煤层注微纳米CO2气泡水增润-降低瓦斯含量的装置及应用

本发明涉及煤层注水治理瓦斯及预湿减尘，尤其涉及煤层微纳米co2气泡协同增润-降低瓦斯含量装置及应用。

背景技术：

1、煤层注水是一项综合灾害防治措施，其能够产生驱替、置换瓦斯，渗流扩孔及增加煤体润湿程度的效应。然而，对于高瓦斯、低渗透煤层，注水难度加剧，另外由于水的表面张力大于煤的表面张力，造成煤体润湿困难。为了解决上述问题，煤层注改性水被相继提出，但是煤层注改性水在井下应用较少，一方面表面活性剂价格高，注水成本增加；另一方面大多数表面活性剂都是有毒的，污染环境。因此，研发一种廉价、环保的促吸-增渗-增润的方法迫在眉睫。

2、微纳米气泡水具有低表面张力的特性，煤层注微纳米气泡水能够增加煤体的润湿程度。专利“一种提高煤层注水湿润性的方法(cn202310642648.8)”、“一种提高煤层注水湿润效果的节源装置和方法(cn202110370729.8)”、“一种微纳米气泡与表面活性剂协同增效强化喷雾降尘系统(cn202222654505.2)”、“一种微纳米气泡与表面活性剂协同增效强化喷雾降尘系统及方法(cn202211228146.2)”等公布了微纳米气泡水或微纳米气泡表面活性水具有低表面张力的特性，能够增加煤层及粉尘的润湿特性。若实现瓦斯及煤尘的协同治理，必须从源头着手，上述已公布的专利没有考虑瓦斯的影响，瓦斯严重干扰微纳米气泡水对煤体的润湿，也会造成煤层注微纳米气泡水不能有效的实现瓦斯及粉尘的协同治理。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了煤层微纳米co2气泡协同增润-降低瓦斯含量装置及应用，协同实现煤层的促吸、增渗和增润效果。

2、本发明提出的煤层微纳米co2气泡协同增润-降低瓦斯含量装置，包括微纳米气泡发生器，所述微纳米气泡发生器设置有微纳米气泡发生器出水口、微纳米气泡水发生器进气口和微纳米气泡发生器进水口，微纳米气泡水发生器进气口连接有co2储气罐，所述微纳米气泡发生器进水口连接有水箱，所述微纳米气泡发生器出水口连接有注水系统，通过注水系统将微纳米气泡发生器制备的微纳米co2气泡水注入煤层。

3、优选地，所述co2储气罐与微纳米气泡水发生器进气口连接的管路上沿气体输送方向依次设置有第三压力表、调压阀、第二压力表和气体流量计；所述co2储气罐还连接有co2储气罐进气口，所述co2储气罐进气口上设置有第五阀门。

4、优选地，所述水箱通过管路与所述微纳米气泡发生器进水口连接，且连接的管路上设置有第三阀门；所述水箱还设置有水箱进水口，所述水箱进水口上设置有第四阀门。

5、优选地，所述注水系统包括沿出水方向依次设置的微纳米气泡水蓄水罐和注水泵，所述微纳米气泡水蓄水罐通过送料管路与所述微纳米气泡发生器出水口连通，所述送料管路上设置有第二阀门；所述微纳米气泡水蓄水罐通过管路与所述注水泵连接，且连接的管路上设置有第一阀门；所述注水泵用于将微纳米co2气泡水注入煤层。

6、优选地，所述注水泵的输出端的管路上设置有第一压力表和泄压阀，所述注水泵的输出端通过若干注水管连通煤层，所述煤层还开有若干排水孔；若干所述注水管依次注水，且当与所述注水管相邻排水孔出水时切换至下一注水管。

7、优选地，所述注水管包括第一注水管、第二注水管和第三注水管，所述第一注水管上设置有第一注水管阀门，所述第二注水管上设置有第二注水管阀门，所述第三注水管上设置有第三注水管阀门。

8、本发明提出的上述煤层微纳米co2气泡协同增润-降低瓦斯含量装置在煤层注水中的应用。

9、优选地，方法步骤如下：

10、s1：向co2储气罐中通入co2；并在水箱中加入水；

11、s2：将co2储气罐中co2和水箱中水通入微纳米气泡发生器以制备微纳米co2气泡水；

12、s3：通过注水系统将s2制备的微纳米co2气泡水通入煤层即可。

13、优选地，s2中co2储气罐和微纳米气泡发生器连接的管路上的调压阀压力调节至0.01-0.1mpa。

14、本发明的有益技术效果：

15、(1)本发明实现水携气的气水混合注入煤层，由于煤对co2的吸附能力大于煤对瓦斯的吸附能力、煤对水的吸附能力大于煤对瓦斯的吸附能力，co2、水分都能够驱替、置换瓦斯。另外微纳米气泡瞬间爆裂，能够发出高热，促使水及煤体增温，温度越高越有利于瓦斯解吸；在co2、水分及温度的多重作用下，煤层瓦斯解吸速度加快，促进瓦斯解吸。

16、(2)本发明的二氧化碳与水生成碳酸，碳酸溶解煤中有机物和无机物，增加煤体孔裂隙结构，注水压力也能够对煤体产生损伤破坏，实现煤层的增渗。

17、(3)本发明的微纳米co2气泡水具有低表面张力的特性，加之煤层注微纳米co2气泡水也能够增渗，实现煤层的增润。

技术特征：

1.煤层微纳米co2气泡水协同增润-降低瓦斯含量装置，其特征在于，包括微纳米气泡发生器(3)，所述微纳米气泡发生器(3)设置有微纳米气泡发生器出水口(21)、微纳米气泡水发生器进气口(22)和微纳米气泡发生器进水口(23)，微纳米气泡水发生器进气口(22)连接有co2储气罐(1)，所述微纳米气泡发生器进水口(23)连接有水箱(2)，所述微纳米气泡发生器出水口(21)连接有注水系统，通过注水系统将微纳米气泡发生器(3)制备的微纳米co2气泡水注入煤层。

2.根据权利要求1所述的煤层微纳米co2气泡水协同增润-降低瓦斯含量装置，其特征在于，所述co2储气罐(1)与微纳米气泡水发生器进气口(22)连接的管路上沿气体输送方向依次设置有第三压力表(28)、调压阀(27)、第二压力表(26)和气体流量计(25)；所述co2储气罐(1)还连接有co2储气罐进气口(32)，所述co2储气罐进气口(32)上设置有第五阀门(33)。

3.根据权利要求1所述的煤层微纳米co2气泡水协同增润-降低瓦斯含量装置，其特征在于，所述水箱(2)通过管路与所述微纳米气泡发生器进水口(23)连接，且连接的管路上设置有第三阀门(24)；所述水箱(2)还设置有水箱进水口(30)，所述水箱进水口(30)上设置有第四阀门(31)。

4.根据权利要求1所述的煤层微纳米co2气泡水协同增润-降低瓦斯含量装置，其特征在于，所述注水系统包括沿出水方向依次设置的微纳米气泡水蓄水罐(4)和注水泵(5)，所述微纳米气泡水蓄水罐(4)通过送料管路(19)与所述微纳米气泡发生器出水口(21)连通，所述送料管路(19)上设置有第二阀门(20)；所述微纳米气泡水蓄水罐(4)通过管路与所述注水泵(5)连接，且连接的管路上设置有第一阀门(16)；所述注水泵(5)用于将微纳米co2气泡水注入煤层。

5.根据权利要求4所述的煤层微纳米co2气泡水协同增润-降低瓦斯含量装置，其特征在于，所述注水泵(5)的输出端的管路上设置有第一压力表(6)和泄压阀(7)，所述注水泵(5)的输出端通过若干注水管连通煤层，所述煤层还开有若干排水孔(14)；若干所述注水管依次注水，且当与所述注水管相邻排水孔(14)出水时切换至下一注水管。

6.根据权利要求5所述的煤层微纳米co2气泡水协同增润-降低瓦斯含量装置，其特征在于，所述注水管包括第一注水管(8)、第二注水管(9)和第三注水管(10)，所述第一注水管(8)上设置有第一注水管阀门(11)，所述第二注水管(9)上设置有第二注水管阀门(12)，所述第三注水管(10)上设置有第三注水管阀门(13)。

7.如权利要求1-6任一项所述煤层微纳米co2气泡水协同增润-降低瓦斯含量装置在煤层注水中的应用。

8.根据权利要求7所述的煤层微纳米co2气泡水协同增润-降低瓦斯含量装置在煤层注水中的应用，其特征在于，方法步骤如下：

9.根据权利要求8所述的煤层微纳米co2气泡水协同增润-降低瓦斯含量装置在煤层注水中的应用，其特征在于，s2中co2储气罐(1)和微纳米气泡发生器(3)连接的管路上的调压阀(27)压力调节至0.01-0.1mpa。

技术总结本发明公开了煤层注微纳米CO<subgt;2</subgt;气泡水增润及降低瓦斯含量的装置及应用，该装置包括微纳米气泡发生器，所述微纳米气泡发生器设置有微纳米气泡发生器出水口、微纳米气泡水发生器进气口和微纳米气泡发生器进水口，微纳米气泡水发生器进气口连接有CO<subgt;2</subgt;储气罐，所述微纳米气泡发生器进水口连接有水箱，所述微纳米气泡发生器出水口连接有注水系统，通过注水系统将微纳米气泡发生器制备的微纳米CO<subgt;2</subgt;气泡水注入煤层。本发明微纳米CO<subgt;2</subgt;气泡水协同实现煤层的促吸、增渗和增润效果。技术研发人员：岳基伟,张明月,石必明,韩奇峻,李文琪,梁跃辉,申晓静,徐金林,王辰受保护的技术使用者：安徽理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9