基于相变储热材料的煤层瓦斯强化抽采方法及抽采系统与流程

本发明属于瓦斯开采技术领域，特别涉及一种基于相变储热材料的煤层瓦斯强化抽采方法及抽采系统。

背景技术：

煤炭是我国的主体能源，与采煤伴生的瓦斯灾害是一直是制约煤矿安全生产的一大难题。随着开采深度和开采强度的不断增加，井下瓦斯涌出量越来越大，瓦斯超限频发，瓦斯突出和瓦斯爆炸危险性日益严重。高效抽采煤层瓦斯是防治瓦斯灾害的根本性办法。

在煤层增透强化瓦斯抽采方面，国内外常用的瓦斯治理措施主要包括松动爆破和水力压裂。以上两种能在一定程度上促进瓦斯抽采，但普遍存在影响范围小、作用效果有限的问题，无法满足煤矿生产需要。其中，松动爆破还容易诱导大量瓦斯突然释放，引发瓦斯次生灾害；水力压裂致裂煤体后，煤中残留大量水分，由此会堵塞瓦斯流动通道，阻挡瓦斯解吸、渗流、扩散，不利于瓦斯抽采，瓦斯灾害也难以得到有效防治。因此，针对现有瓦斯抽采技术的不足，急需一种新型瓦斯抽采方法，大幅提高瓦斯抽采效果，以满足煤矿安全生产需要。

物质的存在通常认为有三态，物质从一种状态变到另外一种状态叫相变。相变的形式有以下四种：(1)固-液相变；(2)液-汽相变；(3)固-汽相变；(4)固-固相变。相变过程中伴有能量的吸收或释放，我们就可以利用相变过程中有能量的吸收和释放现象，利用相变材料来存储能量。

相变储能材料有多种，如由上海工程技术大学申请，专利号为zl201510742887.6，名称为一种复合相变储能材料及其制备方法就提供了其中一种，又如由沈阳化工研究院有限公司申请，专利号为zl201510259828.3，名称为一种改性二氧化硅定型相变储能材料及其制备方法又提供了一种。

技术实现要素：

有鉴于现有技术中影响煤层范围小、作用效果有限、次生灾害和堵塞瓦斯流动通道的问题，本发明提供一种基于相变储热材料的煤层瓦斯强化抽采方法，所要解决的技术问题增大对煤层的影响范围，避免瓦斯突然释放造成的次生灾害，避免堵塞煤层中瓦斯流动的通道，进而大幅度提高瓦斯抽采效果，以满足煤矿安全生产需要。

本发明的目的之一是提供一种基于相变储热材料的煤层瓦斯强化抽采方法，包括如下步骤：

1)钻孔：在煤层中施工一个瓦斯抽采孔，在所述瓦斯抽采孔的底端再施工一个煤层预热孔；

2)建立抽采系统：在所述煤层外设置有用于储存相变储热材料的存储仓，该存储仓接通有输送钢管，且该输送钢管伸入到所述煤层预热孔内部，所述煤层外还设置有瓦斯管网，该瓦斯管网上连接有瓦斯抽采管，该瓦斯抽采管伸入到瓦斯抽采孔内；抽采系统连接完成后，用封孔器对瓦斯抽采孔进行密封；

3)加热煤层：通过存储仓和输送钢管向煤层预热孔内输入相变储热材料，利用相变储热材料的温度高于所述煤层的温度来对该煤层进行加热；

4)开采瓦斯：保持瓦斯抽采管到瓦斯管网的接通通畅，所述煤层中的瓦斯通过瓦斯抽采孔流入到瓦斯抽采管，并进入到瓦斯管网。

本发明中所提供的瓦斯抽采方法，基本原理是利用相变储热材料，将该相变储热材料灌入到煤层中，由于该相变储能材料的温度较高，遇到温度较低的煤层会产生相变，并放出热量，对煤层进行加热。煤层吸收热量后，温度升高，区域煤层温度控制在一定范围内，使煤层中的原始水分蒸发，疏解了瓦斯运移通道；此外，瓦斯在升温作用下分子热运动增强，煤层中的吸附态瓦斯不断解吸为游离态瓦斯，瓦斯解吸扩散速率加快，并通过煤中裂隙流向瓦斯抽采孔，经过瓦斯抽采管后达到井下瓦斯管网，进行瓦斯抽采。

进一步，所述瓦斯抽采孔的长度为30m-50m。

进一步，所述瓦斯抽采孔的直径为110mm-140mm。

进一步，所述煤层预热孔的长度为40m-60m。

进一步，所述煤层预热孔的直径为25mm-55mm。

进一步，所述相变储热材料在输送过程中通过计量器对输送量进行计量和显示，通过输送泵对输送提供动力，并控制流量，进而控制所述煤层内的温度。

通过对相变储热材料流量的控制以实现对煤层内温度进行控制，将温度控制在合适的范围内，利于蒸发水分，疏通瓦斯运移通道，同时增强瓦斯分子的热运动。

进一步，所述煤层内温度场的温度控制在55℃-60℃。

本发明的目的之二是提供一种用于相变储热材料进行煤层瓦斯强化抽采的抽采系统，包括存储仓和计量器，所述存储仓和计量器接通，且所述计量器上连接有伸入煤层的输送钢管；

还包括瓦斯管网，所述瓦斯管网上连接有伸入煤层的瓦斯抽采管。

存储仓用来存储相变储热材料，计量器用来对输送的相变储热材料进行流量统计和显示，以将温度控制的情况进行量化掌握。

进一步，所述输送钢管上设置有输送泵。

进一步，所述瓦斯抽采管上设置有阀门。

有益效果：本发明构思新颖、设计巧妙且结构合理，利用相变储热材料放热对煤层进行加热，以保持在一定的温度范围，帮助煤层里面的水分蒸发，疏通瓦斯的流动通道，同时也加快瓦斯的流动扩散，提高了开采效率，避免了开采的风险。

附图说明

图1是本发明正视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例一

如图1所示的一种基于相变储热材料的煤层瓦斯强化抽采方法，其特征在于包括如下步骤：

1)钻孔：在煤层7中施工一个瓦斯抽采孔5，瓦斯抽采孔5的长度为30m-50m，瓦斯抽采孔5的直径为110mm-140mm，在瓦斯抽采孔5的底端再施工一个煤层预热孔11，煤层预热孔11的长度为40m-60m，煤层预热孔11的直径为25mm-55mm；

2)建立抽采系统：在煤层7外设置有用于储存相变储热材料的存储仓1，该存储仓1接通有输送钢管6，且该输送钢管6伸入到煤层预热孔11内部，煤层7外还设置有瓦斯管网10，该瓦斯管网10上连接有瓦斯抽采管8，该瓦斯抽采管8伸入到瓦斯抽采孔5内；抽采系统连接完成后，用封孔器4对瓦斯抽采孔5进行密封；

3)加热煤层：通过存储仓1和输送钢管6向煤层预热孔11内输入相变储热材料，利用相变储热材料的温度高于煤层7的温度来对该煤层7进行加热；

4)开采瓦斯：保持瓦斯抽采管8到瓦斯管网10的接通通畅，煤层7中的瓦斯通过瓦斯抽采孔5流入到瓦斯抽采管8，并进入到瓦斯管网10。

在具体实施过程中，作为一种优选的技术方案，相变储热材料在输送过程中通过计量器2对输送量进行计量和显示，通过输送泵3对输送提供动力，并控制流量，进而控制煤层7内的温度。煤层7内温度场的温度控制在55℃-60℃。

本实施例在具体实施过程中，所采用的相变储热材料为无机盐相变蓄能材料，主要成分为硬脂酸和二氧化钛，其他为常规添加剂，其中硬脂酸的占比为25％，所形成的无机盐相变蓄能材料熔点为53.84℃,熔化潜热为47.82kj/kg,凝固点为53.31℃,凝固潜热为46.60kj/kg,具有很好的稳定性。

本发明中的基本原理是利用相变储热材料，将该相变储热材料灌入到煤层中，由于该相变储能材料的温度较高，遇到温度较低的煤层会产生相变，并放出热量，对煤层进行加热。煤层吸收热量后，温度升高，区域煤层温度控制在一定范围内，使煤层中的原始水分蒸发，疏解了瓦斯运移通道。此外，瓦斯在升温作用下分子热运动增强，煤层中的吸附态瓦斯不断解吸为游离态瓦斯，瓦斯解吸扩散速率加快，并通过煤中裂隙流向瓦斯抽采孔，经过瓦斯抽采管后达到井下瓦斯管网，实现煤层瓦斯强化抽采。

如图1所示，具体是在煤层7钻瓦斯抽采孔5来进行瓦斯的抽采，在瓦斯抽采孔5底部钻煤层预热孔11，并将相变储热材料通过输送钢管6灌入到该煤层预热孔11内，进行煤层的预热。被加热的煤层会挥发出瓦斯气体，进入到直径较粗的瓦斯抽采孔5内，然后通过瓦斯抽采管8进行瓦斯抽采，抽采的瓦斯进入到瓦斯管网10里面，向外输送。

实施例二

如图1所示，一种用于相变储热材料进行煤层瓦斯强化抽采的抽采系统，具有存储仓1和计量器2，存储仓1和计量器2接通，且计量器2上连接有伸入煤层7的输送钢管6。还包括瓦斯管网10，瓦斯管网10上连接有伸入煤层7的瓦斯抽采管8。输送钢管6上设置有输送泵3。瓦斯抽采管8上设置有阀门9。

本实施例中，存储仓1用来装相变储热材料，计量器2用来显示实际通过的相变储热材料流量，输送钢管6用来输送相变储热材料，瓦斯管网10用来向外输送开采的瓦斯气体，瓦斯抽采管8用来抽采瓦斯，输送泵3用来给瓦斯的输送提供动力，阀门9作为抽采瓦斯的开关。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。