本發明屬于甲烷抽采，具體涉及一種煤炭甲烷高效抽采方法及設備。

背景技術：

1、煤炭甲烷抽采是指從煤礦井下抽取甲烷(ch4)的過程，也稱為瓦斯抽采。煤炭甲烷抽采的主要目的是為了減少煤礦井下的甲烷濃度，防止甲烷積聚引發爆炸事故，確保煤礦生產安全。此外，抽采的甲烷可以通過技術手段進行回收利用，轉化為清潔能源，提高資源利用率和經濟效益。

2、現有煤炭甲烷抽采的方法包括：長鉆孔抽采、巷道布置抽采系統、采空區抽采以及地面鉆井抽采等。其中，長鉆孔抽采是在煤層中打長鉆孔，利用負壓將甲烷抽出；巷道布置抽采系統是在巷道中布置抽采管道和設備，形成抽采系統；采空區抽采是在采空區布置抽采管路，利用采空區的壓力差進行抽采；地面鉆井抽采是在地面打鉆井，利用負壓將煤層中的甲烷抽出。上述抽采方式雖然也可以實現煤炭甲烷的抽采，但抽采方式單一，無法根據瓦斯濃度進行分類抽采，存在抽采效率低，效果差的問題。

3、因此，針對上述技術問題，有必要提供一種煤炭甲烷高效抽采方法及設備。

4、公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種煤炭甲烷高效抽采方法及設備，其能夠解決煤炭甲烷抽采方式單一，效果差的問題。

2、為了實現上述目的，本發明一具體實施例提供的技術方案如下：

3、一種煤炭甲烷高效抽采方法，包括以下步驟：

4、s1、開采前：預先探測煤層深度，根據煤層深度架設水平井和直井，將通過水平井和直井抽采的煤水氣混合物進行分離回收利用；

5、s2、開采中：在煤層采空區架設抽采管路系統以及回風井，根據抽采瓦斯濃度進行利用；

6、s3、開采后：關閉礦井，在煤層采空區架設地面抽采井，利用地面抽采井抽采剩余甲烷，通過濃度智能混配技術對甲烷進行再利用。

7、在本發明的一個或多個實施例中，在所述s1中，在煤層區誘導控制煤層塌孔造穴。

8、在本發明的一個或多個實施例中，在所述s1中，在地面安裝水氣分離裝置和煤水氣分離裝置，其中，未經塌孔造穴的煤層中混合物(濃度大于30％)進入到水氣分離裝置進行分離，經過塌孔造穴的煤層中混合物進入到煤水氣分離裝置，經過水氣分離裝置和煤水氣分離裝置分離出的高濃度甲烷進入到儲罐，經輸運系統輸送到氣站，氣站可以將甲烷用于民用燃氣、汽車燃氣或化工原料。

9、在本發明的一個或多個實施例中，在所述s2中，在煤層采空區進行順層鉆孔抽采、穿層鉆孔抽采以及埋管抽采。

10、在本發明的一個或多個實施例中，順層鉆孔抽采以及穿層鉆孔抽采中的低濃度瓦斯(濃度為6％-30％)在水環真空泵的作用下通過抽采管路系統進行內燃機爆燃發電，埋管抽采的超低濃度瓦斯(濃度為1％-6％)在水環真空泵的作用下通過抽采管路系統進行稀薄燃燒。

11、在本發明的一個或多個實施例中，所述稀薄燃燒方式包括多孔介質燃燒、脈動燃燒和催化燃燒。

12、在本發明的一個或多個實施例中，采空區的乏風瓦斯(濃度小于1％)在水環真空泵的作用下通過回風井進行氧化利用或混燃發電和輔助燃燒，其中，氧化利用包括熱逆流蓄熱氧化、催化逆流氧化和預熱催化氧化。

13、在本發明的一個或多個實施例中，在所述s2中，還包括瓦斯提純，瓦斯提純方法為膜分離、深冷液化和變壓吸附。

14、在本發明的一個或多個實施例中，在所述s3中，通過濃度智能混配技術得到的低濃度瓦斯(濃度小于30％)通過s2中的利用方式進行利用，得到的高濃度瓦斯(濃度大于30％)進行發電或成為燃氣。

15、一種煤炭甲烷高效抽采設備，包括蓄熱氧化裝置，所述蓄熱氧化裝置用于對乏風瓦斯進行氧化利用，所述蓄熱氧化裝置包括氧化室、通過氧化室相互連通的兩個蓄熱室和切換閥，所述氧化室連接有天然氣進氣管和助燃空氣進氣管，所述蓄熱室連接有與切換閥相連通的乏風進氣管，所述氧化室頂部連接有出氣管，所述出氣管連接有余熱回收裝置。

16、與現有技術相比，本發明的一種煤炭甲烷高效抽采方法及設備在開采前、開采中以及開采后都可以根據瓦斯濃度進行分類抽采，并根據抽采的瓦斯濃度進行不同的利用，進而可以大大提高煤炭甲烷抽采效率以及抽采效果。

技術特征：

1.一種煤炭甲烷高效抽采方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種煤炭甲烷高效抽采方法，其特征在于，在所述s1中，在煤層區誘導控制煤層塌孔造穴。

3.根據權利要求2所述的一種煤炭甲烷高效抽采方法，其特征在于，在所述s1中，在地面安裝水氣分離裝置和煤水氣分離裝置，其中，未經塌孔造穴的煤層中混合物進入到水氣分離裝置進行分離，經過塌孔造穴的煤層中混合物進入到煤水氣分離裝置，經過水氣分離裝置和煤水氣分離裝置分離出的高濃度甲烷進入到儲罐，經輸運系統輸送到氣站。

4.根據權利要求1所述的一種煤炭甲烷高效抽采方法，其特征在于，在所述s2中，在煤層采空區進行順層鉆孔抽采、穿層鉆孔抽采以及埋管抽采。

5.根據權利要求4所述的一種煤炭甲烷高效抽采方法，其特征在于，順層鉆孔抽采以及穿層鉆孔抽采中的低濃度瓦斯在水環真空泵的作用下通過抽采管路系統進行內燃機爆燃發電，埋管抽采的超低濃度瓦斯在水環真空泵的作用下通過抽采管路系統進行稀薄燃燒。

6.根據權利要求5所述的一種煤炭甲烷高效抽采方法，其特征在于，所述稀薄燃燒方式包括多孔介質燃燒、脈動燃燒和催化燃燒。

7.根據權利要求1所述的一種煤炭甲烷高效抽采方法，其特征在于，采空區的乏風瓦斯在水環真空泵的作用下通過回風井進行氧化利用或混燃發電和輔助燃燒。

8.根據權利要求1所述的一種煤炭甲烷高效抽采方法，其特征在于，在所述s2中，還包括瓦斯提純，瓦斯提純方法為膜分離、深冷液化和變壓吸附。

9.根據權利要求6、7或8所述的一種煤炭甲烷高效抽采方法，其特征在于，在所述s3中，通過濃度智能混配技術得到的低濃度瓦斯通過s2中的利用方式進行利用，得到的高濃度瓦斯進行發電或成為燃氣。

10.一種煤炭甲烷高效抽采設備，用于實現權利要求1-9任一項所述的煤炭甲烷高效抽采方法，其特征在于，所述抽采設備包括蓄熱氧化裝置，所述蓄熱氧化裝置用于對乏風瓦斯進行氧化利用，所述蓄熱氧化裝置包括氧化室、通過氧化室相互連通的兩個蓄熱室和切換閥，所述氧化室連接有天然氣進氣管和助燃空氣進氣管，所述蓄熱室連接有與切換閥相連通的乏風進氣管，所述氧化室頂部連接有出氣管，所述出氣管連接有余熱回收裝置。

技術總結
本發明屬于甲烷抽采技術領域，具體涉及一種煤炭甲烷高效抽采方法及設備，其中，一種煤炭甲烷高效抽采方法，包括以下步驟S1、開采前：預先探測煤層深度，根據煤層深度架設水平井和直井，將通過水平井和直井抽采的煤水氣混合物進行分離回收利用；S2、開采中：在煤層采空區架設抽采管路系統以及回風井，根據抽采瓦斯濃度進行利用；S3、開采后：關閉礦井，在煤層采空區架設地面抽采井，利用地面抽采井抽采剩余甲烷，通過濃度智能混配技術對甲烷進行再利用。本發明在開采前、開采中以及開采后都可以根據瓦斯濃度進行分類抽采，并根據抽采的瓦斯濃度進行不同的利用，進而可以大大提高煤炭甲烷抽采效率以及抽采效果。

技術研發人員：吳剛,趙一超,張磊,梁敏富,吳恩國,張富凱,陳寧寧,馮豪天,宋揚,賀德幸,劉洋,時旭陽,田野
受保護的技術使用者：中國礦業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28