一种提高瓦斯抽采浓度的装置及方法

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体是一种提高瓦斯抽采浓度的装置及方法。

背景技术

瓦斯抽采时采用专用设备把煤层、岩层和采空区中的可燃气抽出或排出并采集加以利用的措施。有多种强化抽放开采煤层瓦斯的方法,如对煤层进行高、中压注水,水力压裂,水力割缝,松动爆破,大直径(扩孔)钻孔,网格式密集布孔,预裂控制爆破,交叉布孔等。抽采过程中，容易造成抽采钻孔的收缩变形、局部塌孔，使抽采出的瓦斯浓度低的问题所以需要一种提高瓦斯抽采浓度的装置。

例如中国专利，公告号为：CN105201546B，该发明公开了一种提高瓦斯抽采浓度的装置及方法，该装置包括瓦斯抽采管、金属网笼，活性炭块、瓦斯浓度传感器、电磁阀等。活性炭块装填满金属网笼，金属网笼装入瓦斯抽采管内并随抽采管一起下入抽采钻孔内，钻孔内抽采管外壁绑缚有瓦斯浓度传感器，钻孔外部分与电磁阀连接，电磁阀上的控制台通过读取瓦斯浓度传感器上的瓦斯浓度变化可以自动控制电磁阀阀门的开合。

该装置利用活性炭在变压作用下对瓦斯分子巨大的吸附差量，在阀门打开时活性炭集中解吸之前“贮存”起来的瓦斯，有效提高了钻孔瓦斯的抽采浓度，解决了传统瓦斯抽采时瓦斯解吸慢、抽采浓度低的难题。但是该装置虽然提高了瓦斯抽采的浓度，但是该装置同时降低了高浓度瓦斯抽采的效率。所以本发明提出一种提高瓦斯抽采浓度的装置及方法，以解决上述提出的问题。

发明内容

本发明意在提供一种提高瓦斯抽采浓度的装置及方法，以解决现有的技术手段在瓦斯抽采过程中提高了抽采瓦斯的浓度之后，瓦斯抽采的效率收到了降低，影响瓦斯抽采作业进度的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：一种提高瓦斯抽采浓度的装置，包括抽采井和位于抽采井内的钻机，钻机下安装有钻头，钻机上安装有径向导向件，径向导向件上安装有连接件，连接件分别连通有进液管道和抽吸管道，进液管道一端安装有喷液装置，抽吸管道一端安装有抽吸装置，抽吸管道上安装有加热器，径向导向件内开设有第一导向管和第二导向管，第一导向管位于第二导向管的上方，喷液装置穿过第一导向管，抽吸装置穿过第二导向管，第一导向管和第二导向管均交接有单向挡板，抽吸装置上安装有瓦斯浓度检测器。

进一步，喷液装置的一端上加工有螺纹部，螺纹部上套设有螺旋套管，喷液装置的外侧转动连接有若干固定架，螺旋套管靠近固定架的一端上转动连接有若干撑杆，若干撑杆远离螺旋套管的一端均铰接于固定架的中部，喷液装置内部安装有增压泵，喷液装置的一端及其外侧周向均与增压泵连通有若干喷头。

进一步，抽吸装置内部安装有抽吸泵，抽吸装置一端安装有与抽吸泵连通的主抽吸头，抽吸装置外侧沿其周向安装有若干均与抽吸泵连通的副抽吸头，且主抽吸头和若干副抽吸头上均安装有滤网。

进一步，径向导向件上安装有煤层检测器。

基础方案的原理及有益效果：本装置通过钻机以及钻机下方安装的钻头在地面根据施工煤层的实际情况，向下、斜向或平向地向煤层钻进，形成抽采井，当到达煤层位置时，通过径向导向装置向煤层径向放置喷液装置和抽吸装置，加热器将氧化剂溶液加到一定温度后利用进液管道将氧化剂溶液运输到喷液装置内，通过喷液装置内安装的增压泵将氧化剂溶液进行增压后，通过喷液装置上安装的若干喷头将高压的氧化剂溶液喷射到煤层中，使得氧化剂溶液在煤层中对煤层进行氧化反应；氧化剂溶液能够氧化分解煤中有机质原位生成二氧化碳，二氧化碳会将吸附在煤孔隙中的瓦斯置换出来，以利用煤对二氧化碳的吸附能力远远高于瓦斯，当煤层空间的二氧化碳浓度得到适当提高时，同等压力条件下相对于瓦斯，煤表面对二氧化碳吸附的优势将被逐渐放大，使瓦斯的吸附平衡由于二氧化碳浓度的改变被改变，从而促进瓦斯的解吸过程，大大增加了该附近煤层的瓦斯的浓度；通过瓦斯浓度检测器检测瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到预设值后，通过抽吸装置内部安装的抽吸泵和主抽吸头及若干副抽吸头，将渗流至抽吸装置附近的瓦斯抽吸到抽吸管道内，通过抽吸管道的运输，将高浓度瓦斯抽吸到地面。

本装置结构简单，操作方便，可方便在抽采井内径向钻进多个分支孔。本装置利用增压泵将氧化剂转化为高压流体，使得煤层内闭合裂隙并发生扩展、延伸，以至相互之间发生连接贯通，形成相互交织的贯通裂隙网络，使得煤层抽采半径可控制，实现低渗透率煤层的均匀增透，提高了煤层渗透率，本装置最大优点在于增大瓦斯抽采的浓度的同时增加了瓦斯抽采的效率。

一种提高瓦斯抽采浓度的方法，包括如下步骤：

S1，利用钻机在富含瓦斯的煤层钻出一口抽采井，当钻机上的径向导向件到达煤层时，停止钻井；

S2，利用连通的进液管道和抽吸管道，将喷液装置和抽吸装置通过径向导向件导向到水平的指向煤层；

S3，启动喷液装置和加热器，将氧化剂溶液通过加热器加热后，利用喷液装置喷射到煤层中，使氧化剂溶液对煤层进行氧化作用；

S4，在氧化剂溶液对煤层进行氧化作用时，利用瓦斯浓度检测器检测瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到预设值后，启动抽吸装置将渗流至抽吸装置附近的瓦斯抽吸到地面上；

S5，当抽吸装置附近的瓦斯抽取到一定程度时，调整径向导向件到瓦斯充足的煤层，并重复S2、S3和S4。

进一步，步骤3中，氧化剂溶液包括质量浓度为3～6％过硫酸铵，或15～30％双氧水。

进一步，步骤3中，通过加热器将氧化剂溶液加热至40～80℃。

基础方案的原理：本方法通过加热器将氧化剂溶液加到一定温度，再通过喷液装置喷射到煤层中，使氧化剂溶液充分与煤接触，使氧化剂溶液能够氧化分解煤中有机质原位生成二氧化碳，二氧化碳会将吸附在煤孔隙中的瓦斯置换出来，以利用煤对二氧化碳的吸附能力远远高于瓦斯，当煤层空间的二氧化碳浓度得到适当提高时，同等压力条件下相对于瓦斯，煤表面对二氧化碳吸附的优势将被逐渐放大，使瓦斯的吸附平衡由于二氧化碳浓度的改变被改变，从而促进瓦斯的解吸过程。

所达到的有益效果是：通过氧化分解煤中有机质原位生成二氧化碳置换吸附的瓦斯，提高吸附气解吸效率，提高瓦斯采收率。本方法操作方便，可方便在抽采井内径向钻进多个分支孔，能够将抽采井附近煤层的瓦斯抽采干净。本方法利用增压泵将氧化剂转化为高压流体，使得煤层内闭合裂隙并发生扩展、延伸，以至相互之间发生连接贯通，形成相互交织的贯通裂隙网络，使得煤层抽采半径可控制，实现低渗透率煤层的均匀增透，提高了煤层渗透率，氧化剂能够氧化分解煤中有机质，产生溶蚀孔，扩大有机质孔隙直径，使煤层的渗透性增大，使瓦斯更容易通过孔裂隙系统渗流出来，提高抽采瓦斯的浓度，本方法最大优点在于增大瓦斯抽采的浓度的同时增加了瓦斯抽采的效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的径向导向件的正视图。

图3为本发明实施例的喷液装置的侧视图。

图4为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

说明书附图中的附图标记包括：岩石层1、煤层2、抽采井3、钻机4、钻头5、进液管道6、抽吸管道7、连接件8、径向导向件9、加热器10、喷液装置11、抽吸装置12、单向挡板13、第一导向管14、第二导向管15、螺纹部16、螺旋套管17、撑杆18、固定架19、增压泵20、喷头21、抽吸泵22、主抽吸头23、副抽吸头24、滤网25。

下面通过具体实施方式进一步详细说明。

实施例1：

一种提高瓦斯抽采浓度的装置，如附图1、附图2和附图3所示，一种提高瓦斯抽采浓度的装置，包括抽采井3和位于抽采井3内的钻机4，钻机4下安装有钻头5，钻机4上安装有径向导向件9，径向导向件9上安装有连接件8，连接件8分别连通有进液管道6和抽吸管道7，进液管道6一端安装有喷液装置11，抽吸管道7一端安装有抽吸装置12，抽吸管道7上安装有加热器10，径向导向件9内开设有第一导向管14和第二导向管15，第一导向管14位于第二导向管15的上方，喷液装置11穿过第一导向管14，抽吸装置12穿过第二导向管15，第一导向管14和第二导向管15均交接有单向挡板13，抽吸装置12上安装有瓦斯浓度检测器。

如附图2所示，喷液装置11的一端上加工有螺纹部16，螺纹部16上套设有螺旋套管17，喷液装置11的外侧转动连接有若干固定架19，螺旋套管17靠近固定架19的一端上转动连接有若干撑杆18，若干撑杆18远离螺旋套管17的一端均铰接于固定架19的中部，喷液装置11内部安装有增压泵20，喷液装置11的一端及其外侧周向均与增压泵20连通有若干喷头21。

结合附图2和附图3所示，抽吸装置12内部安装有抽吸泵22，抽吸装置12一端安装有与抽吸泵22连通的主抽吸头23，抽吸装置12外侧沿其周向安装有若干均与抽吸泵22连通的副抽吸头24，且主抽吸头23和若干副抽吸头24上均安装有滤网25。

如附图1所示，径向导向件9上安装有煤层2检测器。

具体实施过程如下：本装置通过钻机4以及钻机4下方安装的钻头5在地面根据施工煤层的实际情况，向下、斜向或平向地向煤层2钻进，形成抽采井3，当到达煤层2位置时，通过径向导向装置向煤层2径向放置喷液装置11和抽吸装置12，加热器10将氧化剂溶液加到一定温度后利用进液管道6将氧化剂溶液运输到喷液装置11内，通过喷液装置11内安装的增压泵20将氧化剂溶液进行增压后，通过喷液装置11上安装的若干喷头21将高压的氧化剂溶液喷射到煤层2中，使得氧化剂溶液在煤层2中对煤层2进行氧化反应；氧化剂溶液能够氧化分解煤中有机质原位生成二氧化碳，二氧化碳会将吸附在煤孔隙中的瓦斯置换出来，以利用煤对二氧化碳的吸附能力远远高于瓦斯，当煤层2空间的二氧化碳浓度得到适当提高时，同等压力条件下相对于瓦斯，煤表面对二氧化碳吸附的优势将被逐渐放大，使瓦斯的吸附平衡由于二氧化碳浓度的改变被改变，从而促进瓦斯的解吸过程，大大增加了该附近煤层2的瓦斯的浓度；通过瓦斯浓度检测器检测瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到预设值后，通过抽吸装置12内部安装的抽吸泵22和主抽吸头23及若干副抽吸头24，将渗流至抽吸装置12附近的瓦斯抽吸到抽吸管道7内，通过抽吸管道7的运输，将高浓度瓦斯抽吸到地面。

实施例2：

一种提高瓦斯抽采浓度的方法，如附图4所示，包括如下步骤：

S1，利用钻机4在富含瓦斯的煤层2钻出一口抽采井3，当钻机4上的径向导向件9到达煤层2时，停止钻井；

S2，利用连通的进液管道6和抽吸管道7，将喷液装置11和抽吸装置12通过径向导向件9导向到水平的指向煤层2；

S3，启动喷液装置11和加热器10，将氧化剂溶液通过加热器10加热后，利用喷液装置11喷射到煤层2中，使氧化剂溶液对煤层2进行氧化作用；

S4，在氧化剂溶液对煤层2进行氧化作用时，利用瓦斯浓度检测器检测瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到预设值后，启动抽吸装置12将渗流至抽吸装置12附近的瓦斯抽吸到地面上；

S5，当抽吸装置12附近的瓦斯抽取到一定程度时，调整径向导向件9到瓦斯充足的煤层2，并重复S2、S3和S4。

步骤3中，氧化剂溶液包括质量浓度为3～6％过硫酸铵，或15～30％双氧水。

步骤3中，通过加热器10将氧化剂溶液加热至40～80℃。

具体实施过程如下：本方法通过加热器10将氧化剂溶液加到一定温度，再通过喷液装置11喷射到煤层2中，使氧化剂溶液充分与煤接触，使氧化剂溶液能够氧化分解煤中有机质原位生成二氧化碳，二氧化碳会将吸附在煤孔隙中的瓦斯置换出来，以利用煤对二氧化碳的吸附能力远远高于瓦斯，当煤层2空间的二氧化碳浓度得到适当提高时，同等压力条件下相对于瓦斯，煤表面对二氧化碳吸附的优势将被逐渐放大，使瓦斯的吸附平衡由于二氧化碳浓度的改变被改变，从而促进瓦斯的解吸过程。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。