[發明專利]一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置及其操作方法

有效

• 申請號: 201910614630.0
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110425002B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 夏同強;任紅運;周福寶;魏連江;于寶海;高可;何蛟飛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 周淑淑

一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置及其操作方法，包括一端深入煤層中的抽采支管(1)，抽采支管的另一端通過連接閥(2)與取氣裝置(3)的進氣口連接，在磁控罐的一端安裝電磁鐵Ⅰ(7)，對應電磁鐵Ⅰ的另一端安裝電磁鐵Ⅱ(8)，智能控制閥門Ⅰ、智能控制閥門Ⅱ、電磁鐵Ⅰ、電磁鐵Ⅱ均由控制裝置(9)進行控制；擋板安裝在磁控罐的進氣口與電磁鐵Ⅱ之間；帶有永磁鐵(11)的活塞可移動的安裝在擋板和電磁鐵Ⅱ之間，控制裝置通過控制電磁鐵Ⅰ、電磁鐵Ⅱ的磁性，通過與永磁鐵產生磁效應來驅動活塞移動；本發明通過改變磁控罐內部的儲氣空間，來實現瓦斯抽采鉆孔的近零負壓抽采和磁控罐高濃度瓦斯的外排，提高瓦斯抽采的濃度和效率。

技術領域

本發明涉及一種提高瓦斯抽采濃度的裝置，具體是一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置及其操作方法，屬于煤礦瓦斯抽采利用技術領域。

背景技術

瓦斯抽采是煤礦瓦斯災害的治本性措施，也是瓦斯資源化利用的最根本途徑。國家安全生產監督管理總局令【2015】82號文件發布了“先抽后掘、先抽后采、抽采達標”等強化煤礦瓦斯治理的10條規定；國家能源局【2016】34號文件《煤層氣勘探開發行動計劃》制定：2020年完成抽采量200億m³且利用率達60％以上的煤礦井下瓦斯抽采目標。煤層鉆孔瓦斯抽采作為高瓦斯、煤與瓦斯突出煤層區域性瓦斯災害治理和資源化利用的最主要技術措施，在井下得到廣泛的應用。2016年煤礦瓦斯抽采量128m³，利用率37.5％，距離目標“60％以上”還相差甚遠；究其原因，我國煤礦90％以上的煤層瓦斯抽采工程投入-產出極不平衡，瓦斯抽采濃度小、達標效率和達標率低，煤層瓦斯平均抽采率僅為23％；特別地，因煤層鉆孔群和管路聯合漏氣(簡稱管網漏氣)引起瓦斯濃度沿管網氣流方向逐漸衰減，多數礦井煤層瓦斯抽采系統主管路濃度不足10％，甚至低于5％。當管網瓦斯濃度處于5-16％(爆炸極限范圍)時還可能誘發瓦斯燃爆風險。如2015年10月26日，某礦發生瓦斯抽采管路燃爆事故造成1人死亡。

分析我國瓦斯抽采濃度普遍偏低的主要原因是因為我國煤礦瓦斯抽采是負壓引流式抽采；其原理是利用抽采負壓將煤層中的解吸的瓦斯引流到煤層抽采鉆孔中，然后再經抽采管網輸運出來加以利用或排空。負壓抽采必然會造成在鉆孔抽采瓦斯過程中，將巷道中的空氣引入到抽采系統中，造成瓦斯抽采濃度逐漸衰減。為提高瓦斯抽采的濃度，傳統的做法是提高鉆孔密封的質量。近年來涌現出許多新型封孔技術，如固相顆粒二次密封技術、囊袋式封孔技術等；雖然上述技術能在一定程度上提高鉆孔密封質量，提高瓦斯高濃度抽采的有效期，但受到瓦斯賦存、地質條件和巷道漏風裂隙的限制，這些技術仍不能有效地解決瓦斯抽采濃度整體偏低的問題；事實上瓦斯抽采濃度低的根本原因主要是孔口較低負壓的引流瓦斯產生的負效應(攜帶空氣滲入)作用；大量的理論和工程實踐已經證明提高抽采負壓對抽采瓦斯純量影響卻不大，因此，解決瓦斯抽采濃度偏低的關鍵就是使抽采孔口的壓力基本和巷道氣壓平衡，消除抽采時的漏氣壓力梯度，從根本上消除漏氣問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置及其操作方法，通過改變磁控罐內部的儲氣空間，來實現瓦斯抽采鉆孔的近零負壓抽采和磁控罐高濃度瓦斯的外排，在此過程中，可以消除瓦斯抽采過程中漏氣的壓力梯度，解決鉆孔抽采過程中的大面積、大流量漏氣問題，提高瓦斯抽采的濃度和效率。

為了實現上述目的，本發明提供一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置，包括一端深入煤層中的抽采支管，抽采支管的另一端通過連接閥與取氣裝置的進氣口連接，還包括磁控罐和控制裝置，在取氣裝置的出氣口與磁控罐的進氣口連接的管路上安裝智能控制閥門Ⅰ，磁控罐的出氣口的管路上安裝智能控制閥門Ⅱ；

在磁控罐的一端安裝電磁鐵Ⅰ，對應電磁鐵Ⅰ的另一端安裝電磁鐵Ⅱ，所述的智能控制閥門Ⅰ、智能控制閥門Ⅱ、電磁鐵Ⅰ、電磁鐵Ⅱ均由控制裝置進行控制；電磁鐵Ⅰ、電磁鐵Ⅱ的工作磁極是一致的；

在磁控罐內部設置擋板，擋板垂直于磁控罐側面并環繞側面一周安裝在磁控罐的進氣口與電磁鐵Ⅱ之間，并靠近磁控罐的進氣口端；