[發明專利]一種地熱能量提取提高瓦斯抽采率的方法

有效

• 申請號: 201711058422.4
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107782004B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 朱傳杰;楊凱;林柏泉;盧細苗;高子善
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: F24T10/40
• 分類號: F24T10/40
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發明公開了一種地熱能量提取提高瓦斯抽采率的方法，首先在熱源巖層中施工鉆孔并埋設集熱熱管，通過工質的蒸發和冷凝，集熱熱管將熱量迅速轉移到集熱水箱中。集熱水箱和熱源水箱通過換熱器進行熱量交換，熱源水箱中的水被加熱。加熱熱管布置在瓦斯抽采鉆孔中，由熱源水箱通過加熱熱管對抽采煤層加熱，隨著加熱熱管內的工質在蒸發段和冷凝段不斷發生相變，熱量持續的傳遞到抽采煤層中。本方法傳熱效率高，不需要提供額外的直接熱源或化學物質反應熱源，抽采瓦斯的能耗及成本低，特別適用于煤礦井下低透氣、高吸附煤層的瓦斯抽采。

技術領域

本發明涉及一種提高瓦斯抽采率的方法，尤其是一種適用于煤礦井下低透氣、高吸附煤層的地熱能量提取提高煤礦井下瓦斯抽采效率的方法，屬于煤炭安全開采技術領域。

背景技術

瓦斯是煤礦生產中的主要危害因素。瓦斯含量的增加會降低空氣中的氧含量，進而人員因缺氧發生窒息事故；當瓦斯濃度達到5-16％且氧濃度超過12％時遇高溫熱源會發生瓦斯爆炸；具備一定條件的區域在開采中會發生煤與瓦斯突出事故。

現有的提高瓦斯抽采效率的方法都是通過人工干擾在煤層內形成裂隙和瓦斯運移通道，從而促進裂隙和通道附近的瓦斯解吸，然而人工形成的裂隙和通道有限，通常在實施這些技術方法后，煤層中還有大量的殘余瓦斯不能被抽放出來，這些殘余的瓦斯大部分會在煤炭開采過程中被釋放出來，隨通風風流直接排放到大氣中。

從現有的研究理論上來講，提高煤體的溫度可以大大降低煤層的瓦斯含量，也就可以大幅提高瓦斯抽采率。目前采用的煤層加熱提高瓦斯抽采率的方法都需要提供額外的直接熱源或化學物質反應熱源，通過這些熱源來加熱煤層或加熱二氧化碳、氮氣或高溫煙道氣等其他介質，然而煤的導熱能力較差，要實現煤層的加熱，需要大量的額外外部熱量，造成抽采瓦斯的能耗及成本較高。

值的注意的是，煤礦井下廣泛存在著地熱資源。地熱一般由巖石放熱、礦石氧化放熱、地熱水等因素產生，而總體而言，巖石放熱是井下地熱的主要熱源。有效合理的利用地熱，就能夠消除井下熱害的同時更有效地利用能源。

發明內容

技術問題：本發明的目的是要克服現有技術中的不足之處，提供一種充分利用煤礦井下蘊含的地熱資源，提高瓦斯抽采效率，能夠在實現向煤層傳遞熱量、促進吸附在煤體孔隙內部的瓦斯的解吸能力、保證瓦斯的抽放效果的前提下實現降低能耗和成本的地熱能量提取提高瓦斯抽采率的方法。

技術方案：本發明的地熱能量提取提高瓦斯抽采效率的方法，包括以下步驟：

a)在礦井熱源區間隔施工多個鉆孔,并在每個鉆孔中埋設集熱熱管，集熱熱管外露段一端布置在集熱水箱內，外露孔口至集熱水箱入口段的集熱熱管段上設有熱管保溫層，布置在集熱水箱內的集熱熱管段上均設有翅片，集熱熱管頭部設有端蓋，端蓋通過螺紋連接固定在集熱水箱內的銅制熱管舶上，通過銅制熱管舶將多個集熱熱管串聯固定，并進行封孔，以防止鉆孔內熱量散失；

b)向集熱水箱內注水，使水位沒過集熱熱管的翅片；

c)將連接在集熱水箱下部的集熱水箱熱水管和連接在集熱水箱上部的集熱水箱冷水管分別與換熱器的出入口連接在一起，通過水泵一使熱水通過集熱水箱熱水管注入換熱器內，經換熱器換熱后的冷水經過水泵二通過集熱水箱冷水管返回集熱水箱；

d)在需要加熱的煤層巷道內布置熱源水箱，將連接在熱源水箱上部的熱源水箱熱水管和連接在熱源水箱下部的熱源水箱冷水管分別與換熱器的出入口連接在一起，熱源水箱內的冷水經水泵三通過熱源水箱冷水管流入換熱器內，經換熱器熱交換后的熱水在水泵四的驅動下通過熱源水箱熱水管返回熱源水箱內；

e)在瓦斯抽采鉆孔中間隔安裝多個加熱熱管，多個加熱熱管的前端設在瓦斯抽放鉆孔中，后端設在熱源水箱內，加熱熱管的結構與集熱熱管布置在集熱水箱內的結構相同，方向相反；