一种抽采煤层瓦斯装置及方法

1.本发明涉及瓦斯抽采技术领域，特别是涉及一种抽采煤层瓦斯装置及方法。


背景技术：

2.煤炭是主导能源的兜底能源，瓦斯作为与煤伴生的高效清洁资源，高效抽采瓦斯是防治瓦斯灾害事故的根本方法，同时是获取洁净能源的重要途径。煤层结构复杂，煤体渗透率普遍较低，煤层低渗特性愈发明显，但是现有抽采煤层瓦斯技术存在抽采不完善，瓦斯抽采效率低的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种抽采煤层瓦斯装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够解决现有技术中瓦斯抽采技术不完善的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种抽采煤层瓦斯装置，用于煤层开采，包括二氧化碳加注泵，氮加注泵和注水泵；所述二氧化碳加注泵通过第一管路将热二氧化碳注入二氧化碳移动装置；所述氮加注泵和注水泵通过第二管路分别将液氮或水注入氮/水移动装置；
5.所述煤层内设置有交变注入管和瓦斯抽采管；所述瓦斯抽采管通过回水管路与所述注水泵连通；所述交变注入管开设有至少三组孔组，每一所述孔组置于一煤层段内；所述二氧化碳移动装置和氮/水移动装置均置于所述交变注入管内并均开设有孔组，且所述二氧化碳移动装置套设于所述氮/水移动装置外侧；所述交变注入管管口为封闭端口。
6.所述交变注入管和瓦斯抽采管通过封孔装置固定在所述煤层内；
7.所述交变注入管置于所述煤层内的长度短于所述煤层厚度；所述交变注入管在工作面回风巷道和工作面进风巷道两端间隔布置，所述瓦斯抽采管在所述工作面回风巷道和工作面进风巷道两端镜像布置。
8.每一所述孔组内均设置有三排通孔，每排所述通孔均包括顶密集孔，第一侧孔，第二侧孔和底孔；且三组孔组分别有一排通孔上安装有第一位置感应器，第二位置感应器及第三位置感应器。
9.所述第一管路为注二氧化碳管路，所述注二氧化碳管路上安装有阀门ⅰ和压力表ⅰ；
10.所述第二管路包括注氮管路，注水管路和三通阀；所述注氮管路和注水管路通过三通阀与所述氮/水移动装置连通，且注氮管路和注水管路还分别连通有氮加注泵和注水泵；所述注氮管路上安装有阀门ⅱ，压力表ⅱ和流量计；所述注水管路上安装有阀门ⅲ和压力表ⅲ。
11.所述瓦斯抽采管一端还通过闸阀与抽采干管连通；所述瓦斯抽采管包括管体，所述管体上固定安装有抽采控制器，所述抽采控制器通过电线控制双层圆盘；所述双层圆盘包括两单层圆盘，一所述单层圆盘置于所述管体端部，另一所述单层圆盘在所述固定杆上
滑动设置，且与所述抽采控制器电性连接；两所述单层圆盘上均缠绕有绝缘电阻丝。
12.所述管体上还固定连接有沉降水箱；所述回水管路靠近所述沉降水箱的一端安装有回水管阀门；所述沉降水箱底部开设有水箱拉底孔；所述沉降水箱侧壁还安装有水箱阀门。
13.所述二氧化碳移动装置包括外壳圆筒和第一内壳圆筒；所述外壳圆筒在中空圆形挡板旁设有与所述瓦斯抽采管外壳上位置相同，孔径一致的三排第一对应孔；每排所述第一对应孔包括第一顶密集孔，第一侧密集孔，第二侧密集孔和第一底孔；所述中空圆形挡板，外壳圆筒与第一内壳圆筒之间的空隙设有二氧化碳控制器；所述二氧化碳控制器控制第一伸缩杆伸缩。
14.所述氮/水移动装置包括第二内壳圆筒；所述第二内壳圆筒在封闭圆形挡板旁设有与所述瓦斯抽采管外壳上位置相同，孔径一致的三排第二对应孔，每排所述第二对应孔包括第二顶密集孔，第三侧密集孔，第四侧密集孔，第二底孔；所述第一内壳圆筒内还设有氮/水控制器；所述氮/水控制器控制所述第二伸缩杆伸缩。
15.一种抽采煤层瓦斯方法，包括抽采煤层瓦斯装置，包括：
16.s1，利用氮/水控制器将氮/水移动装置运行到指定位置，打开注水泵使石墨颗粒和水经氮/水移动装置的通道从交变注入管开设的第一组孔组流入第一个煤层段位置，并注水湿润煤层；打开水箱阀门待沉降水箱中收集到少量水时，关闭注水泵，打开氮加注泵，注入液氮对第一个煤层段位置致裂；
17.s2,当沉降水箱收集不到水后，关闭氮加注泵，打开交变注入管按钮使交变注入管通电产热，待沉降水箱收集水的速度由最快至非常缓慢后，关闭交变注入管按钮，继而当沉降水箱收集不到水后，通过分析流入沉降水箱中的石墨颗粒和煤屑的占比情况来评价液氮致裂煤层的效果，从而决定是否再次通入液氮；
18.s3，待第一个煤层段位置不必再注入液氮后，利用二氧化碳控制器将二氧化碳移动装置运行道指定位置，打开二氧化碳加注泵将热二氧化碳气体经二氧化碳移动装置液氮/水从第一对应孔流出对第一个煤层段位置注热二氧化碳驱替，同时利用氮/水控制器将氮/水移动装置运行到指定位置，打开装有等离子体和水的注水泵经氮/水移动装置的通道从交变注入管开设的第三组孔组流出对第三个煤层段位置注水湿润煤层，当位于工作面进风巷道端设有的沉降水箱中收集到少量水时，关闭注水泵，打开氮加注泵，注入液氮对第三个煤层段位置致裂,重复步骤s；
19.当第一个煤层段位置注二氧化碳驱替结束后，打开布置于工作面回风巷道端瓦斯抽采管的闸阀抽采第一个煤层段位置的瓦斯；
20.s4，待第三个煤层段位置注氮结束后，利用氮/水控制器将氮/水移动装置运行到指定位置，打开装有等离子体和水的注水泵经氮/水移动装置的通道从交变注入管开设的第二组孔组流出对第二个煤层段位置注水湿润煤层，打开水箱阀门待沉降水箱中收集到少量水时，关闭注水泵，打开氮加注泵，注入液氮对第三个煤层段位置致裂，重复步骤s；
21.随后利用二氧化碳控制器将二氧化碳移动装置运行道指定位置，打开二氧化碳加注泵通过交变注入管开设的第三组孔组对第三个煤层段位置注热二氧化碳驱替，待注气结束后打开布置于工作面进风巷道端瓦斯抽采管的闸阀对三个煤层段位置进行瓦斯抽采；
22.s5，待第三个煤层段位置注气结束后且第二个煤层段位置不再注氮后，利用二氧
化碳控制器将二氧化碳移动装置运行道指定位置，打开二氧化碳加注泵通过交变注入管开设的第二组孔组对第二个煤层段位置注热二氧化碳驱替，待注气结束后由布置于工作面回风巷道和工作面进风巷道巷道端的瓦斯抽采管共同抽采第二个煤层段的瓦斯；
23.s6，抽采瓦斯一段时间后，当抽采速率大幅下降后，打开交变注入管按钮使交变注入管通电产热，且调试抽采控制器使双层圆盘分离为两单层圆并旋转制冷；
24.s7，一段时间后，关闭瓦斯抽采管上的闸阀，再重复步骤s1，s2，s3，s4,s5，s6，通过对不同位置分顺序的先后注氮，注水，注气，瓦斯抽采，实现煤层瓦斯的反复抽采。
25.所述步骤1中对第一个煤层段位置注入液氮时，通过所述注氮管路上安装的所述流量计记录对第一次煤层段位置注入的液氮总使用量；所述步骤3和步骤4中第三个煤层段位置和第二个煤层段位置液氮注入量则为第一次煤层段位置注入的液氮总使用量。
26.本发明公开了以下技术效果：1.本发明通过将煤层划分为若干段位置，先后分顺序可同步进行的完成注水，注氮，注气及抽采瓦斯，大大提高了瓦斯开采效率。
27.2.本发明初步致裂后石墨颗粒和煤屑的赋存情况对液氮致裂煤层的效果进行了评价，既保证了致裂效果又节约了液氮资源，同时大致掌握了第二个和三个煤层段位置致裂所需液氮量，缩短了致裂评价工序，提高了工作效率。
28.3本发明通过交变注入管产热提高煤层内瓦斯压力和双层圆盘旋转制冷形成负压空间并降低瓦斯抽采管口的气压，可解决瓦斯抽采后期浓度小的问题。
29.3.本发明通过沉降水箱收集注入煤层中的水并二次处理，再返回至注水泵用于下次注水，继而实现了水循环，节约了水资源。
30.4.本发明通过双层圆盘利用电丝对两者的绝缘电阻丝加热继而产生一段热空间来对瓦斯进行干燥处理，提高了煤层瓦斯抽采的质量。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明的具体实施方法的示意图；
33.图2为本发明控制二氧化碳流动结构示意图；
34.图3为本发明控制液氮/水流动结构示意图；
35.图4为本发明交变注入管外壳布置电熔丝和电阻结构示意图；
36.图5为本发明交变注入管第一个煤层位置注氮，注水流程示意图；
37.图6为本发明交变注入管第三个煤层位置注氮，注水流程示意图；
38.图7为本发明交变注入管第二个煤层位置注氮，注水流程示意图；
39.图8为本发明交变注入管第二个煤层位置注二氧化碳流程示意图；
40.图9为本发明瓦斯抽采管结构示意图；
41.图10为本发明瓦斯抽采管中运移碎煤炭流程图；
42.图11为本发明瓦斯抽采管中制热处理瓦斯过程示意图；
43.图12为本发明瓦斯抽采管中制冷处理瓦斯过程示意图；
44.图13为本发明实施中钻孔布置示意图；
45.其中，1-二氧化碳加注泵，2-阀门ⅰ，3-压力表ⅰ，4-注二氧化碳管路，5-氮加注泵，6-阀门ⅱ，7-压力表ⅱ，8-流量计，9-注氮管路，10-注水泵，11-阀门ⅲ，12-压力表ⅲ，13-注水管路，14-三通阀，15-回水管路，16-抽采干管，17-闸阀，18-回水管阀门，19-沉降水箱，20-水箱拉底孔，21-水箱阀门，22-瓦斯抽采管，23-二氧化碳移动装置，24-氮/水移动装置，25-交变注入管，26-封孔装置，27-煤层，28-工作面切眼，29-工作面回风巷道，30-工作面进风巷道，31-瓦斯，32-瓦斯抽采钻孔半径；33-交变注入管按钮；
46.22a-抽采控制器，22b-矩形挡板，22c-固定杆，22d-电线，22e-双层圆盘，22f-绝缘电阻丝；22g-制热线路，22h-制冷线路；
47.23a-顶密集孔，23b-第一侧密集孔，23c-第二侧密集孔，23d-第一底孔，23e-二氧化碳控制器，23f-第一伸缩杆，23g-外壳圆筒，23h-中空圆形挡板，23i-第一内壳圆筒；
48.24a-第二顶密集孔，24b-第三侧密集孔，24c-第四侧密集孔，24d-第二底孔，24e-氮/水控制器，24f-第二伸缩杆，24g-第二内壳圆筒,24h-封闭圆形挡板；
49.25a-顶密集孔，25b-第一侧孔，25c-第二侧孔，25d-底孔，25e-第一位置感应器，25f-第二位置感应器，25g-第三位置感应器，25h-封闭端口；25i、电路；25j、电熔丝；25k、电阻。
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
52.本发明提供一种抽采煤层瓦斯装置，用于煤层27开采，包括二氧化碳加注泵1，氮加注泵5和注水泵10；二氧化碳加注泵1通过第一管路将热二氧化碳注入二氧化碳移动装置23；氮加注泵5和注水泵10通过第二管路分别将液氮或水注入氮/水移动装置24；
53.煤层27内设置有交变注入管25和瓦斯抽采管22；瓦斯抽采管22通过回水管路15与注水泵10连通；交变注入管25开设有至少三组孔组，每一孔组置于一煤层段内；二氧化碳移动装置23和氮/水移动装置24均置于交变注入管25内且均开设有孔组，且二氧化碳移动装置23套设于氮/水移动装置24外侧；交变注入管25管口为封闭端口25h。
54.交变注入管25和瓦斯抽采管22通过封孔装置26固定在煤层27内；
55.交变注入管25置于煤层27内的长度短于煤层27厚度；交变注入管25在工作面回风巷道29和工作面进风巷道30两端交叉布置，瓦斯抽采管22在工作面回风巷道29和工作面进风巷道30两端镜像布置。
56.进一步的，交变注入管25置于煤层27内的长度略短于煤层27厚度,瓦斯抽采管22置于煤层27内的长度区间可按如下计算公式采取：
57.煤层27厚度-瓦斯抽采管22抽采瓦斯有效直径/2
58.进一步的，交变注入管25与瓦斯抽采管22两者布置间距为瓦斯抽采管22有效半
径。
59.进一步的，交变注入管25置于煤层27内的长度短于煤层27厚度，但接近于煤层27厚度。
60.二氧化碳移动装置23和氮/水移动装置24的孔组均设有三排通孔；交变注入管25每一孔组内均设置有三排通孔，每排通孔均包括顶密集孔25a，第一侧孔25b，第二侧孔25c和底孔25d；且三组孔组分别有一排通孔上安装有第一位置感应器25e，第二位置感应器25f及第三位置感应器25g。
61.第一管路为注二氧化碳管路4，注二氧化碳管路4上安装有阀门ⅰ2和压力表ⅰ3；
62.第二管路包括注氮管路9，注水管路13和三通阀14；注氮管路9和注水管路13通过三通阀14与氮/水移动装置24连通，且注氮管路9和注水管路13还分别连通有氮加注泵5和注水泵10；注氮管路9上安装有阀门ⅱ6，压力表ⅱ7和流量计8；注水管路13上安装有阀门ⅲ11和压力表ⅲ12。
63.瓦斯抽采管22一端还通过闸阀17与抽采干管16连通；瓦斯抽采管22包括管体，管体上固定安装有抽采控制器22a，抽采控制器22a通过电线22d控制双层圆盘22e；双层圆盘22e包括两单层圆盘，一单层圆盘置于管体端部，另一单层圆盘在固定杆22c上滑动设置，且与抽采控制器22a电性连接；两单层圆盘上均缠绕有绝缘电阻丝22f。
64.在本发明的一个实施例中，抽采控制器22a通过固定杆22c连接并控制双层圆盘22e分离为两单层圆盘，一单层圆盘置于管体端部，另一单层圆盘在固定杆22c上滑动设置，两单层圆盘上均缠绕有绝缘电阻丝22f，圆盘下部1/4为矩形挡板22b，圆盘上部3/4处从圆心处穿插有导电金属杆用于连接绝缘电阻丝22f，固定杆22c内设有电线22d，热线路22g和冷线路22h连接双层圆盘22e；
65.进一步的，煤层致裂注水后当瓦斯抽采管22口滞留有大量煤屑时，双层圆盘22e利用抽采控制器22a将双层圆盘22e分离为单层圆盘使其一圆盘在固定杆22c上移动将煤屑运移至沉降水箱19，以防瓦斯抽采管22口杜塞；抽采瓦斯时，将双层圆盘22e分离为双层圆盘，一圆盘于管口，另一圆盘向内移动并收回矩形挡板22b，两圆盘相离一段距离，通过固定杆22c内设有的制热线路22g使圆盘内的绝缘电阻丝22f通电从而在两圆盘之间的空间中产生一段热磁场来对瓦斯进行干燥和降尘的处理。
66.在本发明的一个实施例中，两单层圆盘分离后，通过电磁加热两绝缘电阻丝22f发热继而产生一段热空间来对瓦斯进行干燥处理。
67.进一步的，当瓦斯抽采管22抽采一段时间后，其管口周围的瓦斯浓度含量较小时，调试抽采控制器22a使两圆盘旋转向管口内吸风，形成一段负压空间，并通过固定杆22c内设有的制冷线路22g使圆盘内的绝缘电阻丝22f通电从而再两圆盘之间的空间中产生一段冷空间，进而降低瓦斯抽采管22吸口的气体压力；
68.在本发明的一个实施例中，圆盘旋转制冷后，在瓦斯抽采管22口产生一段负压空间和冷空间，继而解决瓦斯浓度小而抽采不到的问题。
69.管体上还固定连接有沉降水箱19；回水管路15靠近沉降水箱19的一端安装有回水管阀门18；沉降水箱19底部开设有水箱拉底孔20；沉降水箱19侧壁还安装有水箱阀门21。
70.进一步的，评价液氮致裂煤层的效果，利用抽采控制器22a将双层圆盘22e分离为单层圆盘使其一圆盘在固定杆22c上移动将滞留在瓦斯抽采管22口内的石墨颗粒和煤屑运
移至沉降水箱19，对沉降水箱19中水沉淀去除水中杂质处理后，打开回水管阀门18经回水管路15将水运移至注水泵10，用于下次煤层注水。
71.二氧化碳移动装置23包括外壳圆筒23g和第一内壳圆筒23i；外壳圆筒23g在中空圆形挡板23h旁设有与瓦斯抽采管22外壳上位置相同，孔径一致的三排第一对应孔；每排第一对应孔包括第一顶密集孔23a，第一侧密集孔23b，第二侧密集孔23c和第一底孔23d；中空圆形挡板23h，外壳圆筒23g与第一内壳圆筒23i之间的空隙设有二氧化碳控制器23e；二氧化碳控制器23e控制第一伸缩杆23f伸缩。
72.氮/水移动装置24包括第二内壳圆筒24g；第二内壳圆筒24g在封闭圆形挡板24h旁设有与瓦斯抽采管22外壳上位置相同，孔径一致的三排第二对应孔，每排第二对应孔包括第二顶密集孔24a，第三侧密集孔24b，第四侧密集孔24c，第二底孔24d；第一内壳圆筒23i内还设有氮/水控制器24e；氮/水控制器24e控制第二伸缩杆24e伸缩。
73.一种抽采煤层瓦斯方法，包括抽采煤层瓦斯装置，包括：
74.s1，利用氮/水控制器24e将氮/水移动装置24运行到指定位置，打开装有石墨颗粒和水的注水泵10，经氮/水移动装置24的通道从交变注入管25开设的第一组孔组流出对第一个煤层段位置注水湿润煤层27，打开水箱阀门21待沉降水箱19中收集到少量水时，关闭注水泵10，打开氮加注泵5，注入液氮对第一个煤层段位置致裂；
75.s2,当沉降水箱19收集不到水后，关闭氮加注泵5，打开交变注入管按钮33使交变注入管25通电产热，待沉降水箱19收集水的速度由最快至非常缓慢后，关闭交变注入管按钮33，继而当沉降水箱19收集不到水后，通过分析流入沉降水箱19中的石墨颗粒和煤屑的占比情况来评价液氮致裂煤层的效果，从而决定是否再次通入液氮；
76.s3，待第一个煤层段位置不必再注入液氮后，利用二氧化碳控制器23e将二氧化碳移动装置23运行道指定位置，打开二氧化碳加注泵1将热二氧化碳气体经二氧化碳移动装置23液氮/水从第一对应孔流出对第一个煤层段位置注热二氧化碳驱替，同时利用氮/水控制器24e将氮/水移动装置24运行到指定位置，打开装有等离子体和水的注水泵10经氮/水移动装置24的通道从交变注入管25开设的第三组孔组流出对第三个煤层段位置注水湿润煤层27，当位于工作面进风巷道30端设有的沉降水箱19中收集到少量水时，关闭注水泵10，打开氮加注泵5，注入液氮对第三个煤层段位置致裂,重复步骤s2；
77.当第一个煤层段位置注二氧化碳驱替结束后，打开布置于工作面回风巷道29端瓦斯抽采管的闸阀17抽采第一个煤层段位置的瓦斯；
78.s4，待第三个煤层段位置注氮结束后，利用氮/水控制器24e将氮/水移动装置24运行到指定位置，打开装有等离子体和水的注水泵10经氮/水移动装置24的通道从交变注入管25开设的第二组孔组流出对第二个煤层段位置注水湿润煤层27，打开水箱阀门21待沉降水箱19中收集到少量水时，关闭注水泵10，打开氮加注泵5，注入液氮对第三个煤层段位置致裂，重复步骤s2；
79.随后利用二氧化碳控制器23e将二氧化碳移动装置23运行道指定位置，打开二氧化碳加注泵1通过交变注入管25开设的第三组孔组对第三个煤层段位置注热二氧化碳驱替，待注气结束后打开布置于工作面进风巷道30端瓦斯抽采管的闸阀对三个煤层段位置进行瓦斯抽采；
80.s5，待第三个煤层段位置注气结束后且第二个煤层段位置不再注氮后，利用二氧
化碳控制器23e将二氧化碳移动装置23运行道指定位置，打开二氧化碳加注泵1通过交变注入管25开设的第二组孔组对第二个煤层段位置注热二氧化碳驱替，待注气结束后由布置于工作面回风巷道29和工作面进风巷道30巷道端的瓦斯抽采管共同抽采第二个煤层段的瓦斯；
81.s6，抽采瓦斯一段时间后，当抽采速率大幅下降后，打开交变注入管按钮33使交变注入管25通电产热，且调试抽采控制器22a使双层圆盘22e分离为两单层圆并旋转制冷；
82.s7，一段时间后，关闭瓦斯抽采管22上的闸阀17，再重复步骤s1，s2，s3，s4,s5，s6，通过对不同位置分顺序的先后注氮，注水，注气，瓦斯抽采，实现煤层瓦斯的反复抽采。
83.步骤2中交变注入管25为高导热导电材料，外壳中镶嵌有电熔丝25j和电阻25k通过电路25i与交变注入管按钮33相连；交变注入管25产热段为置于煤层27内不包含封孔装置26的部分h，产热温度最高可达100℃左右，交变注入管25设有的小孔半径r1，面积为：s＝πr12,交变注入管25管口半径r2，产热表面积表达式为：2πr2h-9
×4×
s。
84.步骤1中石墨颗粒直径＜液氮致裂后煤孔隙宽度，石墨颗粒在注水泵10中的含量不超过百分之1；步骤2中交变注入管25通电产热后，被液氮冻结在煤基质表面上的石墨颗粒导电发热，两者共同加快液氮冻结后的汽化过程。
85.步骤2中评价液氮致裂煤层效果的方式为：待石墨颗粒和煤屑运移至沉降水箱19中，打开水箱拉底孔20收集并分离石墨颗粒和煤屑，按石墨颗粒和煤屑的评价方式综合考虑液氮致裂煤层的效果，煤屑的评价方式可表示为:煤屑直径纵数评估致裂产生的孔隙发育程度，煤屑总量评估致裂强度，石墨颗粒的评价方式可表示为：收集到的石墨颗粒占注水中加入的石墨颗粒总量的比例y，那么此次液氮致裂有效区域占所需致裂煤层空间的y倍左右。
86.步骤6中交变注入管25调试后产热温度高于步骤2中交变注入管25产热温度；调试抽采控制器22a，于管口内的单层圆盘收回矩形挡板22b并旋转，进而从管口内向管口外产生一段空气负压区。
87.步骤1中当对第一个煤层段位置开始注入液氮到通过装置评价液氮致裂煤层的效果后不必再继续注入液氮时，通过注氮管路9上安装的流量计8记录对第一次煤层段位置注入的液氮总使用量，那么步骤3和步骤4中第三个煤层段位置和第二个煤层段位置刚开始致裂煤层所需的液氮注入量则与第一次煤层段位置注入的液氮总使用量大致相同，然后再根据装置的评价系统判断煤层是否需要继续注入液氮致裂。
88.在本发明的一个实施例中，抽采煤层瓦斯涉及很多因素：1.煤层的赋存条件2.对煤层的增透创造瓦斯自由移动的通道3.使吸附在煤基质中的瓦斯解吸4.抽采瓦斯钻孔的布置及开采模式5.瓦斯抽采的纯度及灾害防治。
89.在本发明的一个实施例中，瓦斯抽采管22内还设置有矩形挡板22b，单层圆盘在固定杆22c上滑动使，限定于矩形挡板22b和另一单层圆盘之间。
90.在本发明的一个实施例中，步骤2中通过沉降水箱19收集分离得到石墨颗粒和煤屑并按其评价方式综合考虑液氮致裂煤层的效果，继而是否继续注入液氮再次致裂煤层，如需要继续注入液氮则关闭阀门11停止注水，打开氮加注泵5重新注入液氮致裂煤层，如不需要继续注入液氮则进行下一步。
91.在本发明的一个实施例中，本装置液氮致裂效果评价后，待沉降水箱19中收集到
足够的水量时，打开水箱阀门21，当煤层27注水后水流通过瓦斯抽采管22流入沉降水箱19沉降，打开水箱拉底孔20去除水中杂质，随后打开回水管阀门18，水经通过回水管路15返回至注水泵10用于下次煤层注水。
92.在本发明的一个实施例中，交变注入管25在煤层27内的部分包含外壳开有九排间距相同的孔，第一排至第三排的空间为第一个煤层段位置，且为第一组孔组，第四排至第六排的空间为第二个煤层段位置，且为第二组孔组，第七排至第九排的空间范围为第三个煤层段位置，且为第三组孔组。
93.进一步的，如图3-图7所示，对不同煤层段位置定向注氮，注水及注二氧化碳的作用机理如下：利用液氮/水氮/水移动装置24的控制器24e使封闭圆形挡板24h到达交变注入管25的第一位置感应器25e位置处，继而第二内壳圆筒24g上开有的三排孔与交变注入管25外壳开有的第一，第二及第三排孔对齐，即可实现对第一个煤层段位置定向的注氮及注水，同理封闭圆形挡板24h到达交变注入管25的第三位置感应器25g位置处，这时交变注入管25外壳开有的第一至第六排孔被内壳圆筒24g遮挡，且内壳圆筒24g上开有的三排孔与交变注入管25外壳开有的第七，第八及第九排孔对齐，即可实现对第三个煤层段位置的注氮及注水，同理封闭圆形挡板24h到达交变注入管25的第二位置感应器25f位置处，这时交变注入管25外壳开有的第一，二，三排孔被内壳圆筒24g遮挡，且内壳圆筒24g上开有的三排孔与交变注入管25外壳开有的第四，第五及第六排孔对齐，即可实现对第二个煤层段位置定向的注氮及注水；利用二氧化碳移动装置23的二氧化碳控制器23e使中空圆形挡板23h到达交变注入管25的第一位置感应器25e位置处，这时外壳圆筒23g上开有三排孔与交变注入管25外壳开有的第一，第二及第三排孔对齐，即可实现对第一个煤层段位置定向的注二氧化碳驱替，同理使中空圆形挡板23h到达交变注入管25的第三位置感应器25g位置处，这时交变注入管25外壳开有的第一至第六排孔被外壳圆筒23g遮挡，且外壳圆筒23g上开有的三排孔与交变注入管25外壳开有的第七，第八及第九排孔对齐，即可实现对第三个煤层段位置注二氧化碳驱替，同理使中空圆形挡板23h到达交变注入管25的第二位置感应器25f位置处，这时交变注入管25外壳开有的第一，二，三排孔被外壳圆筒23g遮挡，且外壳圆筒23g上开有的三排孔与交变注入管25外壳开有的第四，第五及第六排孔对齐，即可实现对第二个煤层段位置注二氧化碳驱替。
94.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
95.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种抽采煤层瓦斯装置，其特征在于，用于煤层(27)开采，包括：二氧化碳加注泵(1)，氮加注泵(5)和注水泵(10)；所述二氧化碳加注泵(1)通过第一管路将热二氧化碳注入二氧化碳移动装置(23)；所述氮加注泵(5)和注水泵(10)通过第二管路分别将液氮或水注入氮/水移动装置(24)；所述煤层(27)内设置有交变注入管(25)和瓦斯抽采管(22)；所述瓦斯抽采管(22)通过回水管路(15)与所述注水泵(10)连通；所述交变注入管(25)开设有至少三组孔组，每一所述孔组置于一煤层段内；所述二氧化碳移动装置(23)和氮/水移动装置(24)均置于所述交变注入管(25)内并均开设有孔组，且所述二氧化碳移动装置(23)套设于所述氮/水移动装置(24)外侧；所述交变注入管(25)管口为封闭端口(25h)。2.根据权利要求1所述的一种抽采煤层瓦斯装置，其特征在于：所述交变注入管(25)和瓦斯抽采管(22)通过封孔装置(26)固定在所述煤层(27)内；所述交变注入管(25)置于所述煤层(27)内的长度短于所述煤层(27)厚度；所述交变注入管(25)在工作面回风巷道(29)和工作面进风巷道(30)两端间隔布置，所述瓦斯抽采管(22)在所述工作面回风巷道(29)和工作面进风巷道(30)两端镜像布置。3.根据权利要求1所述的一种抽采煤层瓦斯装置，其特征在于：所述二氧化碳移动装置(23)和氮/水移动装置(24)的孔组均设有三排通孔；所述交变注入管(25)每一孔组内均设置有三排通孔，每排所述通孔均包括顶密集孔(25a)，第一侧孔(25b)，第二侧孔(25c)和底孔(25d)；且三组孔组分别有一排通孔上安装有第一位置感应器(25e)，第二位置感应器(25f)及第三位置感应器(25g)。4.根据权利要求1所述的一种抽采煤层瓦斯装置，其特征在于：所述第一管路为注二氧化碳管路(4)，所述注二氧化碳管路(4)上安装有阀门ⅰ(2)和压力表ⅰ(3)；所述第二管路包括注氮管路(9)，注水管路(13)和三通阀(14)；所述注氮管路(9)和注水管路(13)通过三通阀(14)与所述氮/水移动装置(24)连通，且注氮管路(9)和注水管路(13)还分别连通有氮加注泵(5)和注水泵(10)；所述注氮管路(9)上安装有阀门ⅱ(6)，压力表ⅱ(7)和流量计(8)；所述注水管路(13)上安装有阀门ⅲ(11)和压力表ⅲ(12)。5.根据权利要求1所述的一种抽采煤层瓦斯装置，其特征在于：所述瓦斯抽采管(22)一端还通过闸阀(17)与抽采干管(16)连通；所述瓦斯抽采管(22)包括管体，所述管体上固定安装有抽采控制器(22a)，所述抽采控制器(22a)通过电线(22d)控制双层圆盘(22e)；所述双层圆盘(22e)包括两单层圆盘，一所述单层圆盘置于所述管体端部，另一所述单层圆盘在固定杆(22c)上滑动设置，且与所述抽采控制器(22a)电性连接；两所述单层圆盘上均缠绕有绝缘电阻丝(22f)。6.根据权利要求5所述的一种抽采煤层瓦斯装置，其特征在于：所述管体上还固定连接有沉降水箱(19)；所述回水管路(15)靠近所述沉降水箱(19)的一端安装有回水管阀门(18)；所述沉降水箱(19)底部开设有水箱拉底孔(20)；所述沉降水箱(19)侧壁还安装有水箱阀门(21)。7.根据权利要求3所述的一种抽采煤层瓦斯装置，其特征在于：所述二氧化碳移动装置(23)包括外壳圆筒(23g)和第一内壳圆筒(23i)；所述外壳圆筒(23g)在中空圆形挡板(23h)旁设有与所述瓦斯抽采管(22)外壳上位置相同间距相等，孔径一致的三排第一对应孔；每排所述第一对应孔包括第一顶密集孔(23a)，第一侧密集孔(23b)，第二侧密集孔(23c)和第
一底孔(23d)；所述中空圆形挡板(23h)，外壳圆筒(23g)与第一内壳圆筒(23i)之间的空隙设有二氧化碳控制器(23e)；所述二氧化碳控制器(23e)控制第一伸缩杆(23f)伸缩。8.根据权利要求7所述的一种抽采煤层瓦斯装置，其特征在于：所述氮/水移动装置(24)包括第二内壳圆筒(24g)；所述第二内壳圆筒(24g)在封闭圆形挡板(24h)旁设有与所述瓦斯抽采管(22)外壳上位置相同间距相等，孔径一致的三排第二对应孔，每排所述第二对应孔包括第二顶密集孔(24a)，第三侧密集孔(24b)，第四侧密集孔(24c)，第二底孔(24d)；所述第一内壳圆筒(23i)内还设有氮/水控制器(24e)；所述氮/水控制器(24e)控制第二伸缩杆(24f)伸缩。9.一种抽采煤层瓦斯方法，包括权利要求1-8任一项所述的抽采煤层瓦斯装置，其特征在于，包括：s1，利用氮/水控制器(24e)将氮/水移动装置(24)运行到指定位置，打开注水泵(10)使石墨颗粒和水经氮/水移动装置(24)的通道从交变注入管(25)开设的第一组孔组流入第一个煤层段位置，并注水湿润煤层(27)；打开水箱阀门(21)待沉降水箱(19)中收集到少量水时，关闭注水泵(10)，打开氮加注泵(5)，注入液氮对第一个煤层段位置致裂；s2,当沉降水箱(19)收集不到水后，关闭氮加注泵(5)，打开交变注入管按钮(33)使交变注入管(25)通电产热，待沉降水箱(19)收集水的速度由最快至非常缓慢后，关闭交变注入管按钮(33)，继而当沉降水箱(19)收集不到水后，通过分析流入沉降水箱(19)中的石墨颗粒和煤屑的占比情况来评价液氮致裂煤层的效果，从而决定是否再次通入液氮；s3，待第一个煤层段位置不必再注入液氮后，利用二氧化碳控制器(23e)将二氧化碳移动装置(23)运行道指定位置，打开二氧化碳加注泵(1)将热二氧化碳气体经二氧化碳移动装置(23)液氮/水从第一对应孔流出对第一个煤层段位置注热二氧化碳驱替，同时利用氮/水控制器(24e)将氮/水移动装置(24)运行到指定位置，打开装有等离子体和水的注水泵(10)经氮/水移动装置(24)的通道从交变注入管(25)开设的第三组孔组流出对第三个煤层段位置注水湿润煤层(27)，当位于工作面进风巷道(30)端设有的沉降水箱(19)中收集到少量水时，关闭注水泵(10)，打开氮加注泵(5)，注入液氮对第三个煤层段位置致裂,重复步骤s2；当第一个煤层段位置注二氧化碳驱替结束后，打开布置于工作面回风巷道(29)端瓦斯抽采管的闸阀(17)抽采第一个煤层段位置的瓦斯；s4，待第三个煤层段位置注氮结束后，利用氮/水控制器(24e)将氮/水移动装置(24)运行到指定位置，打开装有等离子体和水的注水泵(10)经氮/水移动装置(24)的通道从交变注入管(25)开设的第二组孔组流出对第二个煤层段位置注水湿润煤层(27)，打开水箱阀门(21)待沉降水箱(19)中收集到少量水时，关闭注水泵(10)，打开氮加注泵(5)，注入液氮对第三个煤层段位置致裂，重复步骤s2；随后利用二氧化碳控制器(23e)将二氧化碳移动装置(23)运行道指定位置，打开二氧化碳加注泵(1)通过交变注入管(25)开设的第三组孔组对第三个煤层段位置注热二氧化碳驱替，待注气结束后打开布置于工作面进风巷道(30)端瓦斯抽采管的闸阀对三个煤层段位置进行瓦斯抽采；s5，待第三个煤层段位置注气结束后且第二个煤层段位置不再注氮后，利用二氧化碳控制器(23e)将二氧化碳移动装置(23)运行道指定位置，打开二氧化碳加注泵(1)通过交变
注入管(25)开设的第二组孔组对第二个煤层段位置注热二氧化碳驱替，待注气结束后由布置于工作面回风巷道(29)和工作面进风巷道(30)巷道端的瓦斯抽采管共同抽采第二个煤层段的瓦斯；s6，抽采瓦斯一段时间后，当抽采速率大幅下降后，打开交变注入管按钮(33)使交变注入管(25)通电产热，且调试抽采控制器(22a)使双层圆盘(22e)分离为两单层圆并旋转制冷；s7，一段时间后，关闭瓦斯抽采管(22)上的闸阀(17)，再重复步骤s1，s2，s3，s4,s5，s6，通过对不同位置分顺序的先后注氮，注水，注气，瓦斯抽采，实现煤层瓦斯的反复抽采。10.根据权利要求9所述的一种抽采煤层瓦斯方法，其特征在于：所述步骤1中对第一个煤层段位置开始注入液氮到通过装置评价液氮致裂煤层的效果后不必再继续注入液氮时，通过所述注氮管路(9)上安装的所述流量计(8)记录对第一次煤层段位置注入的液氮总使用量；所述步骤3和步骤4中对第三个煤层段位置和第二个煤层段位置最开始的液氮注入量则为第一次煤层段位置注入的液氮总使用量。

技术总结
本发明公开一种抽采煤层瓦斯装置及方法，用于煤层开采，包括二氧化碳加注泵，氮加注泵和注水泵；二氧化碳加注泵将热二氧化碳注入二氧化碳移动装置；氮加注泵和注水泵分别将液氮或水注入氮/水移动装置；煤层内设置有交变注入管和瓦斯抽采管；瓦斯抽采管通过回水管路与注水泵连通；交变注入管开设有至少三组孔组，每一孔组置于一煤层段内；二氧化碳移动装置和氮/水移动装置均置于交变注入管内并均开设有孔组，且二氧化碳移动装置套设于氮/水移动装置外侧；交变注入管管口为封闭端口。本发明通过将煤层划分为若干段位置，先后分顺序可同步进行的完成注水，注氮，注气及抽采瓦斯，大大提高了瓦斯开采效率。高了瓦斯开采效率。高了瓦斯开采效率。


技术研发人员：张磊 罗亮 刘鑫元 曾世攀 李佳程 田世祥 郝定溢 叶志伟
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/10/8