微波辐射含水煤层水气化膨胀冲击煤体增透装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出了一种微波辐射含水煤层水气化膨胀冲击煤体增透装置，包括微波加热系统、注水系统、声发射监测系统、电脑控制终端、以及设置于煤体内的若干钻孔；钻孔包括微波钻孔和环设在微波钻孔外的若干监测钻孔；注水系统能够向微波钻孔中注入水，微波加热系统能够产生超高频电磁波以将微波钻孔中的水加热并使之气化膨胀，声发射监测系统能够监测到监测钻孔内的声发射事件次数并传输给电脑控制终端。本实用新型专利技术通过声发射监测系统实时监测增透过程中煤岩损伤产生的微裂隙状况，可自动结束增透过程，以避免电力等资源的浪费；在微波钻孔内使用螺旋天线直接加热水，能量损失小，水气化膨胀力作用于煤体，使煤体裂隙网络扩展，透气性增强。透气性增强。透气性增强。

【技术实现步骤摘要】
微波辐射含水煤层水气化膨胀冲击煤体增透装置


[0001]本技术属于低渗煤层增透
，具体涉及一种微波辐射含水煤层水气化膨胀冲击煤体增透装置。

技术介绍

[0002]随着开采技术的提高和开采强度的不断加大，浅部煤炭资源趋于枯竭，许多煤矿都相继进入深部资源开采状态，但我国深部煤层大多属于特低渗透或致密储层，煤层气采收率极低，必须采取人工强化增透措施。目前我国常用的增透技术有水力压裂、深孔爆破、密集钻孔抽放、液氮冻融、微波注热等，其具有各自的优点，一般都能在工程应用中取得较好的抽采效果，但这些方法也存在各自局限性。
[0003]如水力压裂增透时，由于水属于浸润相，水分滞留在孔隙通道中形成水锁及水敏性伤害，导致整体抽采效果的降低，且水力压裂需要消耗大量的水，如页岩气压裂的单井用水量往往在10000m3以上，随着人们对水资源和环境保护的重视，极大限制了水力压裂技术在水资源匮乏地区的推广和大规模应用。又比如深孔爆破增透时，由于安放炸药的钻孔较深，一旦炸药发生哑火情况将很难取出，对煤层的开采造成巨大隐患。
[0004]目前大多学者致力于常规液氮循环冻融与微波注热增透的研究。但单纯的液氮循环冻融循环周期长，液氮消耗量大；单纯微波注热增透时所需温度较高，一般要超过200℃，才能起到较好增透效果，但在200℃及以上容易引发火灾危害。
[0005]CN202020446540.3披露了一种应用热蒸汽与微波辐射协同增透煤层的强化瓦斯抽采系统，其通过注热蒸汽增透煤层，在水蒸气因热量传递冷凝为液态水后，液态水在微波的加热下又快速气化成高温高压蒸汽，继续增透煤层并解除了水锁效应。前述公开专利水蒸气温度应不低于150℃，解决了超过200℃容易引发火灾危害的技术问题，但其何时结束增透由工人根据经验进行判断，对于经验不足的工人，存在增透时间短使得增透效果差、或超时增透而浪费能源的问题，而且由于其采用直接注入热蒸汽的方式，热蒸汽在输送过程中损失较大，使得能效较低。

技术实现思路

[0006]本技术旨在解决现有技术中存在的技术问题，本技术的目的是提供一种微波辐射含水煤层水气化膨胀冲击煤体增透装置。
[0007]为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：微波辐射含水煤层水气化膨胀冲击煤体增透装置，包括微波加热系统、注水系统、声发射监测系统、电脑控制终端、以及设置于煤体内的若干钻孔；钻孔包括微波钻孔和环设在微波钻孔外的若干监测钻孔，微波钻孔的孔口处设有耐高温封孔器；电脑控制终端的微波控制端与微波加热系统的使能端相连，电脑控制终端的声发射事件计数输入端与声发射监测系统的信号输出端相连；注水系统能够向微波钻孔中注入水，微波加热系统能够产生超高频电磁波以将微波钻孔中的水加热并使之气化膨胀，声发射监测系统能够监测到监测钻孔内的声发射事件次数并传输给电
脑控制终端。
[0008]上述技术方案中，通过声发射监测系统实时监测增透过程中煤岩损伤产生的微裂隙状况，可自动结束增透过程，以避免电力等资源的浪费；在微波钻孔内使用螺旋天线直接加热水，能量损失小，水气化膨胀力作用于煤体，使煤体裂隙网络扩展，透气性增强。
[0009]在本技术的一种优选实施方式中，微波加热系统包括设置于微波钻孔外的微波发生器、与微波发生器通过电缆连接的位于微波钻孔中的螺旋天线、以及用于测量微波钻孔内温度的温度探测器，微波发生器的使能端与电脑控制终端的微波控制端连接，温度探测器的输出端与电脑控制终端的温度信号输入端连接。
[0010]上述技术方案中，微波发生器产生超高频电磁波，经电缆到螺旋天线，使微波能转化为热能加热微波钻孔中的水，水变成水蒸气产生冲击效应改变煤层物性结构，以达到促进瓦斯解吸和增透的目的；温度探测器用于实时监测微波钻孔内温度，以防止温度过高而使煤发生燃烧。
[0011]在本技术的一种优选实施方式中，温度探测器采用红外测温原理，温度探测器为温度探测棒，温度探测棒穿过耐高温封孔器，温度探测棒的探测头位于微波钻孔中。
[0012]上述技术方案中，采用红外测温，温度测量速度更快，精确度高，重复性好，性能稳定；而且温度探测器为温度探测棒，便于安装至微波钻孔中。
[0013]在本技术的一种优选实施方式中，微波钻孔外还设有散热降温装置，散热降温装置连接有抽放管，抽放管穿过耐高温封孔器而与微波钻孔内部相通。
[0014]上述技术方案中，通过设置散热降温装置，微波加热之后可以通过散热降温装置对微波钻孔进行降温，以便于快速拆卸转移至其他微波钻孔进行增透作业，提高增透效率。
[0015]在本技术的一种优选实施方式中，注水系统包括进水口与水源相连的注水泵，注水泵的出水口连接有能够将水输送至微波钻孔内的注水管，注水管上设有注水截止阀和注水压力表。
[0016]在本技术的另一种优选实施方式中，声发射监测系统包括设置于每个监测钻孔中的若干声发射探头、与若干声发射探头的信号输出端相连的数据采集器，数据采集器的输出端与电脑控制终端的声发射事件计数输入端相连。
[0017]在本技术的另一种优选实施方式中，耐高温封孔器由硬质环氧胶粘剂制成。
[0018]上述技术方案中，采用硬质环氧胶粘剂封闭微波钻孔孔口，可有效隔绝微波钻孔中微波所产生的热量，防止温度的散失。
[0019]在本技术的另一种优选实施方式中，若干监测钻孔周向均匀分布在微波钻孔外。
[0020]在本技术的另一种优选实施方式中，若干钻孔采用正方形布置方式，在正方形四个顶角设置监测钻孔，在正方形中央设置微波钻孔。
[0021]上述技术方案中，此种布置方式使正方形内煤层受高温钻孔温差不均匀热应力的影响。
[0022]在本技术的另一种优选实施方式中，微波钻孔中设有用于监测其内温度的温度探测器、以及用于监测其内压强的压力传感器，温度探测器的信号输出端、压力传感器的信号输出端、以及微波发生器的频率输出端与电脑控制终端的对应输入端相连，电脑控制终端的报警控制端连接有报警器。
[0023]上述技术方案，可实时监测该增透装置的使用情况且设有异常报警系统，当微波钻孔内温度、微波钻孔内压强、微波频率等出现剧烈变化或超过所设预定值时，其可自动检测并发出报警。
[0024]相比现有技术，本技术较优的技术方案具有如下有益效果：
[0025]1)本技术通过声发射监测系统实时监测增透过程中煤岩损伤产生的微裂隙状况，当监测到声发射事件总数降低至其峰值的50％
‑
40％时，即可关闭微波加热系统，以避免电力等资源的浪费。
[0026]2)将微波注热与注水结合设计，在微波钻孔内使用螺旋天线加热水，水气化膨胀力作用于煤体，使煤体裂隙网络扩展，透气性增强，相比现有技术能量损失小。
[0027]3)本技术的若干钻孔采用正方形布置方式，在正方形四个顶角依次施工监测钻孔，正方形中央施工微波钻孔，此种布置方式使正方形内煤层受高温钻孔温差不均匀热应力的影响，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微波辐射含水煤层水气化膨胀冲击煤体增透装置，其特征在于，包括微波加热系统、注水系统、声发射监测系统、电脑控制终端、以及设置于煤体内的若干钻孔；所述钻孔包括微波钻孔和环设在微波钻孔外的若干监测钻孔，所述微波钻孔的孔口处设有耐高温封孔器；所述电脑控制终端的微波控制端与微波加热系统的使能端相连，所述电脑控制终端的声发射事件计数输入端与声发射监测系统的信号输出端相连；所述注水系统能够向微波钻孔中注入水，所述微波加热系统能够产生超高频电磁波以将微波钻孔中的水加热并使之气化膨胀，所述声发射监测系统能够监测到所述监测钻孔内的声发射事件次数并传输给电脑控制终端。2.根据权利要求1所述的微波辐射含水煤层水气化膨胀冲击煤体增透装置，其特征在于，所述微波加热系统包括设置于微波钻孔外的微波发生器、与微波发生器通过电缆连接的位于微波钻孔中的螺旋天线、以及用于测量所述微波钻孔内温度的温度探测器，所述微波发生器的使能端与电脑控制终端的微波控制端连接，所述温度探测器的输出端与电脑控制终端的温度信号输入端连接。3.根据权利要求2所述的微波辐射含水煤层水气化膨胀冲击煤体增透装置，其特征在于，所述温度探测器采用红外测温原理，所述温度探测器为温度探测棒，温度探测棒穿过耐高温封孔器，温度探测棒的探测头位于所述微波钻孔中。4.根据权利要求1所述的微波辐射含水煤层水气化膨胀冲击煤体增透装置，其特征在于，所述微波钻孔外还设有散热降温装置，散热降温装置连接有抽放管，抽放管穿过所述耐高温封孔器而与所述微波钻孔内部相通。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，齐消寒，王品，刘志成，侯双荣，刘阳，刘忠桦，谢文坤，
申请(专利权)人：山西潞安环保能源开发股份有限公司王庄煤矿，
类型：新型
国别省市：