一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排闭环系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排闭环系统及使用方法，本系统包括呈闭环状态的瓦斯开发系统、瓦斯发电系统以及废气回注系统，其利用煤火和瓦斯发电产生的高温热废气驱替煤层瓦斯，既提高了煤层气的产量，同时也减少了煤矿区温室气体的排放，对于构建绿色矿上及实现国家碳中和具有重要作用；另外，由于高温废气注入煤层会引发煤体膨胀变形，渗透率大幅降低，高温废气注入量小，为了克服这一问题，本发明专利技术提出通过高压水射流造腔为煤体提供外膨胀空间，防止因高温及吸附引起的膨胀而导致煤层渗透率降低，有利于提高废气注入量。有利于提高废气注入量。有利于提高废气注入量。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排闭环系统及使用方法


[0001]本专利技术涉及煤矿区资源高效开发及碳减排
，具体涉及一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排闭环系统及使用方法。

技术介绍

[0002]煤层瓦斯作为成煤过程中的一种伴生物，既是一种强温室效应气体和危险煤矿安全生产的危险源，同时也是一种高效的清洁能源，因此实现煤矿瓦斯高效开发对于保障煤矿安全生产、保护环境以及实现能源资源利用均具有重要意义。但是，由于我国煤层普遍具有高吸附的特性，常规的瓦斯抽采方法仅能抽采煤层内的有利瓦斯，而大量的吸附瓦斯仍残留在煤层内，给后期煤层回采埋下了安全隐患。
[0003]此外，煤炭生产过程中大量的瓦斯被排入空气，大幅增加了煤矿区的碳排放量，造成了严重的环境污染，不符合国家当前构建绿色矿山的要求。为此，很多矿区建立了瓦斯电厂，将抽采的瓦斯用于发电，减少了温室气体排放量。但是，瓦斯发电过程中产生大量高温废气，含有大量CO2等对环境有害气体，如果将这些高温废气直接排放大气会造成严重的环境损害。
[0004]针对以上问题，急需寻求一种既能强化煤矿瓦斯开发，同时还能实现煤矿区温室气体减排的系统及方法。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排闭环系统及使用方法，其克服了现阶段由于高温废气注入煤层会引发煤体膨胀变形、渗透率大幅降低、高温废气注入量小的问题，提高了煤层气的产量，同时也减少了煤矿区温室气体的排放，对于构建绿色矿上及实现国家碳中和具有重要作用。<br/>[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排闭环系统，包括瓦斯开发系统、瓦斯发电系统以及废气回注系统；
[0008]所述瓦斯开发系统包括通过管路依次连接在一起的抽采泵站、熟石灰滤液池、丝网过滤装置以及瓦斯储罐，所述抽采泵站的抽采端连通抽采井；
[0009]所述瓦斯发电系统包括通过管路依次连接在一起的阻火器、脱水装置、燃气轮机、轴式发电机以及尾气暂储罐组；所述阻火器与瓦斯储罐出口连通；
[0010]所述废气回注系统包括连通蓄水池的水泵组、连通尾气暂储罐组的气体增压泵组以及气液固分离器，所述尾气暂储罐组和气体增压泵组能够承受500
‑
800℃高温；
[0011]所述气液固分离器入口连通气水煤提升井，所述气液固分离器出口分别连通蓄水池、煤仓以及抽采泵站的入口，所述水泵组、气体增压泵组的出口均连通废气注入井入口；
[0012]所述废气注入井底部利用钻杆钻有长孔，所述钻杆前端设有钻冲一体化钻具，所述钻冲一体化钻具上设有射流喷嘴并通过产生高压射流切割煤体构建有卸压腔，所述水煤
提升井底部连通卸压腔并设有地面提升泵。
[0013]优选地，所述卸压腔等效孔径为3
‑
6m，用于克服高温废气注入过程中产生的膨胀变形，提高高温废气注入量。
[0014]优选地，所述泄压腔内设有脉冲破煤装置，所述脉冲破煤装置用于进一步破碎造腔过程中产生的大块煤体，防止提升过程中造成地面提升泵堵塞。
[0015]优选地，所述卸压腔沿煤层垂直方向呈倾斜布置，倾角3
‑
10
°
，有利于造腔过程中排渣。
[0016]优选地，所述卸压腔与气水煤提升井底部相连的部分构建有一球形空间以利于汇聚水和煤渣。
[0017]本专利技术还提供一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排闭环系统的使用方法，包括以下步骤：
[0018]S1.首先从地面向目标煤层施工抽采井，然后施工废气注入井和气水煤提升井，废气注入井和气水煤提升井底部相互连通；
[0019]S2.由蓄水池提供水源，经过水泵组加压后通过钻杆达到钻冲一体化钻具后形成高压水射流切割煤体构建卸压腔；
[0020]S3.构建卸压腔过程中形成的气、水以及煤渣在气水煤提升井底部汇聚后经由脉冲破煤装置进一步破碎后通过地面提升泵提升到地面，并在气液固分离器内分离，形成的瓦斯气体经由抽采泵站、熟石灰滤液池、丝网过滤装置进入瓦斯储罐，形成的煤渣储存在煤仓内，形成的水进入蓄水池；
[0021]S4.启动抽采泵站开始抽采煤层瓦斯，抽采的瓦斯经过熟石灰滤液池、丝网过滤装置后进入瓦斯储罐；
[0022]S5.瓦斯储罐的瓦斯经由阻火器和脱水装置进入燃气轮机燃烧，燃烧形成的高温蒸汽推动轴式发电机发电；
[0023]S6.燃气轮机内燃烧过程形成的高温废气存储在高温高压尾气暂储罐组内，经过高温气体增压泵组加压后通过废气注入井注入煤层，废气中的高温使煤体产生微裂隙提高瓦斯运移能力，同时废气中的CO2和N2气体与甲烷竞争吸附，进一步促进瓦斯解吸，提高抽采井的产气能力。
[0024]本专利技术的有益效果在于：本专利技术针对深部煤炭及瓦斯资源特点，构建了资源开发
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瓦斯发电
‑
废气减排零排放闭环系统，利用煤火和瓦斯发电产生的高温热废气驱替煤层瓦斯，既提高了煤层气的产量，同时也减少了煤矿区温室气体的排放，对于构建绿色矿上及实现国家碳中和具有重要作用；另外，由于高温废气注入煤层会引发煤体膨胀变形，渗透率大幅降低，高温废气注入量小，为了克服这一问题，本专利技术提出通过高压水射流造腔为煤体提供外膨胀空间，防止因高温及吸附引起的膨胀而导致煤层渗透率降低，有利于提高废气注入量。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例提供的一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排闭环系统的结构示意图。
[0027]附图标记说明：
[0028]1‑
抽采井，2
‑
废气注入井，3
‑
气水煤提升井，4
‑
蓄水池，5
‑
高压水泵组，6
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钻杆，7
‑
钻冲一体化钻具，8
‑
卸压腔，9
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脉冲破煤装置，10
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地面提升泵，11
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气液固分离器，12
‑
煤仓，13
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抽采泵站，14
‑
熟石灰滤液池，15
‑
丝网过滤装置，16
‑
瓦斯储罐，17
‑
阻火器，18
‑
脱水装置，19
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燃气轮机，20
‑
轴式发电机，21
‑
尾气暂储罐组，22
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气体增压泵组。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排闭环系统，其特征在于，包括瓦斯开发系统、瓦斯发电系统以及废气回注系统；所述瓦斯开发系统包括通过管路依次连接在一起的抽采泵站(13)、熟石灰滤液池(14)、丝网过滤装置(15)以及瓦斯储罐(16)，所述抽采泵站(13)的抽采端连通抽采井(1)；所述瓦斯发电系统包括通过管路依次连接在一起的阻火器(17)、脱水装置(18)、燃气轮机(19)、轴式发电机(20)以及尾气暂储罐组(21)；所述阻火器(17)与瓦斯储罐(16)出口连通；所述废气回注系统包括连通蓄水池(4)的水泵组(5)、连通尾气暂储罐组(21)的气体增压泵组(22)以及气液固分离器(11)，所述尾气暂储罐组(21)和气体增压泵组(22)能够承受500
‑
800℃高温；所述气液固分离器(11)入口连通气水煤提升井(3)，所述气液固分离器(11)出口分别连通蓄水池(4)、煤仓(12)以及抽采泵站(13)的入口，所述水泵组(5)、气体增压泵组(22)的出口均连通废气注入井(2)入口；所述废气注入井(2)底部利用钻杆(6)钻有长孔，所述钻杆(6)前端设有钻冲一体化钻具(7)，所述钻冲一体化钻具(7)上设有射流喷嘴并通过产生高压射流切割煤体构建有卸压腔(8)，所述水煤提升井(3)底部连通卸压腔(8)并设有地面提升泵(10)。2.如权利要求1所述的一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排闭环系统，其特征在于，所述卸压腔(8)等效孔径为3
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6m，用于克服高温废气注入过程中产生的膨胀变形，提高高温废气注入量。3.如权利要求1所述的一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排闭环系统，其特征在于，所述泄压腔(8)内设有脉冲破煤装置(9)，所述脉冲破煤装置(9)用于进一步破碎造腔过程中产生的大块煤体，防止提升过程中造成地面提升泵(10)堵塞。4.如权利要求3所述的一种煤矿瓦斯开发利用与废气减排...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘厅，施宇，林柏泉，徐幼平，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：