[发明专利]一种提高瓦斯抽采浓度的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高瓦斯抽采浓度的装置及方法，属于钻孔瓦斯抽采领域。

背景技术

伴随煤炭开采过程中产生的大量瓦斯对于煤矿的安全生产构成了重大的威胁。煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等灾害一旦发生即会造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失。一直以来，煤炭开采技术人员都在通过各种手段致力于减少开采过程中产生的瓦斯量，其中，最常用的一种方法就是建立瓦斯抽采系统，通过施工抽采钻孔采前预抽煤层瓦斯。然而，对于大部分煤层透气性较差、煤质松软、地应力大的矿井，瓦斯抽采系统在抽采前期往往效果较好，但到抽采后期时由于井下的抽采钻孔受到巷道开掘、工作面推进等采动影响引起应力集中，这对于目前依旧靠自身抗压能力和钻孔自稳能力来支撑钻孔维持其基本形状的硬质薄壁空心的PVC瓦斯抽采管来说更易造成加速抽采钻孔的收缩变形、局部塌孔，使瓦斯抽采管变形、堵塞，甚至在较短时间内就被完全压实，使钻孔完全报废，难以为瓦斯流动和抽采提供快速通道，抽采出的瓦斯浓度极低，抽出的气体绝大部分是空气，如此，再长时间的抽采也是徒劳无果。特别的，抽采出的瓦斯浓度在5%—16%时一旦遇到明火将会发生瓦斯爆炸，不仅无法作为资源利用，而且会给瓦斯抽采管路安全带来严重威胁。一直以来，浓度过低的瓦斯抽采出来后达不到工业利用的标准，被迫排入大气中，不仅增加了温室效应，而且也是一种极大的资源浪费。

目前，提高瓦斯抽采浓度的方法大部分是以改善封孔质量，减少漏气的角度为出发点的。虽然现有封孔技术种类繁多，但无外乎采用有机材料、无机材料直接封堵或封孔器封堵等方法进行封孔，无一能够做到绝对的不漏气，封孔效果不理想使抽采出的瓦斯浓度不高。有的矿井通过关闭个别抽采钻孔来获得较高的瓦斯抽采浓度，但由于不能准确定位，有时常常一个钻孔漏气而不得不关闭大片的抽采钻孔，极大地影响了正常的瓦斯抽采工作，不仅效率低下，而且还为安全生产埋下隐患。

因此，创造出一种可以提高瓦斯抽采浓度的方法，实现瓦斯的高浓度抽采不仅可以为安全生产提供保障，提高抽采效率，而且减少了对大气的污染，实现了瓦斯作为一种清洁能源的工业利用。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种抽采效率高、安全可靠、清洁环保的提高瓦斯抽采浓度的装置，

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种提高瓦斯抽采浓度的装置，包括控制台、操作台和瓦斯抽采管，瓦斯抽采管在钻孔内的部分在管壁上开设有筛孔，控制台和操作台均设在钻孔外的瓦斯抽采管上，钻孔内的瓦斯抽采管内部沿长度方向设有若干个金属网笼，金属网笼内部填充有活性炭块，瓦斯抽采管外壁一侧设有瓦斯浓度传感器，瓦斯浓度传感器连接有数据信号线，数据信号线经抽采管上的筛孔进入瓦斯抽采管后与控制台上的控制开关连接，操作台上设有用于开合瓦斯抽采管的电磁阀，控制开关通过控制信号线与电磁阀连接。

金属网笼呈圆柱结构，金属网笼的直径略小于瓦斯抽采管的内径，金属网笼的长度与瓦斯抽采管的单段长度相等，金属网笼的网眼直径为0.5—1cm，金属网笼与瓦斯抽采管内壁间有3—5mm的间隙。

活性炭块的大小尺寸大于金属网笼的网眼尺寸。

一种提高瓦斯抽采浓度的方法，包括如下步骤：

（1）综合钻孔长度及煤层物性设计出以下参数：瓦斯抽采管长度、封孔段长度、瓦斯浓度传感器在瓦斯抽采管上的位置；

（2）瓦斯浓度传感器与数据信号线连接后，用胶带把瓦斯浓度传感器绑缚在瓦斯抽采管外壁相应位置上，将装有活性炭块的金属网笼装进瓦斯抽采管内，将瓦斯抽采管下入筛孔内；

（3）采用“两堵一注”封孔法在钻孔孔口封堵一段长5—8m的封孔段；

（4）将瓦斯浓度传感器的数据信号线与控制开关相连，控制开关另一端通过控制信号线与电磁阀连接，控制台通过读取瓦斯浓度传感器上的瓦斯浓度变化可以实现电磁阀的自动开合；

（5）打开连接在瓦斯抽采管上的瓦斯抽采泵，进行负压抽采瓦斯作业。

（6）当抽采钻孔内瓦斯浓度低于16%时，瓦斯浓度传感器将信号输出至控制台，控制台输出电磁信号控制操作台上的电磁阀关闭，此时金属网笼内的活性炭块开始吸附大量煤层解析出来的瓦斯；当抽采钻孔内瓦斯浓度超过30%时，瓦斯浓度传感器将信号输出至控制台，控制台输出电磁信号控制操作台上的电磁阀开启，继续进行负压抽采，此时活性炭块开始解析瓦斯，瓦斯抽采泵将活性炭块解析的瓦斯抽出；