一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统及方法，涉及能源系统优化技术领域。包括以下步骤：通入定量的空气与瓦斯混合物启动燃烧器；将部分高温烟气输送至蒸汽轮机中进行发电；将部分烟气转化为二氧化碳，将二氧化碳和无机盐溶液同时注入煤层中；驱替瓦斯并促进瓦斯抽采，抽采出的瓦斯用于燃烧，形成闭环减排模式。本系统还包括井下瓦斯发电系统、注热系统、注液系统、瓦斯抽采系统、井下供电系统和独立的通风系统。本发明专利技术有效的解决了瓦斯开采过程中，开采效率不高，并且容易出现泄露，爆炸等风险的问题。爆炸等风险的问题。爆炸等风险的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统及方法


[0001]本专利技术涉及能源系统优化
，尤其涉及一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统及方法。

技术介绍

[0002]煤炭是我国能源构成中的一个重要组成部分，据统计，截止2021年底，我国煤炭资源储量为2078.85亿吨，煤炭与瓦斯相伴相生，在开采煤矿时必不可少会产生瓦斯，煤矿瓦斯又称煤层气，其主要可燃成分为甲烷；瓦斯是造成煤矿瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等煤矿事故的主要来源之一，同时瓦斯也是一种洁净能源，截至2020年末，累计探明煤气层地质储量9380亿立方米，开发利用瓦斯，既可实现“变废为宝”获得直接的经济效益，也可达到节能减排的目的。
[0003]瓦斯抽采是降低煤矿瓦斯灾害，实现瓦斯利用和优化能源结构的主要途径。针对瓦斯抽采工作，我国提出了“先抽后采、能抽尽抽、以用促抽”的方针来指导其开展；我国大多数煤矿属于井下煤矿，主要采用的抽采技术为井下钻孔抽采技术；但常规的抽采技术很难有效降低煤层中的瓦斯含量，主要是因为大约20%的瓦斯是以游离态的形式储存在煤层中，而大约80%的瓦斯是以吸附态的形式储存在煤层中，游离态是指瓦斯以自由气体状态存在于煤体或围岩的裂缝、孔隙之中，吸附态是指在孔隙表面的固体分子引力作用下，游离的瓦斯分子被紧密地吸附在煤体的孔隙壁上，从而形成很薄的吸附层。常规抽采只能抽采出裂缝、孔隙中的游离态瓦斯，大部分存在于煤体内部的吸附态瓦斯则无法排出，并且在瓦斯抽取过程中，瓦斯会将煤层中的煤渣、煤粉和水汽等杂质带出，造成管道或者抽气泵的堵塞和腐蚀，因此在煤矿井下抽采瓦斯的过程中，发生瓦斯灾害的风险较高；同时，我国大多数矿区煤层具有可压密性和易流变、高应力、高瓦斯、强吸附性、低渗透性和低透气性的特征，加上地质条件较为复杂，严重限制了煤与瓦斯的安全高效生产和使用，随着开采深度的增加，煤层中的地应力也随之增加，透气性将进一步降低，同时也会增加瓦斯涌出量，从而提高了矿井开采的危险性和瓦斯抽采的难度。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述现有瓦斯开采过程中，开采效率不高，并且容易出现泄露，爆炸等风险的问题，提出了本专利技术。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法，包括以下步骤：S1：通入定量的空气与瓦斯混合物启动燃烧器；S2：将部分高温烟气输送至蒸汽轮机中进行发电；
S3：将部分烟气转化为二氧化碳，将二氧化碳和无机盐溶液同时注入煤层中；S4：驱替瓦斯并促进瓦斯抽采，抽采出的瓦斯用于燃烧，形成闭环减排模式。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，此系统应用于上述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法，所述井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统包括：井下瓦斯发电系统、注热系统、注液系统、瓦斯抽采系统、井下供电系统和独立的通风系统。
[0008]作为本专利技术井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统所述的一种优选方案，其中：所述瓦斯发电系统中空气供气系统与煤矿瓦斯供气系统分别通过进气管和抽采管与气体混合室连接；燃烧器的端口分别经管线与余热锅炉、储水箱和循环水处理系统相连接；所述循环水处理系统包括余热锅炉、与余热锅炉相连接的蒸汽轮机、冷凝器和储水箱； 所述注热系统包括多个从井打入煤层的注气孔，所有的注气孔均通过注气管和号增压泵与气体处理室的排放端相连接；所述瓦斯抽采系统包括多个从井打入煤层的抽采孔，所有的抽采孔均通过抽采管和瓦斯抽采泵与气体混合室前端相连接； 所述注液系统包括多个从井打入煤层的注液孔，所有的注液孔均通过注液管和号增压泵与无机盐溶液储存罐相连。
[0009]作为本专利技术井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统所述的一种优选方案，其中：所述井下供电系统包括蒸汽轮机产生的电能通过输电线传送至临时避难硐室、照明灯、其他用电设备和电网；所述的独立的通风系统包括进风机和回风机；所述通风系统的进风口与回风口分别位于煤矿两侧，通过进风机将地表空气正压输送至进风口内，对矿井进行合适风量的通风工作，通风后的空气流入回风口内部，通过回风机，将通风后的空气负压抽出；所述注液管由可耐高温、耐腐蚀的材料制作而成；所述发电室和临时避难硐室都装有超强抗超压的加厚钢制防爆门和抗压、耐高温及防爆的防护密闭墙。
[0010]本专利技术所要解决的另一个问题在于在瓦斯开采过程中，瓦斯抽气泵存在的缺乏过滤煤渣和水汽的功能，易造成设备堵塞的问题，提出了本专利技术。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置，其特征在于：应用于上述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，所述过滤装置包括，输送单元，包括输气管道和连接在所述输气管道一侧的辅助管道；过滤单元，包括依次配合设置在所述输气管道内的过滤罩和吸收罩；以及，收集单元，包括密封板和收集盒，所述密封板配合插接在辅助管道竖直方向的侧壁内，所述收集盒设置于密封板底端，且能够配合封闭所述辅助管道的开口；驱动组件，包括驱动电机、从动件、皮带和转向件，所述从动件设置有多组，所述驱动电机的输出轴与从动件连接，所述从动件的输出轴与过滤单元啮合连接，所述皮带套接在从动件上，所述转向件一端通过皮带与从动件连接，另一端与吸收罩活动连接。
[0012]作为本专利技术瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置所述的一种优选方案，其中：所述输气管道两端开口，分别为输入口和输出口，所述输气管道侧壁开设有下漏孔；所述输入口上设置有朝向管道内部的锥形聚合件；所述辅助管道包括斜坡段管道和竖直段管道，所述斜坡段管道尺寸较大的一端与下漏孔连接，另一端与竖直段管道连接。
[0013]作为本专利技术瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置所述的一种优选方案，其中：所述过滤罩包括固定壳、过滤壳、旋转壳和防漏挡板；所述固定壳与输气管道内壁配合连接，其外壁开口，所述过滤壳为半球形结构，圆边与固定壳连接，所述过滤壳上均匀开设有过滤孔；
所述旋转壳包括壳体，所述壳体也为半球形结构，其球形外壁尺寸与过滤壳内壁尺寸相同，且轴心位于同一直线上，所述壳体上还均匀设置有调节孔，所述调节孔孔径大于过滤孔；所述壳体轴线上还设置有转动轴，所述转动轴远离壳体的一端开设有第一锥型齿轮槽，所述第一锥型齿轮槽与从动件输出轴顶端连接；所述防漏挡板与固定壳开口连接，其远离固定壳的一端开设有斜面，斜面与斜坡段管道的斜面平行。
[0014]作为本专利技术瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置所述的一种优选方案，其中：所述吸收罩设置在靠近输出口一侧的输气管道内壁上，包括连接壳、吸水棉和挤压件；所述连接壳内壁设置有挤压凸台，所述挤压凸台中部开口，与连接壳形成挤水区，所述吸水棉配合放置于挤水区内；所述挤压件配合设置在连接壳有挤水区的一端开口处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法，其特征在于：包括以下步骤：通入定量的空气与瓦斯混合物启动燃烧器；将部分高温烟气输送至蒸汽轮机中进行发电；将部分烟气转化为二氧化碳，将二氧化碳和无机盐溶液同时注入煤层中；驱替瓦斯并促进瓦斯抽采，抽采出的瓦斯用于燃烧，形成闭环减排模式。2.一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，其特征在于，应用于如权利要求1所述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法，所述井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统包括：井下瓦斯发电系统、注热系统、注液系统、瓦斯抽采系统、井下供电系统和独立的通风系统。3.如权利要求2所述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，其特征在于：所述瓦斯发电系统中空气供气系统与煤矿瓦斯供气系统分别通过进气管（2）和抽采管（22）与气体混合室（3）连接；燃烧器的端口分别经管线与余热锅炉（10）、储水箱（12）和循环水处理系统相连接；所述循环水处理系统包括余热锅炉（10）、与余热锅炉（10）相连接的蒸汽轮机（9）、冷凝器（11）和储水箱（12）；所述注热系统包括多个从井（23）打入煤层（26）的注气孔（27），所有的注气孔（27）均通过注气管（21）和1号增压泵（20）与气体处理室（13）的排放端相连接；所述瓦斯抽采系统包括多个从井（23）打入煤层（26）的抽采孔（28），所有的抽采孔（28）均通过抽采管（22）和瓦斯抽采泵（19）与气体混合室（3）前端相连接；所述注液系统包括多个从井打入煤层（26）的注液孔（41），所有的注液孔（41）均通过注液管（40）和2号增压泵（39）与无机盐溶液储存罐（38）相连。4.如权利要求3所述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，其特征在于：所述井下供电系统包括蒸汽轮机（9）产生的电能通过输电线传送至临时避难硐室（17）、照明灯（34）、其他用电设备（14）和电网（30）；所述的独立的通风系统包括进风机（33）和回风机（35）；所述通风系统的进风口（32）与回风口（37）分别位于煤矿两侧，通过进风机（33）将地表空气正压输送至进风口（32）内，对矿井（18）进行合适风量的通风工作，通风后的空气流入回风口（37）内部，通过回风机（35），将通风后的空气负压抽出；所述注液管（40）由可耐高温、耐腐蚀的材料制作而成；所述发电室（1）和临时避难硐室（17）都装有超强抗超压的加厚钢制防爆门和抗压、耐高温及防爆的防护密闭墙。5.一种瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置，其特征在于：应用于如权利要求2~4任一所述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，此过滤装置包括，输送单元（100），设置于瓦斯抽采系统的抽气管道入口，包括输气管道（101）和连接在所述输气管道（101）一侧的辅助管道（102）；过滤单元（200），包括依次配合设置在所述输气管道（101）内的过滤罩（201）和吸收罩（202），以及；收集单元（300），包括密封板（301）和收集盒（302），所述密封板（301）配合插接在辅助管道（102）竖直方向的侧壁内，所述收集盒（302）设置于密封板（301）底端，且能够配合封闭
所述辅助管道（102）的开口；驱动组件（400），包括驱动电机（401）、从动件（402）、皮带（403）和转向件（404），所述从动件（402）设置有多组，所述驱动电机（401）的输出轴与从动件（402）连接，所述从动件（402）的输出轴与过滤单元（200）啮合连接，所述皮带（403）套接在从动件（402）上，所述转向件（404）一端通过皮带（403）与从动件（402）连接，另一端与吸收罩（202）活动连接。6.根据权利要求5所述的瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置，其特征在于：所述输气管道（101）两端开口，分别为输入口（101a）和输出口（101b），所述输气管道（101）侧壁开设有下漏孔（101c）；所述输入口（101a）上设置有朝向管道内部的锥形聚合件（101a
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1）；所述辅助管道（102）包括斜坡段管道（102a）和竖直段管道（102b），所述斜坡段管道（102a）尺寸较大的一端与下漏孔（101c）连接，另一端与竖直段管道（102b）连接。7.根据权利要求6所述的瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置，其特征在于：所述过滤罩（201）包括固定壳（201a）、过滤壳（201b）、旋转壳（201c）和防漏挡板（201d）；所述固定壳（201a）与输气管道（101）内壁配合连接，其外壁开口，所述过滤壳（201b）为半球形结构，圆边与固定壳（201a）连接，所述过滤壳（201b）上均匀开设有过滤孔（201b
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1）；所述旋转壳（201c）包括壳体（201c
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1），所述壳体（201c
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1）也为半球形结构，其球形外壁尺寸与过滤壳（201b）内壁尺寸相同，且轴心位于同一直线上，所述壳体（201c
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【专利技术属性】
技术研发人员：代华明，邹崇雪，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：