本實用新型涉及一種提高煤礦乏風瓦斯?jié)舛鹊难b置，特別是關于一種能夠根據(jù)不同氣體在煤體中的吸附能力差異性和滲透率差異性來提高煤礦乏風瓦斯?jié)舛鹊难b置。

背景技術：

眾所周知，煤炭在我國一次性能源的消費結(jié)構(gòu)中，占據(jù)主導地位；通風是礦井瓦斯防治的一項基本措施，為確保礦井安全生產(chǎn)，《煤礦安全規(guī)程》要求礦井總回風流中的瓦斯?jié)舛炔淮笥?.75%，濃度非常低。

一個礦井的總回風量，少則幾千立方米/分鐘，多則幾萬立方米/分鐘；礦井乏風如果直接排放，既浪費能源，又破壞臭氧層；反過來，如果直接利用，發(fā)熱的效率比較低，不經(jīng)濟，利用價值不高。因此，有必要提高礦井乏風中的瓦斯?jié)舛龋阌诶谩?/p>

目前，在有關提高礦井乏風的瓦斯?jié)舛然蛘呒淄樘峒兎矫?，主要有如下方法：變壓吸附法、分子篩過濾法（膜分離法）、低溫液化法、利用容重差異分離法、氣體水合物法和離子液體溶解法等。

上述方法對分離甲烷與空氣，起到了重要作用，有的甚至于實現(xiàn)了工業(yè)化應用；但是，也或多或少的存在一些局限性，如產(chǎn)量問題、經(jīng)濟性問題和安全問題等。

為進一步豐富礦井乏風中的瓦斯增濃方法，提高礦井乏風中的瓦斯資源利用率，減少瓦斯排放對環(huán)境的影響，有必要對能夠提高礦井乏風瓦斯?jié)舛鹊男路椒ㄟM行探索。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的主要技術問題是提供一種提高煤礦乏風瓦斯?jié)舛鹊难b置。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案是：一種提高煤礦乏風瓦斯?jié)舛鹊难b置，包括礦井乏風導入器、管道、管道閘門、氣體分離系統(tǒng)和氣體抽放系統(tǒng)；所述管道的一端與乏風導入器連接，并在連接處設置閘門；所述氣體分離系統(tǒng)安裝在管道內(nèi)部，至少設置兩組，沿管道長度順序布置；兩分離系統(tǒng)之間留有間隔，其相對面與管道內(nèi)壁之間形成瓦斯抽放區(qū)域，所述氣體抽放系統(tǒng)與瓦斯抽放區(qū)域連接；

所述氣體分離系統(tǒng)包括煤柱、密封墊、低溫液體儲罐與高溫液體儲罐；所述密封墊包裹在煤柱外部，密封墊內(nèi)敷設有液體流通管道，液體流通管道的兩端穿過密封墊以及管道，一端連接低溫液體儲罐和高溫液體儲罐，另一端連接排液閥，所述低溫液體儲罐和高溫液體儲罐配設進液閥門；

所述氣體抽放系統(tǒng)包括抽氣管和抽放泵，抽氣管一端穿過管道與瓦斯抽放區(qū)域密封連接，另一端與抽氣泵連接。

所述氣體分離系統(tǒng)與管道安裝完成后，其外壁與管道的內(nèi)壁緊密貼合。

所述抽氣管分別與抽放泵以及管道螺紋連接。

所述管道的管壁上預設孔，可以方便液體流通管道的穿出，以及抽氣管的安裝。

所述乏風導入器為喇叭狀，其靠近管道端設有用于安裝閘門的插槽。

所述煤柱為高孔隙率型煤，由煤樣中預先添加可氣化固體顆粒，并經(jīng)高溫、高壓制作而成。

所述煤樣為肥煤，并添加焦油作為粘結(jié)劑。

所述可氣化固定顆粒為冰或干冰。

所述煤柱的制作裝置包括：煤樣筒、加熱器、軸向加壓設備，所述煤樣筒為圓柱形，加熱器包裹在煤樣筒外部，軸向加壓設備設置在煤樣筒上部，并能夠進入煤樣筒內(nèi)。

所述煤柱的制作方法為：將煤樣和可氣化固體顆粒的混合物放入煤樣筒，對在煤樣筒外部對煤樣進行加熱，并通過加壓設備對煤樣施加軸向壓力，讓煤樣重新結(jié)焦炭化，使可氣化固體顆粒揮發(fā)出來，從而制備出高孔隙率煤樣。

一種利用提高煤礦乏風瓦斯?jié)舛鹊难b置提高礦井乏風瓦斯?jié)舛鹊姆椒椋?/p>

1）將氣體分離系統(tǒng)均布在管道內(nèi)，所體分離系統(tǒng)之間形成瓦斯抽放區(qū)域，將氣體分離系統(tǒng)與低溫液體儲罐和高溫液體儲罐連接，將氣體抽放系統(tǒng)與瓦斯抽放區(qū)域連接；將乏風導入器固連于管道的進風端，插入管道閘門將管道封閉；

2）關閉高溫液體儲罐的閥門、排液閥門以及瓦斯抽放系統(tǒng)，打開低溫液體儲罐的閥門，將低溫液體儲罐內(nèi)的低溫液體注入液體流通管道，通過導熱作用冷卻煤柱；其它氣體分離系統(tǒng)的煤柱采用同樣的方法進行冷卻，以便增加煤柱孔隙對甲烷的吸附數(shù)量；

3）管道閘門處于打開狀態(tài)，礦井乏風通過乏風導入器1進入管道3，并通過煤柱向管道的尾部滲流，由于空氣的滲透率高，它們以更快的速度流往管道尾部，甲烷被煤柱吸附；

4）關閉管道閘門，關閉低溫液體儲罐的閥門，打開高溫液體儲罐的閥門，將高溫液體儲罐內(nèi)的高溫液體注入液體流通管道，通過導熱作用加熱煤柱；其它氣體分離系統(tǒng)的煤柱采用同樣的方法進行加熱，以便增加煤柱孔隙內(nèi)甲烷的解吸數(shù)量；

5）啟動所有抽放系統(tǒng)的抽放泵，抽取瓦斯抽放區(qū)域內(nèi)的高濃度瓦斯氣體；抽放完畢后打開管道閘門進入下一個循環(huán)作業(yè)。

本實用新型的工作原理為：煤樣與可氣化固體顆?；煸谝黄鸱胖糜趫A形煤樣筒內(nèi)，在高溫高壓作用下形成煤柱，由于可氣化固體顆粒的揮發(fā)，導致型煤內(nèi)的孔隙特別發(fā)達，便于氣體滲流。在氣體流動時，乏風依次經(jīng)過以煤柱作為主體的氣體分離系統(tǒng)以及抽放區(qū)域，一方面，由于空氣的滲透率遠高于甲烷，空氣以更快的速度流往管道的尾部，必然導致氣體濃度在整個系統(tǒng)中的重新分布，甲烷濃度呈先上升后下降的趨勢，空氣濃度呈先下降后上升的趨勢，導致抽放區(qū)域本身的甲烷濃度比較高；另一方面，煤柱孔隙表面對甲烷的吸附能力要高于空氣，在解吸出來的氣體中，甲烷所占比例自然較高，并且這部分氣體也將流向抽放區(qū)域。另外，氣體分離系統(tǒng)利用液體流通管道走低溫液體，降低煤柱溫度，最大限度的增加煤柱孔隙表面吸附氣體的數(shù)量；在關閉管道閘門，準備利用抽放系統(tǒng)抽取氣體時，液體流通管道走高溫液體，升高煤柱溫度，讓吸附于煤柱孔隙表面的瓦斯盡快解吸出來，強化了變壓吸附法分離甲烷和空氣的效果，從而實現(xiàn)礦井乏風的瓦斯增濃效果。

本實用新型的有益效果是：本實用新型可為企業(yè)提供一種提高煤礦乏風瓦斯?jié)舛鹊难b置，該裝置讓礦井乏風流經(jīng)多段溫度可調(diào)的高孔隙率煤樣，不僅可借助于溫度對煤樣吸附氣體能力的影響，提升變壓吸附法分離甲烷的效果，而且可以利用空氣滲透率遠高于甲烷的特點（導致系統(tǒng)中部：甲烷濃度高，空氣濃度低）來分離甲烷；從而有效提高礦井乏風的瓦斯?jié)舛?。本實用新型利用在煤樣中預先添加可氣化固體顆粒來制作高孔隙率型煤，與普通的多孔介質(zhì)相比，它對甲烷和空氣具有很好的吸附能力差異性；與普通型煤相比，它的孔隙比較發(fā)達，便于氣體滲流。在系統(tǒng)中布置的若干個氣體分離系統(tǒng)，利用甲烷和空氣在煤柱中的滲透率差異及其產(chǎn)生的氣體濃度分布規(guī)律，抽氣甲烷濃較高位置的氣體，從而實現(xiàn)提高礦井乏風瓦斯?jié)舛鹊墓δ埽潜緦嵱眯滦偷暮诵募夹g。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是煤柱的制作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標記如下：1.乏風導入器，2.管道閘門，3.管道，4.氣體分離系統(tǒng)，4-1煤柱、4-2密封墊、4-3.液體流通管道、4-4.閥門、4-5.閥門、4-6.低溫液體儲罐、4-7.高溫液體儲罐、4-8.閥門、5.氣體抽放系統(tǒng)，5-1抽氣管、5-2.抽放泵，6. 煤柱的制作裝置，6-1.加熱器、6-2.煤樣筒、6-3.軸向加壓設施。

具體實施方式

如圖1所示，它由1個乏風導入器1、1個管道3、1個管道閘門2、若干個氣體分離系統(tǒng)4，若干個氣體抽放系統(tǒng)5組成。其中，每個氣體分離系統(tǒng)4均包括1個煤柱4-1、1個密封墊4-2、1個液體流通管道4-3、1個低溫液體儲罐4-6和1個高溫液體儲罐4-7、每個氣體抽放系統(tǒng)5均包括1個抽氣管5-1和1個抽放泵5-2；其中，煤柱的制作裝置6包括1個加熱器6-1、1個煤樣筒6-2和1個軸向加壓設施6-3。

管道3與乏風導入器1采用電焊聯(lián)接，礦井乏風導入器1的上部留有缺口，管道閘門2從此插入。

密封墊4-2包裹煤柱4-1，并內(nèi)置液體流通管道4-3，一起放置在管道3內(nèi)的合適位置，管道3的表面預留孔，液體流通管道4-3從孔穿出，分別與低溫液體儲罐4-6和高溫液體儲罐4-7相聯(lián)接，聯(lián)接方式為螺紋聯(lián)接，并在聯(lián)接管路上分別安裝閥門4-4和閥門4-5，在液體流通管道4-3的出口端，也安裝閥門4-8。

抽氣管5-1一頭聯(lián)接管道3表面預留的孔，另一頭聯(lián)接抽放泵5-2，均采用螺紋聯(lián)接。

各氣體分離系統(tǒng)4和氣體抽放系統(tǒng)5的聯(lián)接和布置方式基本一致，區(qū)別僅體現(xiàn)在管道3的位置不同。氣體分離系統(tǒng)4和氣體抽放系統(tǒng)5的數(shù)量，可根據(jù)實際需要增加或刪減。

本實用新型的一個實施例如下：

礦井乏風導入器1為一個抗靜電的塑料硬質(zhì)圓臺形空筒，入口半徑1m，出口半徑0.5m，壁厚5mm；管道閘門2為一個圓形板與抽取把手的組合體，圓形板的材質(zhì)為抗靜電塑料，半徑0.5m，厚5mm，提取把手為一根圓柱形木棍。

管道3為一個圓筒形的抗靜電塑料硬質(zhì)空筒，半徑0.5m，壁厚5mm，表面合適的位置鑿有小孔，孔的半徑15mm。

煤柱4-1的半徑為0.4m，長3m；密封墊4-2采用軟皮塑料制成，松散時，厚0.12m，壓緊時0.1m；液體流通管道4-3為塑料膠管，半徑15mm，長30-50m，均勻布置于密封4-2內(nèi)；閥門4-4、4-5和4-8為手動截止閥；低溫液體儲罐4-6為LNG低溫儲罐，高溫液體儲罐4-7為PE水箱塑料儲罐。

抽氣管5-1的制作材料為橡膠，外徑30mm，壁厚5mm，長分別是10m；抽放泵5-2為GDL型立式多級離心泵。

煤樣為處于中等煤化程度的肥煤，并添加煤焦油作為粘結(jié)劑；可氣化固體顆粒為冰或干冰，顆粒直徑為1mm；加熱器6-1為哈夫式電加熱器；煤樣筒6-2的制作材料為鋼，內(nèi)徑800mm，壁厚10mmm，長3.2m；軸向加壓設施6-3為壓力傳遞軸和油壓千斤頂?shù)慕M合體，其中，壓力傳遞軸的直徑的800mm，長0.3m，油壓千斤頂為良升牌。

本實用新型的工作過程如下：

將煤樣和可氣化固體顆粒的組合體放入煤樣筒6-2，再將加熱器6-1包裹煤樣筒6-2，并在煤樣筒6-2的上方設置軸向加壓設施6-3；啟動軸向加壓設施6-3和加熱器6-1，讓煤樣重新結(jié)焦炭化，可氣化固體顆粒揮發(fā)出來，從而制備出圓柱形的高孔隙率煤樣。

液體流通管道4-3提前放置于密封墊4-2內(nèi)，并用他們包裹制備好的煤柱4-1，塞入管道3中相應的位置；從塞入管道3上的小孔引出液體流通管道4-3，并通過螺紋分別與低溫液體儲罐4-6和高溫液體儲罐4-7相聯(lián)接；再安裝閥門4-4、4-5和4-8。

同理，安裝其它的氣體分離系統(tǒng)4。

抽氣管5-1的一頭與管道3表面預留的小孔相聯(lián)，另一頭與抽放泵5-2相聯(lián)，均采用螺紋聯(lián)接；從而使得抽放泵5-2與管道3內(nèi)腔的氣路暢通。

同理，安裝其它的氣體抽放系統(tǒng)5。

聯(lián)接礦井乏風導入器1和管道3，并插入管道閘門2。

打開閥門4-4和4-8，將低溫液體儲罐4-6內(nèi)的低溫液體注入液體流通管道4-3，通過導熱作用，冷卻煤柱4-1；其它氣體分離系統(tǒng)4的煤柱4-1采用同樣的方法進行冷卻，以便增加煤柱4-1孔隙對甲烷的吸附數(shù)量。

提取管道閘門2，礦井乏風進聯(lián)接礦井乏風導入器1進入管道3，并通過煤柱向管道3的尾部滲流。

放下管道閘門2，關閉閥門4-4，打開閥門4-5，將高溫液體儲罐4-7內(nèi)的高溫液體注入液體流通管道4-3，同樣，通過導熱作用，加熱煤柱4-1；其它氣體分離系統(tǒng)的煤柱采用同樣的方法進行加熱，以便增加煤柱孔隙內(nèi)甲烷的解吸數(shù)量。

啟動所有抽放系統(tǒng)的抽放泵5-2，抽取兩段煤柱4-1中間的高濃度瓦斯氣體，一方面，由于空氣的滲透率高，它們以更快的速度流往管道3的尾部，導致抽放區(qū)域本身的甲烷濃度比較高；另一方面，煤柱孔隙表面對甲烷的吸附能力要高于空氣，在解吸出來的氣體中，甲烷所占比例自然較高，并且這部分氣體也將流向抽放區(qū)域，從而實現(xiàn)礦井乏風的瓦斯增濃效果。

抽放完畢，關閉抽放泵5-2，重新開展下一個循環(huán)的作業(yè)。