4.根据权利要求3所述的煤层瓦斯抽采系统，其特征在于：所述离心分离室(8)自下至上分为进气区(801)、离心分离区(802)和净化室区(803)，所述第二出口(10)均布布设在所述离心分离区(802)的侧壁上，所述第一出口(9)设置在所述净化室区(803)的顶部上，所述瓦斯进口(11)设置在所述进气区(801)上。


5.根据权利要求4所述的煤层瓦斯抽采系统，其特征在于：所述离心分离区(802)内设有多个沿所述内罐(7)径向间隔布置的气体探头(13)，所述气体探头(13)和旋转件(12)均与控制器连接。


6.根据权利要求4所述的煤层瓦斯抽采系统，其特征在于：所述净化室区(803)的内底面为倾斜面，所述净化室...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭康，张允，隆清明，文志杰，左宇军，彭守建，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43