專利名稱：一種電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的方法，屬于煤層瓦斯抽采和煤電化學(xué)改性技術(shù)的范疇，具體是一種在外加電場(chǎng)和電解液共同作用下強(qiáng)化煤瓦斯的解吸滲流性，目的是提高煤層瓦斯抽采率的電化學(xué)強(qiáng)化方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)煤層瓦斯平均抽采率僅為20%左右，而美國(guó)、澳大利亞等主要產(chǎn)煤國(guó)家的煤層瓦斯抽采率在50%以上，其主要原因是我國(guó)煤層瓦斯的解吸滲流性差，且尚未找到能夠顯著提高煤層瓦斯的解吸滲流性，以提高煤層瓦斯抽采率的技術(shù)方法。提高煤層瓦斯解吸滲流的現(xiàn)有方法歸納為三類第一類是采用水力與爆破致裂、 鉆孔與割縫卸壓、開(kāi)采解放層、在高位裂隙帶中掘巷與鉆孔，以及建造多分枝水平井等卸壓方法。這類方法是通過(guò)卸壓使煤體變形，并解除應(yīng)力屏障，使煤瓦斯解吸滲流性增大。但卸壓并不能使煤體充分破碎，只能在小范圍內(nèi)使煤體產(chǎn)生變形和裂縫，被裂縫切割的煤塊體仍然很大，改善煤瓦斯解吸滲流的效果和范圍有限。第二類是通過(guò)注氣置換和注水驅(qū)替等方法使煤瓦斯解吸滲流性增大。在煤層中注入的氣體主要為C02、N2或煙道氣，這些氣體在煤層中比CH4具有更強(qiáng)的吸附力，在基本不改變煤儲(chǔ)層壓力的條件下，可提高儲(chǔ)層壓力傳導(dǎo)系數(shù)并產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附置換效應(yīng)，但這種注氣置換方法不宜在井下煤炭開(kāi)采中應(yīng)用。高壓注水驅(qū)替可壓裂煤層，裂縫內(nèi)的流體具有較高的孔隙壓力，有助于使裂縫保持開(kāi)啟狀態(tài)和瓦斯解吸，但煤層中的水會(huì)封閉瓦斯流動(dòng)的通道，并將瓦斯向煤體內(nèi)部擠壓，水對(duì)瓦斯的解吸也起一定的抑制作用，只有排出煤層水時(shí)，才會(huì)引起壓力下降和瓦斯釋放。第三類是通過(guò)外加溫度場(chǎng)、地電場(chǎng)、電磁場(chǎng)和聲場(chǎng)等物理場(chǎng)的方法使煤瓦斯解吸滲流性增大。但煤是弱的導(dǎo)熱導(dǎo)電體，直接影響外加溫度場(chǎng)、地電場(chǎng)、電磁場(chǎng)和聲場(chǎng)等物理場(chǎng)對(duì)煤的作用效果。在外加電場(chǎng)和電解液的共同作用下，煤一方面發(fā)生降解、氣化和還原等電化學(xué)反應(yīng)，另一方面發(fā)生電滲和電泳等電動(dòng)現(xiàn)象。電化學(xué)反應(yīng)和電動(dòng)現(xiàn)象使得煤發(fā)生如下變化① 煤的化學(xué)、礦物學(xué)與巖相學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、產(chǎn)生氣體。煤結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致煤裂隙和孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，孔徑增大，瓦斯運(yùn)移通道增大，強(qiáng)化了煤瓦斯的解吸滲流性。產(chǎn)生的氣體對(duì)瓦斯產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附置換效應(yīng)。②煤的溫度升高。溫度升高導(dǎo)致煤吸附瓦斯的活化能減小，吸附勢(shì)降低，瓦斯解吸量增加，擴(kuò)散速度增加，滲流性增強(qiáng)。③電動(dòng)現(xiàn)象使得煤中的固液相產(chǎn)生定向移動(dòng)，對(duì)瓦斯產(chǎn)生驅(qū)替作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的方法，目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種在外加電場(chǎng)和電解液共同作用下，改變煤的電學(xué)、化學(xué)、礦物學(xué)與巖相學(xué)特征，以及煤的裂隙與孔隙結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生氣體、升高煤體溫度、減小活化能、降低吸附勢(shì)，通過(guò)強(qiáng)化煤瓦斯的解吸滲流性，目的是提高煤層瓦斯抽采率的電化學(xué)強(qiáng)化方法。本發(fā)明一種電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的方法，其特征在于是一種在外加電場(chǎng)和電解液共同作用下通過(guò)改變煤的電學(xué)、化學(xué)、礦物學(xué)與巖相學(xué)特征，以及煤的裂隙與孔隙結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生氣體、升高煤體溫度、減小活化能和降低吸附勢(shì)，以強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的電化學(xué)強(qiáng)化方法，具體的步驟為I、在煤層巷道中鉆孔，搭建電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流系統(tǒng)，搭建該系統(tǒng)的主要部件包括巷道1、鉆孔2、電極3、封孔器4、進(jìn)電解液管5、導(dǎo)線6、外加電場(chǎng)7和電流表8 ；II、在鉆孔中布置電極3，電極3材料為Fe或Cu，電極3長(zhǎng)度由鉆孔2深度所決定， 電極3長(zhǎng)度為鉆孔2深度的1/3 2/3，相鄰電極通過(guò)導(dǎo)線6與外加電場(chǎng)7和電流表8的正負(fù)極相連接，封孔器4封孔，注電解液；III、外加電場(chǎng)7為交流電場(chǎng)或直流電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為0 IOV · cnT1，電解液為堿性電解質(zhì) NaOH, KOH、Ca (OH)2,濃度為 0 5mol · Γ1 ；IV、停止電化學(xué)強(qiáng)化的標(biāo)準(zhǔn)是電極材料3耗盡，電流強(qiáng)度為0，或煤層巷道1的煤壁出現(xiàn)面積為30% 50%的電解液滲出現(xiàn)象。本發(fā)明一種電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的方法與現(xiàn)有提高煤瓦斯抽采率的方法相比較，具有以下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的效果1、本發(fā)明一種電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的方法，其特征在于是一種在外加電場(chǎng)和電解液共同作用下通過(guò)改變煤的化學(xué)、礦物學(xué)與巖相學(xué)特征，以及煤的裂隙與孔隙結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生氣體、升高煤體溫度、減小活化能、降低吸附勢(shì)，以強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的電化學(xué)強(qiáng)化方法，目的是提高煤層瓦斯抽采率。2、本發(fā)明一種電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的方法，電化學(xué)強(qiáng)化能使煤瓦斯抽采率提高10% 30%。3、本發(fā)明一種電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的方法，廣泛用于煤礦井下開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯提前排放、預(yù)防煤與瓦斯突出、防塵、防治沖擊地壓、軟化頂煤、提高頂煤冒放性等方


圖1為電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的電極布置方式。圖中巷道1、鉆孔2、電極3、封孔器4、進(jìn)電解液管5、導(dǎo)線6、外加電場(chǎng)7和電流表 8。圖1(a)是垂直或斜交巷道煤壁(工作面)單側(cè)電極布置方式；圖1(b)是垂直或斜交巷道煤壁雙側(cè)電極布置方式。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施方式1:由本發(fā)明電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的方法對(duì)采煤工作面煤層進(jìn)行電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流，目的是提高煤層瓦斯的抽采率。過(guò)程為I、在某礦3#煤層巷道中鉆孔，按照?qǐng)D1(a)所示的電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)強(qiáng)化；II、斜交巷道煤壁單側(cè)布置電極，電極材料為Fe，電極長(zhǎng)度為鉆孔深度的2/3，相鄰電極與外加電場(chǎng)和電流表的正負(fù)極相連接，封孔，注電解液；
III、外加電場(chǎng)為直流電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為0. 25V · cnT1 6. 6V · cm"1, NaOH電解液， 濃度為 0. 5mol · Γ1 ；IV、煤層巷道1的煤壁出現(xiàn)面積為30%的電解液滲出時(shí)停止強(qiáng)化作用。電化學(xué)強(qiáng)化后的煤層瓦斯抽采率提高約27%。實(shí)施方式2 按照?qǐng)D1(a)所示的電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流系統(tǒng)，垂直工作面單側(cè)布置電極，電場(chǎng)強(qiáng)度為IV · cm-1,電解液為水，電化學(xué)強(qiáng)化后的煤層瓦斯抽采率提高約 11%。其它同實(shí)施方式1。實(shí)施方式3 按照?qǐng)D1 (b)所示的電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流系統(tǒng)，斜交巷道煤壁雙側(cè)布置電極，電場(chǎng)強(qiáng)度為IV · cm-1,電解液為Κ0Η，濃度為0. 5mol · Γ1,電化學(xué)強(qiáng)化后的煤層瓦斯抽采率提高約17%。其它同實(shí)施方式1。
權(quán)利要求
1. 一種電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的方法，其特征在于是一種在外加電場(chǎng)和電解液共同作用下通過(guò)改變煤的化學(xué)、礦物學(xué)與巖相學(xué)結(jié)構(gòu)、裂隙與孔隙結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生氣體、升高煤體溫度、減小活化能和降低吸附勢(shì)，以強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的電化學(xué)強(qiáng)化方法，具體的步驟為I、在煤層巷道中鉆孔，搭建電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流系統(tǒng)，搭建該系統(tǒng)的主要部件包括巷道1、鉆孔2、電極3、封孔器4、進(jìn)電解液管5、導(dǎo)線6、外加電場(chǎng)7和電流表8 ；II、在鉆孔中布置電極3，電極3材料為Fe或Cu，電極3長(zhǎng)度由鉆孔2深度所決定，電極3長(zhǎng)度為鉆孔2深度的1/3 2/3，相鄰電極通過(guò)導(dǎo)線6分別與外加電場(chǎng)7和電流表8的正負(fù)極相連接，封孔器4封孔，注電解液；III、外加電場(chǎng)6為交流電場(chǎng)或直流電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為0 IOV· cm"1,電解液為堿性電解質(zhì) NaOH、KOH、Ca (OH)2,濃度為 0 5mol · Γ1 ；IV、停止電化學(xué)強(qiáng)化的標(biāo)準(zhǔn)是電極材料3耗盡，電流為0，或煤層巷道1的煤壁出現(xiàn)面積為30% 50%的電解液滲出現(xiàn)象。
全文摘要
一種電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的方法，屬于煤層瓦斯抽采和煤電化學(xué)改性技術(shù)的范疇，其特征是一種在外加電場(chǎng)和電解液共同作用下通過(guò)改變煤的電學(xué)、化學(xué)、礦物學(xué)與巖相學(xué)特征，以及煤的裂隙與孔隙結(jié)構(gòu)，升高煤體溫度、產(chǎn)生氣體、減小活化能、降低吸附勢(shì)，以強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流的電化學(xué)強(qiáng)化方法，目的是提高煤層瓦斯抽采率。本方法在煤層巷道或工作面中鉆孔，布置電極，外加電場(chǎng)為交流電場(chǎng)或直流電場(chǎng)，電解液為堿性電解質(zhì)。與現(xiàn)有的提高煤層瓦斯抽采率的方法相比，電化學(xué)強(qiáng)化能使煤瓦斯抽采率提高10％～30％。
文檔編號(hào)E21F7/00GK102296982SQ20111013093
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月15日
發(fā)明者康天合 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)