CN102296982A

CN102296982A - 一种电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法

Info

Publication number: CN102296982A
Application number: CN2011101309358A
Authority: CN
Inventors: 康天合
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2011-05-15
Filing date: 2011-05-15
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2031-05-15
Also published as: CN102296982B

Abstract

一种电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法，属于煤层瓦斯抽采和煤电化学改性技术的范畴，其特征是一种在外加电场和电解液共同作用下通过改变煤的电学、化学、矿物学与岩相学特征，以及煤的裂隙与孔隙结构，升高煤体温度、产生气体、减小活化能、降低吸附势，以强化煤瓦斯解吸渗流的电化学强化方法，目的是提高煤层瓦斯抽采率。本方法在煤层巷道或工作面中钻孔，布置电极，外加电场为交流电场或直流电场，电解液为碱性电解质。与现有的提高煤层瓦斯抽采率的方法相比，电化学强化能使煤瓦斯抽采率提高10％～30％。

Description

一种电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法

技术领域

本发明一种电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法，属于煤层瓦斯抽采和煤电化学改性技术的范畴，具体是一种在外加电场和电解液共同作用下强化煤瓦斯的解吸渗流性，目的是提高煤层瓦斯抽采率的电化学强化方法。

背景技术

我国煤层瓦斯平均抽采率仅为20％左右，而美国、澳大利亚等主要产煤国家的煤层瓦斯抽采率在50％以上，其主要原因是我国煤层瓦斯的解吸渗流性差，且尚未找到能够显著提高煤层瓦斯的解吸渗流性，以提高煤层瓦斯抽采率的技术方法。

提高煤层瓦斯解吸渗流的现有方法归纳为三类：第一类是采用水力与***致裂、钻孔与割缝卸压、开采解放层、在高位裂隙带中掘巷与钻孔，以及建造多分枝水平井等卸压方法。这类方法是通过卸压使煤体变形，并解除应力屏障，使煤瓦斯解吸渗流性增大。但卸压并不能使煤体充分破碎，只能在小范围内使煤体产生变形和裂缝，被裂缝切割的煤块体仍然很大，改善煤瓦斯解吸渗流的效果和范围有限。第二类是通过注气置换和注水驱替等方法使煤瓦斯解吸渗流性增大。在煤层中注入的气体主要为CO₂、N₂或烟道气，这些气体在煤层中比CH₄具有更强的吸附力，在基本不改变煤储层压力的条件下，可提高储层压力传导系数并产生竞争吸附置换效应，但这种注气置换方法不宜在井下煤炭开采中应用。高压注水驱替可压裂煤层，裂缝内的流体具有较高的孔隙压力，有助于使裂缝保持开启状态和瓦斯解吸，但煤层中的水会封闭瓦斯流动的通道，并将瓦斯向煤体内部挤压，水对瓦斯的解吸也起一定的抑制作用，只有排出煤层水时，才会引起压力下降和瓦斯释放。第三类是通过外加温度场、地电场、电磁场和声场等物理场的方法使煤瓦斯解吸渗流性增大。但煤是弱的导热导电体，直接影响外加温度场、地电场、电磁场和声场等物理场对煤的作用效果。

在外加电场和电解液的共同作用下，煤一方面发生降解、气化和还原等电化学反应，另一方面发生电渗和电泳等电动现象。电化学反应和电动现象使得煤发生如下变化：①煤的化学、矿物学与岩相学结构发生变化、产生气体。煤结构的变化导致煤裂隙和孔隙结构发生变化，孔径增大，瓦斯运移通道增大，强化了煤瓦斯的解吸渗流性。产生的气体对瓦斯产生竞争吸附置换效应。②煤的温度升高。温度升高导致煤吸附瓦斯的活化能减小，吸附势降低，瓦斯解吸量增加，扩散速度增加，渗流性增强。③电动现象使得煤中的固液相产生定向移动，对瓦斯产生驱替作用。

发明内容

本发明一种电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法，目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种在外加电场和电解液共同作用下，改变煤的电学、化学、矿物学与岩相学特征，以及煤的裂隙与孔隙结构，产生气体、升高煤体温度、减小活化能、降低吸附势，通过强化煤瓦斯的解吸渗流性，目的是提高煤层瓦斯抽采率的电化学强化方法。

本发明一种电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法，其特征在于是一种在外加电场和电解液共同作用下通过改变煤的电学、化学、矿物学与岩相学特征，以及煤的裂隙与孔隙结构、产生气体、升高煤体温度、减小活化能和降低吸附势，以强化煤瓦斯解吸渗流的电化学强化方法，具体的步骤为：

I、在煤层巷道中钻孔，搭建电化学强化煤瓦斯解吸渗流***，搭建该***的主要部件包括巷道1、钻孔2、电极3、封孔器4、进电解液管5、导线6、外加电场7和电流表8；

II、在钻孔中布置电极3，电极3材料为Fe或Cu，电极3长度由钻孔2深度所决定，电极3长度为钻孔2深度的1/3～2/3，相邻电极通过导线6与外加电场7和电流表8的正负极相连接，封孔器4封孔，注电解液；

III、外加电场7为交流电场或直流电场，电场强度为0～10V·cm^-1，电解液为碱性电解质NaOH、KOH、Ca(OH)₂，浓度为0～5mol·l^-1；

IV、停止电化学强化的标准是：电极材料3耗尽，电流强度为0，或煤层巷道1的煤壁出现面积为30％～50％的电解液渗出现象。

本发明一种电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法与现有提高煤瓦斯抽采率的方法相比较，具有以下突出的实质性特点和显著的效果：

1、本发明一种电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法，其特征在于：是一种在外加电场和电解液共同作用下通过改变煤的化学、矿物学与岩相学特征，以及煤的裂隙与孔隙结构、产生气体、升高煤体温度、减小活化能、降低吸附势，以强化煤瓦斯解吸渗流的电化学强化方法，目的是提高煤层瓦斯抽采率。

2、本发明一种电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法，电化学强化能使煤瓦斯抽采率提高10％～30％。

3、本发明一种电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法，广泛用于煤矿井下开采过程中的瓦斯提前排放、预防煤与瓦斯突出、防尘、防治冲击地压、软化顶煤、提高顶煤冒放性等方面。

附图说明

图1为电化学强化煤瓦斯解吸渗流的电极布置方式。

图中：巷道1、钻孔2、电极3、封孔器4、进电解液管5、导线6、外加电场7和电流表8。图1(a)是垂直或斜交巷道煤壁(工作面)单侧电极布置方式；图1(b)是垂直或斜交巷道煤壁双侧电极布置方式。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

实施方式1：

由本发明电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法对采煤工作面煤层进行电化学强化煤瓦斯解吸渗流，目的是提高煤层瓦斯的抽采率。过程为：

I、在某矿3^#煤层巷道中钻孔，按照图1(a)所示的电化学强化煤瓦斯解吸渗流***，对其进行电化学强化；

II、斜交巷道煤壁单侧布置电极，电极材料为Fe，电极长度为钻孔深度的2/3，相邻电极与外加电场和电流表的正负极相连接，封孔，注电解液；

III、外加电场为直流电场，电场强度为0.25V·cm^-1～6.6V·cm^-1，NaOH电解液，浓度为0.5mol·1^-1；

IV、煤层巷道1的煤壁出现面积为30％的电解液渗出时停止强化作用。

电化学强化后的煤层瓦斯抽采率提高约27％。

实施方式2：按照图1(a)所示的电化学强化煤瓦斯解吸渗流***，垂直工作面单侧布置电极，电场强度为1V·cm^-1，电解液为水，电化学强化后的煤层瓦斯抽采率提高约11％。其它同实施方式1。

实施方式3：按照图1(b)所示的电化学强化煤瓦斯解吸渗流***，斜交巷道煤壁双侧布置电极，电场强度为1V·cm^-1，电解液为KOH，浓度为0.5mol·l^-1，电化学强化后的煤层瓦斯抽采率提高约17％。其它同实施方式1。

Claims

1.一种电化学强化煤瓦斯解吸渗流的方法，其特征在于是一种在外加电场和电解液共同作用下通过改变煤的化学、矿物学与岩相学结构、裂隙与孔隙结构、产生气体、升高煤体温度、减小活化能和降低吸附势，以强化煤瓦斯解吸渗流的电化学强化方法，具体的步骤为：

II、在钻孔中布置电极3，电极3材料为Fe或Cu，电极3长度由钻孔2深度所决定，电极3长度为钻孔2深度的1/3～2/3，相邻电极通过导线6分别与外加电场7和电流表8的正负极相连接，封孔器4封孔，注电解液；

III、外加电场6为交流电场或直流电场，电场强度为0～10V·cm^-1，电解液为碱性电解质NaOH、KOH、Ca(OH)₂，浓度为0～5mol·l^-1；

IV、停止电化学强化的标准是：电极材料3耗尽，电流为0，或煤层巷道1的煤壁出现面积为30％～50％的电解液渗出现象。