专利名称：一种抽压交替的瓦斯抽采方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抽压交替的瓦斯抽采方法及设备，尤其适用于增大瓦斯抽采钻孔的抽采半径、提高钻孔的瓦斯抽采总量。
背景技术：
瓦斯抽采是利用瓦斯泵产生的负压通过瓦斯抽采钻孔抽出赋存在煤层中的瓦斯。 经过长时间抽采，煤层瓦斯压力、含量均可大幅度降低，因此瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施。为消除瓦斯威胁，保证矿井安全生产，我国的突出矿井、高瓦斯矿井及部分低瓦斯矿井均开展了广泛的瓦斯抽采工程。瓦斯抽采钻孔施工后，其周围一定范围煤体的应力得到释放并发生变形，在煤体变形过程中产生大量几何特性各异的裂隙，为瓦斯解吸及流动提供了条件。裂隙发育范围内的煤层透气性大，是抽采的主要瓦斯源，但是这个范围很小，其半径一般不大于5 m。裂隙发育范围之外的煤层为原始煤体，透气性差，其赋存瓦斯很难被抽出。当前，瓦斯抽采过程中瓦斯泵产生的负压为连续性负压，即在瓦斯抽采管路和抽采钻孔中只存在由煤层流向瓦斯泵的抽出气流。单向气流使钻孔周围的裂隙具有收缩趋势，限制了裂隙向煤层深部发育，因此造成距钻孔较远处原始煤层的瓦斯无法大量解吸及抽出，导致钻孔的抽采瓦斯源较少。基于上述分析及工程实践，采用现有的瓦斯抽采方法时，钻孔的抽采半径小，瓦斯抽采流量及浓度衰减速度快，有效抽采时间较短。对于透气性差的煤层，上述问题更加显著。为提高钻孔周围煤层的透气性，目前主要采用水力压裂、深孔爆破等技术方法，然而都存在一定问题。如采用水力压裂方法时，虽然增大了煤层的裂隙，但煤体吸水饱和后， 其透气性降低，不能加速解吸瓦斯的流动，此外煤体遇水后成泥糊状对裂缝起到堵塞作用， 因此不能提高瓦斯抽采量。采用深孔爆破方法时，松动爆破后，钻孔瓦斯抽采量在较短时间内(最多几天)可以增加几倍，但很快就下降枯竭，钻孔总瓦斯抽采量的增加并不显著。
发明内容
技术问题本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种方法简单、设备紧凑、钻孔抽采半径大、抽采效果好的抽压交替的瓦斯抽采方法及设备。技术方案本发明的抽压交替的瓦斯抽采方法，包括如下步骤
a.在煤矿井下瓦斯泵前后的抽采主管路上通过前、后三通球阀并联一旁通管路，在前三通球阀前部的抽采主管路上连接装有单向进气阀的高压储气罐，并在高压储气罐的前部连接一出口控制球阀、高压储气罐的后部连接由补气控制球阀控制的补气管路，补气管路连接在后三通球阀和瓦斯泵之间的抽采主管路上；
b.将瓦斯抽采钻孔中的瓦斯抽采管与抽采主管路相连接进行瓦斯抽采；
c.控制前、后三通球阀，使后三通球阀通路A和后三通球阀通路B相连通、前三通球阀通路A和前三通球阀通路B相连通，关闭补气控制球阀和出口控制球阀，此时，煤层中的瓦斯经瓦斯抽采钻孔和瓦斯抽采管汇集流入抽采主管路中，然后依次经后三通球阀、瓦斯泵和前三通球阀流入高压储气罐内；
当高压储气罐中的气体压力升高到0.3 MI^a时，打开出口控制球阀，使高压储气罐中的瓦斯经抽采主管路向外输送；
当高压储气罐的气体压力降低到0. 1 MI^时，关闭出口控制球阀；
d.瓦斯抽采5 10min后，控制前、后三通球阀，使后三通球阀通路A和后三通球阀通路C相连通、前三通球阀通路A和前三通球阀通路C相连通，打开补气控制球阀，关闭出口控制球阀，使高压储气罐中的瓦斯经补气管路进入抽采主管路，再经瓦斯泵、前三通球阀、 旁通管路、后三通球阀、抽采主管路和瓦斯抽采管反向压入瓦斯抽采钻孔内，向瓦斯抽采钻孔内压入气体的时间为3 5min ；
当高压储气罐中的气体压力小于外界空气压力时，外界空气通过单向进气阀进入高压储气罐内，以满足反向压入瓦斯抽采钻孔内的气量；
e.重复步骤c、d，交替实施抽气和压气，使瓦斯抽采钻孔和瓦斯抽采管内交替出现抽出气流和压入气流，直至抽采的瓦斯浓度降低到16%以下，停止抽压。所述压入气流的压力为0. 03MPa 0. 2 MPa0本发明的抽压交替的瓦斯抽采设备，包括瓦斯抽采管、与瓦斯抽采管相连的抽采主管路、设在抽采主管路上的瓦斯泵，在所述瓦斯泵的前后抽采主管路上设有前、后三通球阀，经前、后三通球阀连接有与瓦斯泵相并联的旁通管路，前三通球阀前部的抽采主管路上连有高压储气罐，高压储气罐前部安设有出口控制球阀，高压储气罐的后部设有连接在后三通球阀和瓦斯泵之间抽采主管路上的补气管路，补气管路上设有补气控制球阀，高压储气罐的底部设有单向进气阀。有益效果本发明能有效增大瓦斯抽采钻孔的抽采半径，提高钻孔的瓦斯抽采总量。通过在瓦斯抽采钻孔中交替出现抽出气流和压入气流，使钻孔周围煤体的裂隙反复承受收缩和膨胀的作用(交变应力)，当煤体达到疲劳极限后发生局部断裂，从而使裂隙不断扩大并向深部逐渐发育。当深部原始煤层的透气性增大后，其瓦斯可逐渐解吸并被抽出，从而增大钻孔的瓦斯抽采半径，并提高钻孔的瓦斯抽采总量。此方法及设备简单，操作方便， 成本低，不仅增大了钻孔的瓦斯抽采半径，而且提高了钻孔的瓦斯抽采总量，具有广泛的实用性。
图1是本发明的抽压交替的瓦斯抽采结构示意图。图中瓦斯抽采钻孔一 1，抽出气流一 2，压入气流一 3，裂隙一 4，瓦斯抽采管一 5， 抽采主管路一 6，后三通球阀一 7，瓦斯泵一 8，旁通管路一 9，前三通球阀一 10，补气管路一 11，补气控制球阀一 12，高压储气罐一 13，单向进气阀一 14，出口控制球阀一 15。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述
本发明的抽压交替的瓦斯抽采方法，由于瓦斯抽采钻孔1施工完成后，其周围一定范围内的煤体由于卸压而发生一定变形，同时产生大量裂隙4，为瓦斯解吸及流动提供了条件。首先在煤矿井下瓦斯泵8前后的抽采主管路6上通过前、后三通球阀10、7并联旁通管路9，在前三通球阀10前部的抽采主管路6上连接高压储气罐13，高压储气罐13的前部连接出口控制球阀15，高压储气罐13的后部连接由补气控制球阀11控制的补气管路12，补气管路12连接在后三通球阀7和瓦斯泵8之间的抽采主管路6上，高压储气罐13的下部安装单向进气阀14，向瓦斯抽采钻孔1中送入瓦斯抽采管5并进行封孔后，将瓦斯抽采钻孔 1中的瓦斯抽采管5与抽采主管路6相连接，通过瓦斯泵8开始进行瓦斯抽采。控制前、后三通球阀10、7，使后三通球阀通路A和后三通球阀通路B相连通、前三通球阀通路A和前三通球阀通路B相连通，关闭补气控制球阀11和出口控制球阀15，使煤层中的瓦斯经瓦斯抽采钻孔1和瓦斯抽采管5汇集流入抽采主管路6中，然后依次经后三通球阀7、瓦斯泵8和前三通球阀10流入高压储气罐13内，抽采系统中气体的流动路径为 裂隙4 —瓦斯抽采钻孔1—瓦斯抽采管5 —抽采主管路6 —后三通球阀7 —瓦斯泵8—前三通球阀10 —高压储气罐13，此时瓦斯抽采管5和瓦斯抽采钻孔1中为抽出气流2，系统处在瓦斯抽采状态。在抽气阶段初期，出口控制球阀15为关闭状态，随着抽采的不断进行， 高压储气罐13的气体压力不断升高，当高压储气罐13中的气体压力升高到0. 3 MPa时，打开出口控制球阀15，使高压储气罐13中的瓦斯经抽采主管路6向外输送；当高压储气罐13 的气体压力降低到0. 1 MPa时，关闭出口控制球阀15。当瓦斯抽采5 10 min后，控制前、后三通球阀10、7，使后三通球阀通路A和后三通球阀通路C相通、前三通球阀通路A和前三通球阀通路C相通，打开补气控制球阀11，关闭出口控制球阀15，使高压储气罐13中的瓦斯经补气管路12进入抽采主管路6，再经瓦斯泵8、前三通球阀10、旁通管路9、后三通球阀7、抽采主管路6和瓦斯抽采管5反向压入瓦斯抽采钻孔1，抽采系统中气体的流动路径为高压储气罐13 —补气管路12 —抽采主管路 6 —瓦斯泵8 —前三通球阀10 —旁通管路9 —后三通球阀7 —抽采主管路6 —瓦斯抽采管5 —瓦斯抽采钻孔1 —裂隙4，此时瓦斯抽采管5和瓦斯抽采钻孔1中为压入气流3，压入气流3的压力为0. 03MPa 0. 2 MPa,向瓦斯抽采钻孔1内压入气体的时间为3 5min。 压入气源为高压储气罐13中的已抽采瓦斯，主要为防止下一个抽压周期中的抽采瓦斯浓度大幅度下降。当高压储气罐13中的气体压力小于外界空气压力，即出现负压状态时，外界空气通过单向进气阀14进入高压储气罐13内，以满足反向压入瓦斯抽采钻孔1内的气量。重复抽气和压气，使瓦斯抽采钻孔1和瓦斯抽采管5内交替出现抽出气流2和压入气流3，直至抽采的瓦斯浓度降低到16%以下，停止抽压。本发明的抽压交替的瓦斯抽采设备，包括瓦斯抽采管5、与瓦斯抽采管5相连的抽采主管路6、设在抽采主管路6上的瓦斯泵8，瓦斯泵8的前后抽采主管路6上设有前、后三通球阀10、7，经前、后三通球阀10、7连接有与瓦斯泵8相并联的旁通管路9，前三通球阀10 前部的抽采主管路6上连有高压储气罐13，高压储气罐13的前部安设有出口控制球阀15， 高压储气罐13的后部设有连接在后三通球阀7和瓦斯泵8之间抽采主管路6上的补气管路12，补气管路12上设有补气控制球阀11，在高压储气罐13的底部设有单向进气阀14，可实现外界空气在一定条件下向高压储气罐13的单向流动，而高压储气罐13中的瓦斯在任何条件下都不会流出；出口控制球阀15连接的抽采主管路6为向外输送瓦斯的管路。后三通球阀7、前三通球阀10、补气控制球阀11和出口控制球阀15均为电动智能调节阀门，可实现不同时间间隔的状态自动转换。瓦斯泵8运行过程中，通过后三通球阀7、前三通球阀10和补气控制球阀11的状态转换可改变抽采主管路6中的气流方向，实现瓦斯抽采管5和瓦斯抽采钻孔1中交替出现抽出气流2和压入气流3。后三通球阀7包括后三通球阀通路 A、后三通球阀通路B和后三通球阀通路C，前三通球阀10包括前三通球阀通路A、前三通球阀通路B和前三通球阀通路C ；后三通球阀通路C与前三通球阀通路C连接旁通管路9，后三通球阀通路B和前三通球阀通路A通过抽采主管路6与瓦斯泵8相连接。
权利要求
1.一种抽压交替的瓦斯抽采方法，其特征在于包括如下步骤a.在煤矿井下瓦斯泵(8)前后的抽采主管路(6)上通过前、后三通球阀(10、7)并联一旁通管路(9)，在前三通球阀(10)前部的抽采主管路(6)上连接装有单向进气阀(14)的高压储气罐(13)，并在高压储气罐(13)的前部连接一出口控制球阀(15)、高压储气罐(13)的后部连接由补气控制球阀(11)控制的补气管路(12)，补气管路(12)连接在后三通球阀(7) 和瓦斯泵(8)之间的抽采主管路(6)上；b.将瓦斯抽采钻孔(1)中的瓦斯抽采管(5)与抽采主管路(6)相连接进行瓦斯抽采；c.控制前、后三通球阀(10、7)，使后三通球阀通路A和后三通球阀通路B相连通、前三通球阀通路A和前三通球阀通路B相连通，关闭补气控制球阀(11)和出口控制球阀(15)， 此时，煤层中的瓦斯经瓦斯抽采钻孔(1)和瓦斯抽采管(5)汇集流入抽采主管路(6)中，然后依次经后三通球阀(7)、瓦斯泵(8)和前三通球阀(10)流入高压储气罐(13)内；当高压储气罐(13)中的气体压力升高到0. 3 MPa时，打开出口控制球阀(15)，使高压储气罐(13)中的瓦斯经抽采主管路(6)向外输送；当高压储气罐(13)的气体压力降低到0. 1 MPa时，关闭出口控制球阀(15)；d.瓦斯抽采5 10min后，控制前、后三通球阀(10、7)，使后三通球阀通路A和后三通球阀通路C相连通、前三通球阀通路A和前三通球阀通路C相连通，打开补气控制球阀 (11)，关闭出口控制球阀(15)，使高压储气罐(13)中的瓦斯经补气管路(12)进入抽采主管路(6)，再经瓦斯泵(8)、前三通球阀(10)、旁通管路(9)、后三通球阀(7)、抽采主管路(6) 和瓦斯抽采管(5)反向压入瓦斯抽采钻孔(1)内，向瓦斯抽采钻孔(1)内压入气体的时间为 3 5min ；当高压储气罐(13)中的气体压力小于外界空气压力时，外界空气通过单向进气阀 (14)进入高压储气罐(13)内，以满足反向压入瓦斯抽采钻孔(1)内的气量；e.重复步骤c、d，交替实施抽气和压气，使瓦斯抽采钻孔(1)和瓦斯抽采管(5)内交替出现抽出气流(2)和压入气流(3)，直至抽采的瓦斯浓度降低到16%以下，停止抽压。
2.根据权利要求1所述的一种抽压交替的瓦斯抽采方法，其特征在于所述压入气流 (3)的压力为 0. 03MPa 0. 2 MPa。
3.一种实现上述权利要求所述方法的抽压交替的瓦斯抽采设备，包括瓦斯抽采管 (5)、与瓦斯抽采管(5)相连的抽采主管路(6)、设在抽采主管路(6)上的瓦斯泵(8)，其特征在于在所述瓦斯泵(8)的前后抽采主管路(6)上设有前、后三通球阀(10、7)，经前、后三通球阀(10、7)连接有与瓦斯泵(8)相并联的旁通管路(9)，前三通球阀(10)前部的抽采主管路(6)上连有高压储气罐(13)，高压储气罐(13)前部安设有出口控制球阀(15)，高压储气罐(13)的后部设有连接在后三通球阀(7)和瓦斯泵(8)之间抽采主管路(6)上的补气管路(12)，补气管路(12)上设有补气控制球阀(11)，高压储气罐(13)的底部设有单向进气阀 (14)。
全文摘要
一种抽压交替的瓦斯抽采方法及装备，适用于增大瓦斯抽采钻孔的抽采半径，提高钻孔的瓦斯抽采总量。在瓦斯泵前后的抽采主管路上通过前、后三通球阀并联旁通管路，在前三通球阀前部的抽采主管路上连接高压储气罐，高压储气罐后部连接由补气控制球阀控制的补气管路，补气管路连接在后三通球阀和瓦斯泵之间的抽采主管路上，将瓦斯抽采钻孔中的瓦斯抽采管与抽采主管路相连接进行瓦斯抽采；在瓦斯泵运行过程中，通过控制前、后三通球阀、补气控制球阀和出口控制球阀的状态，使瓦斯抽采钻孔交替出现抽出气流和压入气流，钻孔周围煤体裂隙在交变应力作用下不断扩大并向深部逐渐发育，从而提高钻孔的瓦斯抽采总量。其方法和设备简单，操作方便，成本低。
文档编号E21F7/00GK102352768SQ20111031759
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者刘应科, 刘春 , 史波波, 周福宝, 宋小林, 庞叶青, 王圣程, 高峰 申请人:中国矿业大学