本發(fā)明屬于煤礦安全，具體涉及一種井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、煤礦瓦斯突出是井下作業(yè)的重大安全隱患，傳統(tǒng)方法依賴(lài)通風(fēng)稀釋或高壓注漿，但存在響應(yīng)滯后、效率低等問(wèn)題。近年來(lái)，多孔材料(如活性炭)被用于瓦斯吸附，比如cn202222032504.4、cn201910644061.4中披露的采用活性炭吸附瓦斯，但活性炭的吸附容量和動(dòng)力學(xué)性能難以滿(mǎn)足快速消突需求。

2、經(jīng)檢索，還沒(méi)有本發(fā)明類(lèi)似的技術(shù)方案公開(kāi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的第一方面是提供一種井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)，通過(guò)預(yù)設(shè)具有吸附粉末的膠囊，智能觸發(fā)釋放吸附粉末高效吸附瓦斯，實(shí)現(xiàn)瓦斯突出的快速抑制。第二方面，基于相同的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種基于前述井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)的消突方法。

2、本發(fā)明實(shí)施例中，一種井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)，包括監(jiān)測(cè)單元和若干可受瓦斯?jié)舛扔|發(fā)釋放其內(nèi)吸附粉末的膠囊；監(jiān)測(cè)單元為分布式設(shè)置在井下的由若干瓦斯傳感器組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下甲烷濃度和氣體壓力并將信號(hào)傳輸至控制系統(tǒng)；膠囊預(yù)設(shè)在潛在突出區(qū)域，膠囊包括膠囊外殼、封裝于膠囊外殼中的吸附粉末、以及設(shè)在膠囊外殼中的爆破裝置，控制系統(tǒng)的爆破控制端與爆破裝置的使能端相連；當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)到甲烷濃度超過(guò)閾值或氣體壓力驟升時(shí)，控制系統(tǒng)控制膠囊內(nèi)的爆破裝置啟動(dòng)、以釋放膠囊外殼中的吸附粉末至突出區(qū)域。

3、本發(fā)明實(shí)施例的一種井下煤層局部瓦斯消突方法，基于上述井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：包括如下步驟：預(yù)設(shè)階段：根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，在潛在突出區(qū)域按一定間距預(yù)設(shè)膠囊；監(jiān)測(cè)階段：傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)并上傳至控制系統(tǒng)；觸發(fā)釋放：當(dāng)甲烷濃度超過(guò)閾值或氣體壓力驟升時(shí)，爆破裝置啟動(dòng)、以釋放膠囊外殼中的吸附粉末至突出區(qū)域；吸附消突：吸附粉末吸附突出區(qū)域的游離瓦斯；材料回收：通過(guò)負(fù)壓抽吸裝置回收突出區(qū)域吸附粉末材料，經(jīng)脫附處理后循環(huán)使用。

4、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案取得的技術(shù)效果包括：

5、1、本發(fā)明通過(guò)多參數(shù)動(dòng)態(tài)感知與智能觸發(fā)機(jī)制，可快速釋放cofs材料，短時(shí)間內(nèi)完成90％以上瓦斯吸附，有效提高瓦斯吸附治理效率，實(shí)現(xiàn)瓦斯突出的主動(dòng)防控。為局部瓦斯消突問(wèn)題提供新思路，在煤炭開(kāi)采安全作業(yè)、礦井瓦斯災(zāi)害防治方面具有應(yīng)用價(jià)值。

6、2、本發(fā)明選擇新型三維共價(jià)有機(jī)框架(cofs)作為快速消突、降低瓦斯?jié)舛鹊牟牧希诒ＷC高效、環(huán)保的基礎(chǔ)上，能有效避免采煤工作面發(fā)生瓦斯災(zāi)害事故，提高采煤作業(yè)安全性。

7、3、本發(fā)明攻克了傳統(tǒng)瓦斯治理中吸附速率低、覆蓋范圍小的技術(shù)瓶頸，為煤礦突出事故的主動(dòng)防控提供了高效、低成本的解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)，其特征在于，包括監(jiān)測(cè)單元和若干可受瓦斯?jié)舛扔|發(fā)釋放其內(nèi)吸附粉末的膠囊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)，其特征在于，所述爆破裝置為壓力釋放型裝置或噴射型爆破裝置；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)，其特征在于，所述膠囊安裝在軌道上且可在軌道上移動(dòng)，根據(jù)瓦斯?jié)舛鹊姆秶?，膠囊可移動(dòng)到瓦斯?jié)舛雀叩牡胤结尫拧?/p>

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)，其特征在于，所述膠囊具有嵌套設(shè)置的多層膠囊外殼，每層膠囊外殼內(nèi)均設(shè)有所述吸附粉末和爆破裝置，多層膠囊外殼可同時(shí)和分時(shí)爆破，分時(shí)爆破時(shí)從外至內(nèi)分層爆破，每層膠囊外殼釋放的吸附粉末的方向角可調(diào)節(jié)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)，其特征在于，所述吸附粉末為共價(jià)有機(jī)框架(cofs)材料；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種局部瓦斯消突方法，其特征在于，所述膠囊外殼中還封裝有粉末狀的納米氧化鋁催化劑，納米氧化鋁催化劑隨所述吸附粉末一起釋放至突出區(qū)域，納米氧化鋁催化劑促進(jìn)甲烷氧化生成co2和水。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的一種井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)在突出區(qū)域的負(fù)壓抽吸裝置，所述負(fù)壓抽吸裝置用于井下暴露在外的cofs粉末。

8.一種井下煤層局部瓦斯消突方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的消突方法，其特征在于，所述膠囊均勻安裝于軌道上，行走機(jī)構(gòu)可控制膠囊沿軌道移動(dòng)，移動(dòng)方法為：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的消突方法，其特征在于，獲取所述超閾值區(qū)域的體積、實(shí)際甲烷濃度、壓力來(lái)判斷膠囊需要數(shù)量的方法為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種井下煤層局部瓦斯消突系統(tǒng)及方法，所述的消突系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)單元和若干膠囊；監(jiān)測(cè)單元為分布式設(shè)置在井下的由若干瓦斯傳感器組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下甲烷濃度和壓力并將信號(hào)傳輸至控制系統(tǒng)；膠囊預(yù)設(shè)在潛在突出區(qū)域，膠囊包括膠囊外殼、封裝于膠囊外殼中的吸附粉末、以及設(shè)在膠囊外殼中的爆破裝置，控制系統(tǒng)的爆破控制端與爆破裝置的使能端相連；當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)到甲烷濃度超過(guò)閾值或氣體壓力驟升時(shí)，控制系統(tǒng)控制膠囊內(nèi)的爆破裝置啟動(dòng)、以釋放膠囊外殼中的吸附粉末至突出區(qū)域。本發(fā)明通過(guò)預(yù)設(shè)具有吸附粉末的膠囊，智能觸發(fā)釋放吸附粉末高效吸附瓦斯，實(shí)現(xiàn)瓦斯突出的快速抑制。

技術(shù)研發(fā)人員：柳先鋒,賈雪祺,聶百勝,包松,李闖,李嘉良,何承毅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15