專利名稱：一種電化學強化煤瓦斯解吸滲流的方法
技術領域：
本發明一種電化學強化煤瓦斯解吸滲流的方法，屬于煤層瓦斯抽采和煤電化學改性技術的范疇，具體是一種在外加電場和電解液共同作用下強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強化方法。
背景技術：
我國煤層瓦斯平均抽采率僅為20%左右，而美國、澳大利亞等主要產煤國家的煤層瓦斯抽采率在50%以上，其主要原因是我國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方法。提高煤層瓦斯解吸滲流的現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。這類方法是通過卸壓使煤體變形，并解除應力屏障，使煤瓦斯解吸滲流性增大。但卸壓并不能使煤體充分破碎，只能在小范圍內使煤體產生變形和裂縫，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。第二類是通過注氣置換和注水驅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具有更強的吸附力，在基本不改變煤儲層壓力的條件下，可提高儲層壓力傳導系數并產生競爭吸附置換效應，但這種注氣置換方法不宜在井下煤炭開采中應用。高壓注水驅替可壓裂煤層，裂縫內的流體具有較高的孔隙壓力，有助于使裂縫保持開啟狀態和瓦斯解吸，但煤層中的水會封閉瓦斯流動的通道，并將瓦斯向煤體內部擠壓，水對瓦斯的解吸也起一定的抑制作用，只有排出煤層水時，才會引起壓力下降和瓦斯釋放。第三類是通過外加溫度場、地電場、電磁場和聲場等物理場的方法使煤瓦斯解吸滲流性增大。但煤是弱的導熱導電體，直接影響外加溫度場、地電場、電磁場和聲場等物理場對煤的作用效果。在外加電場和電解液的共同作用下，煤一方面發生降解、氣化和還原等電化學反應，另一方面發生電滲和電泳等電動現象。電化學反應和電動現象使得煤發生如下變化① 煤的化學、礦物學與巖相學結構發生變化、產生氣體。煤結構的變化導致煤裂隙和孔隙結構發生變化，孔徑增大，瓦斯運移通道增大，強化了煤瓦斯的解吸滲流性。產生的氣體對瓦斯產生競爭吸附置換效應。②煤的溫度升高。溫度升高導致煤吸附瓦斯的活化能減小，吸附勢降低，瓦斯解吸量增加，擴散速度增加，滲流性增強。③電動現象使得煤中的固液相產生定向移動，對瓦斯產生驅替作用。
發明內容
本發明一種電化學強化煤瓦斯解吸滲流的方法，目的在于克服現有技術的不足和缺陷，提供一種在外加電場和電解液共同作用下，改變煤的電學、化學、礦物學與巖相學特征，以及煤的裂隙與孔隙結構，產生氣體、升高煤體溫度、減小活化能、降低吸附勢，通過強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強化方法。本發明一種電化學強化煤瓦斯解吸滲流的方法，其特征在于是一種在外加電場和電解液共同作用下通過改變煤的電學、化學、礦物學與巖相學特征，以及煤的裂隙與孔隙結構、產生氣體、升高煤體溫度、減小活化能和降低吸附勢，以強化煤瓦斯解吸滲流的電化學強化方法，具體的步驟為I、在煤層巷道中鉆孔，搭建電化學強化煤瓦斯解吸滲流系統，搭建該系統的主要部件包括巷道1、鉆孔2、電極3、封孔器4、進電解液管5、導線6、外加電場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長度由鉆孔2深度所決定， 電極3長度為鉆孔2深度的1/3 2/3，相鄰電極通過導線6與外加電場7和電流表8的正負極相連接，封孔器4封孔，注電解液；III、外加電場7為交流電場或直流電場，電場強度為0 IOV · cnT1，電解液為堿性電解質 NaOH, KOH、Ca (OH)2,濃度為 0 5mol · Γ1 ；IV、停止電化學強化的標準是電極材料3耗盡，電流強度為0，或煤層巷道1的煤壁出現面積為30% 50%的電解液滲出現象。本發明一種電化學強化煤瓦斯解吸滲流的方法與現有提高煤瓦斯抽采率的方法相比較，具有以下突出的實質性特點和顯著的效果1、本發明一種電化學強化煤瓦斯解吸滲流的方法，其特征在于是一種在外加電場和電解液共同作用下通過改變煤的化學、礦物學與巖相學特征，以及煤的裂隙與孔隙結構、產生氣體、升高煤體溫度、減小活化能、降低吸附勢，以強化煤瓦斯解吸滲流的電化學強化方法，目的是提高煤層瓦斯抽采率。2、本發明一種電化學強化煤瓦斯解吸滲流的方法，電化學強化能使煤瓦斯抽采率提高10% 30%。3、本發明一種電化學強化煤瓦斯解吸滲流的方法，廣泛用于煤礦井下開采過程中的瓦斯提前排放、預防煤與瓦斯突出、防塵、防治沖擊地壓、軟化頂煤、提高頂煤冒放性等方
圖1為電化學強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、進電解液管5、導線6、外加電場7和電流表 8。圖1(a)是垂直或斜交巷道煤壁(工作面)單側電極布置方式；圖1(b)是垂直或斜交巷道煤壁雙側電極布置方式。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步的說明。實施方式1:由本發明電化學強化煤瓦斯解吸滲流的方法對采煤工作面煤層進行電化學強化煤瓦斯解吸滲流，目的是提高煤層瓦斯的抽采率。過程為I、在某礦3#煤層巷道中鉆孔，按照圖1(a)所示的電化學強化煤瓦斯解吸滲流系統，對其進行電化學強化；II、斜交巷道煤壁單側布置電極，電極材料為Fe，電極長度為鉆孔深度的2/3，相鄰電極與外加電場和電流表的正負極相連接，封孔，注電解液；
III、外加電場為直流電場，電場強度為0. 25V · cnT1 6. 6V · cm"1, NaOH電解液， 濃度為 0. 5mol · Γ1 ；IV、煤層巷道1的煤壁出現面積為30%的電解液滲出時停止強化作用。電化學強化后的煤層瓦斯抽采率提高約27%。實施方式2 按照圖1(a)所示的電化學強化煤瓦斯解吸滲流系統，垂直工作面單側布置電極，電場強度為IV · cm-1,電解液為水，電化學強化后的煤層瓦斯抽采率提高約 11%。其它同實施方式1。實施方式3 按照圖1 (b)所示的電化學強化煤瓦斯解吸滲流系統，斜交巷道煤壁雙側布置電極，電場強度為IV · cm-1,電解液為Κ0Η，濃度為0. 5mol · Γ1,電化學強化后的煤層瓦斯抽采率提高約17%。其它同實施方式1。
權利要求
1. 一種電化學強化煤瓦斯解吸滲流的方法，其特征在于是一種在外加電場和電解液共同作用下通過改變煤的化學、礦物學與巖相學結構、裂隙與孔隙結構、產生氣體、升高煤體溫度、減小活化能和降低吸附勢，以強化煤瓦斯解吸滲流的電化學強化方法，具體的步驟為I、在煤層巷道中鉆孔，搭建電化學強化煤瓦斯解吸滲流系統，搭建該系統的主要部件包括巷道1、鉆孔2、電極3、封孔器4、進電解液管5、導線6、外加電場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長度由鉆孔2深度所決定，電極3長度為鉆孔2深度的1/3 2/3，相鄰電極通過導線6分別與外加電場7和電流表8的正負極相連接，封孔器4封孔，注電解液；III、外加電場6為交流電場或直流電場，電場強度為0 IOV· cm"1,電解液為堿性電解質 NaOH、KOH、Ca (OH)2,濃度為 0 5mol · Γ1 ；IV、停止電化學強化的標準是電極材料3耗盡，電流為0，或煤層巷道1的煤壁出現面積為30% 50%的電解液滲出現象。
全文摘要
一種電化學強化煤瓦斯解吸滲流的方法，屬于煤層瓦斯抽采和煤電化學改性技術的范疇，其特征是一種在外加電場和電解液共同作用下通過改變煤的電學、化學、礦物學與巖相學特征，以及煤的裂隙與孔隙結構，升高煤體溫度、產生氣體、減小活化能、降低吸附勢，以強化煤瓦斯解吸滲流的電化學強化方法，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，外加電場為交流電場或直流電場，電解液為堿性電解質。與現有的提高煤層瓦斯抽采率的方法相比，電化學強化能使煤瓦斯抽采率提高10％～30％。
文檔編號E21F7/00GK102296982SQ20111013093
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月15日 優先權日2011年5月15日
發明者康天合 申請人:太原理工大學