专利名称：一种利用微波加热煤层的抽采装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种利用微波技术加热煤层的抽采装置，属于煤层气抽采技术领域，适合于高瓦斯低透气煤层抽放瓦斯。
背景技术：
我国大部分煤矿都是高瓦斯矿井，而煤与瓦斯突出，瓦斯爆炸等灾害现象是煤矿开采中严重的自然灾害，随着矿井开采深度和规模的逐步加大，煤层瓦斯含量逐渐增大，瓦斯灾害也愈发严重，不仅影响煤矿安全高效生产，而且威胁矿井人员安全，严重影响我国煤矿安全生产和经济持续稳定发展。目前高瓦斯矿井在进行开采之前都要对煤层进行瓦斯抽采，主要的抽采方法有地面钻井实施瓦斯抽放，本煤层钻孔瓦斯抽放，临近煤层巷道钻孔联合抽采，相邻煤层穿层钻孔抽采等方法。其基本原理是在煤层中钻孔进行负压抽放，钻孔周围压力高的瓦斯向钻孔的低压区流动。但由于我国大部分煤层属于低渗透煤层，导致这种负压抽放对低渗透煤层达不到理想的效果，且抽放时间较长，影响煤矿的安全高效生产。温度对煤层瓦斯吸附能力有明显的影响，温度越高，煤吸附瓦斯量越小。用以下经验公式确定温度对瓦斯吸附量的影响:Xt = X0e_nt
式中Xt、Xtl-温度分别为t°C和(TC时煤的吸附瓦斯量，m3/tt-煤的温度，V ；n-与瓦斯压力有关的常数；n = 0.02/ (0.993+0.07P) ；P-瓦斯压力，MP。微波是指频率在0.3 300GHz之间的超高频电磁波，自1950年第一次发现微波可以用来对物质加热以来，微波热效应研究得到快速发展，广泛用于工业领域和居民生活中。微波具有加热速度快、效率高、操作方便、非接触性、物体的升温不是通过热传输而是通过外场与物体相互作用完成等优点。因此利用微波加热煤层有利于煤层中瓦斯的解析，减少煤层抽放瓦斯的时间，提高瓦斯抽放的效果。
发明内容
本发明的目的在于能够有效的解决高瓦斯低透气煤层瓦斯抽采过程中的难题，提供了一种利用微波加热煤层抽采瓦斯的方法，该方法能够提高煤层的渗透能力，增强煤层解析瓦斯的能力，加快瓦斯的抽采速率及提高抽采率。本发明所采用的技术方案如下:在原有抽采系统的基础上，每一个抽采钻孔的前端安装一个螺旋的微波天线，抽采钻孔的间距根据螺旋天线所能覆盖的范围而定，即为天线所覆盖范围的直径距离。当抽采系统调试完毕后，启动微波发生器，给每一个抽采钻孔加热，将煤层加热到80°c -200°C,井下煤层在高温下产生更多的微裂纹或微裂隙，吸附瓦斯将迅速解吸为游离瓦斯，游离瓦斯的增多导致煤层瓦斯体积的变大，继而瓦斯压力增大，有利于煤层瓦斯的流动，在负压抽放钻孔的作用下提高瓦斯的抽采速率。所述的利用微波加热煤层的抽采装置，对于深盆气、页岩气等非常规天然气领域的抽采同样适用。本发明的具体步骤是:1.向进行瓦斯抽采的煤层打钻孔，并对煤层进行锚网和锚杆加固，防止加热过程中煤层瓦斯压力过大导致煤与瓦斯突出事故。2.将带有螺旋天线的抽放管放入钻孔内，使抽放管前端的螺旋天线距煤层长度约为 0.6-1.0m03.上述的抽放管与钻孔之间采用耐高温水泥注浆充填。4.将带有螺旋天线的抽放管与微波发生器连接，并启动微波发生器产生915MHz的超高频电磁波，经电缆，由控制器分配给各螺旋天线，将煤层温度控制在80°C -200°C内。5.打开地面负压抽采系统，对加热煤层进行抽采。本发明所述的利用微波加热煤层抽采瓦斯方法，能够提高煤层瓦斯压力，增加瓦斯流速，增大煤层渗透性，加快煤层瓦斯的解吸速度，从而能够更加高效快速的抽采瓦斯。
图1是煤层表面钻孔布置图。图2是本发明利用微波加热煤层装置的结构示意图。图3是本发明的利用微波加热煤层的方法流程图。图中:1_抽放管、2-耐高温水泥注浆、3-锚网、4-锚杆、5-抽采煤层、6_前置罩、7_螺旋天线、8-电缆、9-微波发生器、10-控制器、11-降温装置、12-排瓦斯管路。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细的描述:如图1所示，本发明中利用微波加热煤层的抽采装置主要是由抽放管、螺旋式天线、前置罩、电缆、微波发生器、控制器、降温装置、瓦斯排放管组成，其中:螺旋式天线的长度为采用微波波长的1/4左右，微波发生器的频率为915MHz，前置罩外壁为具有透气性的滤网。首先选择被抽采煤层(5)，向指定的位置打抽放钻孔，相邻钻孔之间的间隔等于或稍大于螺旋天线的穿透直径，并对打钻孔煤层进行锚网(3)和锚杆(4)加固处理。将装有螺旋天线的抽放管⑴放入钻孔内，使抽放管前端的前置罩(6)距煤层长度约为0.6-1.0m0采用耐高温水泥注浆(2)把抽放管和钻孔之间的孔隙填满。将带有螺旋天线的抽放管(I)与微波发生器(9)连接，并启动微波发生器产生915MHz的超高频电磁波，经电缆(8)，并分配给各螺旋天线(7)，将煤层温度加热到800C -200°C内。同时打开地面负压抽采系统,对加热煤层进行抽采。本发明所述的利用微波加热煤层抽采瓦斯方法，能够快速有效的把抽采煤层加热到80°C -200°C内，能够有效提高煤层瓦斯压力，增加瓦斯流速，在煤层内产生更多的微裂纹或微裂隙，增大煤层渗透性，加快煤层瓦斯的解吸速度，从而达到高瓦斯低渗透性煤层的高效抽采目的。
权利要求
1.一种利用微波加热煤层的抽采装置及方法，包括:它包括抽放管(I)、螺旋式天线(7)、前置罩(6)、电缆(8)、微波发生器(9)、控制器(10)、降温装置(11)、瓦斯排放管(12)等。其特征在于:选择抽采煤层(5)向指定位置打钻孔(I)，并在抽采煤层表面铺上锚网⑶及打锚杆⑷加固煤层，把带有螺旋天线(7)的抽放管放入钻孔内，距前方煤层约0.6-1.0m，用耐高温水泥注浆(2)进行封孔，打开微波发生器(9)加热抽采煤层到800C-2000C。
2.—种如上述权利要求所述装置的利用微波加热煤层的抽采方法，其特征在于包括如下步骤: a.向进行瓦斯抽采的煤层(5)打钻孔，并对煤层进行锚网(3)和锚杆(4)加固，防止加热过程中煤层瓦斯压力过大导致煤与瓦斯突出事故。
b.将带有螺旋天线(7)的抽放管(I)放入钻孔内，让抽放管(I)前端的螺旋天线距煤层长度约为0.6_1.0m。
c.上述的抽放管(I)与钻孔之间采用耐高温水泥注浆(2)充填。
d.将带有螺旋天线的抽放管(I)与微波发生器(9)连接，并启动微波发生器产生915MHz的超高频电磁波，经电缆(8)，由控制器(10)分配给各螺旋天线(7)，将煤层温度控制在 800C-2000C 内。
e.打开地面负压抽采系统，对加热煤层进行抽采。
3.根据权利要求1所述的利用微波加热煤层抽采装置，其特征在于所采用的微波发生器(9)的频率为915MHz。
4.根据权利要求1所述的利用微波加热煤层抽采装置及方法，其特征在于:利用本微波加热煤层的装置对于深盆气、页岩气等非常规天然气领域的抽采同样适用。
全文摘要
一种利用微波加热煤层的抽采装置及方法，装置主要有抽放管(1)、螺旋式天线(7)、前置罩(6)、电缆(8)、微波发生器(9)、控制器(10)、降温装置(11)、瓦斯排放管(12)等组成。本发明解决现有抽采方法抽采率低、抽采缓慢的问题。其特征在于首先选择抽采煤层向指定位置打钻孔，并在抽采煤层表面铺上锚网及打钻杆加固煤层，把带有螺旋天线的抽放管放入钻孔内，距前方煤层约0.6-1.0m，用耐高温水泥注浆进行封孔，打开微波发生器加热抽采煤层到80℃-200℃，煤层被加热以后，加快了瓦斯的解吸速度，游离瓦斯的增多导致煤层瓦斯体积的变大，进而瓦斯压力增大，有利于提高煤层瓦斯在负压抽放钻孔下的瓦斯抽采率。
文档编号E21F7/00GK103114871SQ20131006639
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者刘永杰, 李永冲, 赵倩, 廖俊生, 王冉庆, 苏飞 申请人:刘永杰