一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统及方法

1.本发明涉及能源系统优化技术领域，尤其涉及一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统及方法。


背景技术：

2.煤炭是我国能源构成中的一个重要组成部分，据统计，截止2021年底，我国煤炭资源储量为2078.85亿吨，煤炭与瓦斯相伴相生，在开采煤矿时必不可少会产生瓦斯，煤矿瓦斯又称煤层气，其主要可燃成分为甲烷；瓦斯是造成煤矿瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等煤矿事故的主要来源之一，同时瓦斯也是一种洁净能源，截至2020年末，累计探明煤气层地质储量9380亿立方米，开发利用瓦斯，既可实现“变废为宝”获得直接的经济效益，也可达到节能减排的目的。
3.瓦斯抽采是降低煤矿瓦斯灾害，实现瓦斯利用和优化能源结构的主要途径。针对瓦斯抽采工作，我国提出了“先抽后采、能抽尽抽、以用促抽”的方针来指导其开展；我国大多数煤矿属于井下煤矿，主要采用的抽采技术为井下钻孔抽采技术；但常规的抽采技术很难有效降低煤层中的瓦斯含量，主要是因为大约20%的瓦斯是以游离态的形式储存在煤层中，而大约80%的瓦斯是以吸附态的形式储存在煤层中，游离态是指瓦斯以自由气体状态存在于煤体或围岩的裂缝、孔隙之中，吸附态是指在孔隙表面的固体分子引力作用下，游离的瓦斯分子被紧密地吸附在煤体的孔隙壁上，从而形成很薄的吸附层。常规抽采只能抽采出裂缝、孔隙中的游离态瓦斯，大部分存在于煤体内部的吸附态瓦斯则无法排出，并且在瓦斯抽取过程中，瓦斯会将煤层中的煤渣、煤粉和水汽等杂质带出，造成管道或者抽气泵的堵塞和腐蚀，因此在煤矿井下抽采瓦斯的过程中，发生瓦斯灾害的风险较高；同时，我国大多数矿区煤层具有可压密性和易流变、高应力、高瓦斯、强吸附性、低渗透性和低透气性的特征，加上地质条件较为复杂，严重限制了煤与瓦斯的安全高效生产和使用，随着开采深度的增加，煤层中的地应力也随之增加，透气性将进一步降低，同时也会增加瓦斯涌出量，从而提高了矿井开采的危险性和瓦斯抽采的难度。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述现有瓦斯开采过程中，开采效率不高，并且容易出现泄露，爆炸等风险的问题，提出了本发明。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法，包括以下步骤：s1：通入定量的空气与瓦斯混合物启动燃烧器；s2：将部分高温烟气输送至蒸汽轮机中进行发电；
s3：将部分烟气转化为二氧化碳，将二氧化碳和无机盐溶液同时注入煤层中；s4：驱替瓦斯并促进瓦斯抽采，抽采出的瓦斯用于燃烧，形成闭环减排模式。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，此系统应用于上述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法，所述井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统包括：井下瓦斯发电系统、注热系统、注液系统、瓦斯抽采系统、井下供电系统和独立的通风系统。
8.作为本发明井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统所述的一种优选方案，其中：所述瓦斯发电系统中空气供气系统与煤矿瓦斯供气系统分别通过进气管和抽采管与气体混合室连接；燃烧器的端口分别经管线与余热锅炉、储水箱和循环水处理系统相连接；所述循环水处理系统包括余热锅炉、与余热锅炉相连接的蒸汽轮机、冷凝器和储水箱； 所述注热系统包括多个从井打入煤层的注气孔，所有的注气孔均通过注气管和号增压泵与气体处理室的排放端相连接；所述瓦斯抽采系统包括多个从井打入煤层的抽采孔，所有的抽采孔均通过抽采管和瓦斯抽采泵与气体混合室前端相连接； 所述注液系统包括多个从井打入煤层的注液孔，所有的注液孔均通过注液管和号增压泵与无机盐溶液储存罐相连。
9.作为本发明井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统所述的一种优选方案，其中：所述井下供电系统包括蒸汽轮机产生的电能通过输电线传送至临时避难硐室、照明灯、其他用电设备和电网；所述的独立的通风系统包括进风机和回风机；所述通风系统的进风口与回风口分别位于煤矿两侧，通过进风机将地表空气正压输送至进风口内，对矿井进行合适风量的通风工作，通风后的空气流入回风口内部，通过回风机，将通风后的空气负压抽出；所述注液管由可耐高温、耐腐蚀的材料制作而成；所述发电室和临时避难硐室都装有超强抗超压的加厚钢制防爆门和抗压、耐高温及防爆的防护密闭墙。
10.本发明所要解决的另一个问题在于在瓦斯开采过程中，瓦斯抽气泵存在的缺乏过滤煤渣和水汽的功能，易造成设备堵塞的问题，提出了本发明。
11.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置，其特征在于：应用于上述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，所述过滤装置包括，输送单元，包括输气管道和连接在所述输气管道一侧的辅助管道；过滤单元，包括依次配合设置在所述输气管道内的过滤罩和吸收罩；以及，收集单元，包括密封板和收集盒，所述密封板配合插接在辅助管道竖直方向的侧壁内，所述收集盒设置于密封板底端，且能够配合封闭所述辅助管道的开口；驱动组件，包括驱动电机、从动件、皮带和转向件，所述从动件设置有多组，所述驱动电机的输出轴与从动件连接，所述从动件的输出轴与过滤单元啮合连接，所述皮带套接在从动件上，所述转向件一端通过皮带与从动件连接，另一端与吸收罩活动连接。
12.作为本发明瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置所述的一种优选方案，其中：所述输气管道两端开口，分别为输入口和输出口，所述输气管道侧壁开设有下漏孔；所述输入口上设置有朝向管道内部的锥形聚合件；所述辅助管道包括斜坡段管道和竖直段管道，所述斜坡段管道尺寸较大的一端与下漏孔连接，另一端与竖直段管道连接。
13.作为本发明瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置所述的一种优选方案，其中：所述过滤罩包括固定壳、过滤壳、旋转壳和防漏挡板；所述固定壳与输气管道内壁配合连接，其外壁开口，所述过滤壳为半球形结构，圆边与固定壳连接，所述过滤壳上均匀开设有过滤孔；
所述旋转壳包括壳体，所述壳体也为半球形结构，其球形外壁尺寸与过滤壳内壁尺寸相同，且轴心位于同一直线上，所述壳体上还均匀设置有调节孔，所述调节孔孔径大于过滤孔；所述壳体轴线上还设置有转动轴，所述转动轴远离壳体的一端开设有第一锥型齿轮槽，所述第一锥型齿轮槽与从动件输出轴顶端连接；所述防漏挡板与固定壳开口连接，其远离固定壳的一端开设有斜面，斜面与斜坡段管道的斜面平行。
14.作为本发明瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置所述的一种优选方案，其中：所述吸收罩设置在靠近输出口一侧的输气管道内壁上，包括连接壳、吸水棉和挤压件；所述连接壳内壁设置有挤压凸台，所述挤压凸台中部开口，与连接壳形成挤水区，所述吸水棉配合放置于挤水区内；所述挤压件配合设置在连接壳有挤水区的一端开口处，其外径与连接壳内径相等，所述挤压件中部开口，远离连接壳的一端还连接有推杆，所述推杆的另一端连接有回形滑块。
15.作为本发明瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置所述的一种优选方案，其中：所述竖直段管道的一侧外壁上设置有放置凸块，另一侧外壁上设置有限位凸块，所述放置凸块顶端与斜坡段管道坡面侧壁连接；所述放置凸块内部开设有放置层，所述放置层依次横向连通放置凸块、竖直段管道和限位凸块，所述密封板配合滑动设置在放置层内；所述密封板与输气管道轴心平行的两端设置有移动板，所述移动板上均匀开设有卡接孔；所述放置凸块远离斜坡段管道的一端对称开设有齿轮槽，所述齿轮槽与移动板对应，其内对称转动设置有多组齿轮，所述齿轮与卡接孔啮合连接；所述收集盒包括盒体和接触块，所述接触块对称设置于盒体顶端，所述接触块与齿轮啮合连接。
16.作为本发明瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置所述的一种优选方案，其中：所述从动件与过滤罩对应设置，包括转盘、支撑台和支撑套，所述支撑台固定连接在输气管道外壁上，所述转盘转动设置在支撑台内，其外壁与皮带转动连接，所述转盘的输出轴插接在支撑套内；所述支撑套与输气管道内壁连接，其指向输气管道轴心，且所述支撑套外壁还连接有支撑架，所述支撑架的另一端设置有轴心套，所述轴心套套接在转动轴上；所述转向件包括转向轴和连接盘，所述连接盘一端中部与转向轴连接，另一端边缘设置有凸块，所述凸块在回形滑块内滑动；所述输气管道在转向件和内壁吸收罩之间的内壁上还设置有滑套，所述推杆在滑套内滑动。
17.本发明的有益效果：通过输送单元内设置的过滤单元将瓦斯气体中包含的煤渣和水汽等杂质过滤出来，实现将较为干净的瓦斯收集起来的目的，避免杂质进入抽气泵中，影响设备运行，还一定程度上减少了二次提纯的操作步骤，收集单元能够在抽气泵正常工作时打开，同步密封住输送单元，避免了瓦斯泄露。燃烧器可根据抽采瓦斯浓度的不同，采用相应的燃烧器类型，如多孔介质燃烧器、内燃机和mlid燃烧器等，适用范围较广。冷凝器可使用不同种类（水冷式、空气冷却式或蒸发式），可根据不同的位置来进行选择；做功后的蒸汽采用循环使用的方式，有效地节约水资源。无机盐溶液可采用多种类型，如碳酸钠、碳酸钾等溶液，可根据实际情况来进行选择；将其注入煤层中，有效地提高了煤层的透气性。燃烧器的尾气经过处理转变成二氧化碳注入煤层中，二氧化碳代替瓦斯封存于煤层中，驱替煤层瓦斯并促进瓦斯抽采，释放出的瓦斯供发电室利用，减少瓦斯向大气中排放以及运输过程中的损耗，降低了发生瓦斯灾害的风险，形成了良好的闭环减排工作。本发明实现了燃烧器余热的多级利
用，用于发电、预热气体和为人员供暖及供水。具有较高的能源利用效率。本发明实现了电能的多级利用，产生的电能主要通过输电线供井下临时避难硐室、照明灯和其他用电设备使用，并通过副井传输至电网。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统及方法的基本流程示意图。
19.图2为本发明井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统及方法的系统示意图。
20.图3为本发明瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置的整体结构示意图。
21.图4为本发明瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置的输气管道剖视图。
22.图5为本发明瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置的密封板结构示意图。
23.图6为本发明瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置的收集盒结构示意图。
24.图7为本发明瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置的局部结构示意图。
25.图8为本发明瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置的连接壳结构示意图。
具体实施方式
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
27.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
28.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
29.再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
30.实施例1参照图1，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法，如图1所示，包括以下步骤：s1：通入定量的空气与瓦斯混合物启动燃烧器；s2：将部分高温烟气输送至蒸汽轮机中进行发电；s3：将部分烟气转化为二氧化碳，将二氧化碳和无机盐溶液同时注入煤层中；s4：驱替瓦斯并促进瓦斯抽采，抽采出的瓦斯用于燃烧，形成闭环减排模式。
31.上述为本实施例的一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法的示意性方案。
需要说明的是，该井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统的技术方案与上述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法的技术方案属于同一构思，本实施例中井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法的技术方案的描述。
32.图2是本发明提供的一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统的结构示意图，本实施例可适用于井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法的情况。
33.参见图2，本实施例中井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，包括：井下瓦斯发电系统、注热系统、注液系统、瓦斯抽采系统、井下供电系统和独立的通风系统。
34.瓦斯发电系统中空气供气系统与煤矿瓦斯供气系统分别通过进气管2和抽采管22与气体混合室3连接；燃烧器的端口分别经管线与余热锅炉10、储水箱12和循环水处理系统相连接；循环水处理系统包括余热锅炉10、与余热锅炉10相连接的蒸汽轮机9、冷凝器11和储水箱12。
35.具体的，注热系统包括多个从井23打入煤层26的注气孔27，所有的注气孔27均通过注气管21和1号增压泵20与气体处理室13的排放端相连接。
36.瓦斯抽采系统包括多个从井23打入煤层26的抽采孔28，所有的抽采孔28均通过抽采管22和瓦斯抽采泵19与气体混合室3前端相连接。
37.具体的，注液系统包括多个从井打入煤层26的注液孔41，所有的注液孔41均通过注液管40和2号增压泵39与无机盐溶液储存罐38相连。
38.井下供电系统包括蒸汽轮机9产生的电能通过输电线传送至临时避难硐室17、照明灯34、其他用电设备14和电网30。
39.的独立的通风系统包括进风机33和回风机35。
40.通风系统的进风口32与回风口37分别位于煤矿两侧，通过进风机33将地表空气正压输送至进风口32内，对矿井18进行合适风量的通风工作，通风后的空气流入回风口37内部，通过回风机35，将通风后的空气负压抽出。
41.注液管40由可耐高温、耐腐蚀的材料制作而成。
42.发电室1和临时避难硐室17都装有超强抗超压的加厚钢制防爆门和抗压、耐高温及防爆的防护密闭墙。
43.应说明的是，因为方解石会填充在煤层的裂缝中，降低煤层的透气性，方解石主要的成分是碳酸钙，加入无机盐溶液溶解碳酸钙，可以提高煤层的透气性，因此，该指标为决定性指标。
44.实施例2参照图1和2，为本发明的一个实施例，提供了一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法及系统，为了验证其有益效果，通过具体的实施方式以及实施效果进行科学论证。
45.本实施例具体如下：步骤1，工作开始前，打开通风系统，通过进风机33将地表空气正压输送至进风口32内，对矿井18进行合适风量的通风工作，通风后的空气流入回风口37内部，通过回风机35，将通风后的空气负压抽出。
46.步骤2，工作时，先通入一定量的空气/瓦斯混合气进入燃烧器进行氧化燃烧反应，燃烧器产生的高温烟气输送至余热锅炉10和储水箱12内。
47.步骤3，余热锅炉10提取燃烧后的余热产生蒸汽，部分蒸汽输送至供热管套4中预热进入燃烧器前的空气/瓦斯混合气。部分蒸汽输送至蒸汽轮机9中用于发电，发电室1装有超强抗超压的加厚钢制防爆门和抗压、耐高温及防爆的防护密闭墙。做功后的蒸汽经冷凝器11返回至余热锅炉10和储水箱12中便于循环使用；冷凝器11根据实际情况的不同采用相应的类型，如水冷式、空气冷却式或蒸发式冷凝器等。产生的电能主要通过输电线供临时避难硐室17、照明灯34和其他用电设备14使用，并通过副井31传输至电网30。临时避难硐用于发生突发情况时，遇险人员能够迅速躲进其内部等待外部救援，硐室装有超强抗超压的加厚钢制防爆门和抗压、耐高温及防爆的防护密闭墙，同时提供生存必需的氧气、食物、水、急救药箱等设施；照明灯用于井下照明；其他用电设备包括采煤机、挖进机、卡轨车和各种运输机等。
48.步骤4，经过余热锅炉10的高温烟气散失部分热量成为中温烟气，中温烟气进入储水箱12内部产生热水，热水输送至分水器16中，为临时避难硐室17供水、供暖。
49.步骤5，经过储水箱12内部的中温烟气散失部分热量，成为低温烟气进入气体处理室13中，气体处理室13中产生的二氧化碳通过1号增压泵20加压，通过注气管21从井23打入煤层26的注气孔27注入到煤层26中，二氧化碳代替瓦斯封存于煤层26中。
50.步骤6，同时将无机盐溶液储存罐38中的无机盐溶液通过2号增压泵39加压，通过注液管40从井23打入煤层26的注液孔41注入煤层26中，在同离子反应的作用下，碳酸钙会溶于无机盐溶液中，该溶解过程产生的水和气体以及释放的热量，促进煤层解吸，将吸附态的瓦斯转化为游离态。无机盐溶液采用碳酸钠、碳酸钾和氢氧化铵等溶液；注液管40均由可耐高温、耐腐蚀的材料制作而成。
51.步骤7，烟气和无机盐溶液共同驱替瓦斯并促进其抽采，通过瓦斯抽采泵19抽采到的煤矿瓦斯通过抽采管22送入气体混合室3内，与通过进气管2传输的空气混合，根据气体浓度检测仪29测得的不同瓦斯的抽采浓度选取应的燃烧器类型进行燃烧，如多孔介质燃烧器5、内燃机6和mlid燃烧器7等进行燃烧，从而形成闭环减排模式。
52.实施例3参照图3，为本发明的第三个实施例，该实施例不同于第二个实施例的是提供了一种瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置：此装置包括输送单元100，包括输气管道101和连接在输气管道101一侧的辅助管道102；输气管道101的出口与抽气泵连接，入口与抽气管道连接，达到将本装置固定在抽气泵入口的目的；过滤单元200，包括依次配合设置在输气管道101内的过滤罩201和吸收罩202，本实施例优选的过滤罩201设置有两组，吸收罩202一组，两组过滤罩201能够有效减少煤渣的逃逸率，以及；收集单元300，包括密封板301和收集盒302，密封板301配合插接在辅助管道102竖直方向的侧壁内，收集盒302设置于密封板301底端，且能够配合封闭辅助管道102的开口；使用过程中，收集盒302插在辅助管道102的下方，按照设定时间抽离收集盒302，将内部杂质倒出，在抽离过程中，密封板301会将辅助管道102开口堵住，避免输气管道101内的瓦斯泄露，而收集盒302重新插入辅助管道102时，密封板301会复位，将开口暴露，供煤渣下落到收集盒302内。
53.驱动组件400，包括驱动电机401、从动件402、皮带403和转向件404，从动件402设置有多组，驱动电机401的输出轴与从动件402连接，从动件402的输出轴与过滤单元200啮合连接，皮带403套接在从动件402上，转向件404一端通过皮带403与从动件402连接，另一端与吸收罩202活动连接。
54.其余结构与实施例2的结构相同。
55.使用过程中，定时启动驱动电机401驱动从动件402转动，进而带动过滤罩201内部结构运动，达到刮除残留煤渣的目的，在皮带403的带动下，转向件404也会转动，从而挤压吸收罩202内的吸水物质，将水排出，减少吸水物的饱和度。
56.实施例4参照图3~8，为本发明的第四个实施例，该实施例不同于第三个实施例的是，还包括：输气管道101两端开口，分别为输入口101a和输出口101b，输气管道101侧壁开设有下漏孔101c，下漏孔101c供煤渣或水汽向下排放；输入口101a上设置有朝向管道内部的锥形聚合件101a-1用以将出入的瓦斯集中喷射到过滤罩201内；辅助管道102包括斜坡段管道102a和竖直段管道102b，斜坡段管道102a尺寸较大的一端与下漏孔101c连接，另一端与竖直段管道102b连接。
57.过滤罩201包括固定壳201a、过滤壳201b、旋转壳201c和防漏挡板201d；固定壳201a与输气管道101内壁配合连接，其外壁开口，过滤壳201b为半球形结构，圆边与固定壳201a连接，过滤壳201b上均匀开设有过滤孔201b-1，过滤孔201b-1的孔径满足灰尘过滤要求；旋转壳201c包括壳体201c-1，壳体201c-1也为半球形结构，球形结构主要有汇聚作用，还能缓冲瓦斯带来的冲击力，其球形外壁尺寸与过滤壳201b内壁尺寸相同，且轴心位于同一直线上，壳体201c-1上还均匀设置有调节孔201c-1a，调节孔201c-1a孔径大于过滤孔201b-1；壳体201c-1轴线上还设置有转动轴201c-2，转动轴201c-2远离壳体201c-1的一端开设有第一锥型齿轮槽201c-2a；防漏挡板201d与固定壳201a开口连接，其远离固定壳201a的一端开设有斜面，斜面与斜坡段管道102a的斜面平行。
58.吸收罩202设置在靠近输出口101b一侧的输气管道101内壁上，包括连接壳202a、吸水棉202b和挤压件202c；连接壳202a内壁设置有挤压凸台202a-1，挤压凸台202a-1中部开口，与连接壳202a形成挤水区a1，吸水棉202b配合放置于挤水区a1内；挤压件202c配合设置在连接壳202a有挤水区a1的一端开口处，其外径与连接壳202a内径相等，挤压件202c中部开口，远离连接壳202a的一端还连接有推杆202c-1，推杆202c-1的另一端连接有回形滑块202c-2。
59.竖直段管道102b的一侧外壁上设置有放置凸块102b-1，另一侧外壁上设置有限位凸块102b-2，放置凸块102b-1顶端与斜坡段管道102a坡面侧壁连接；放置凸块102b-1内部开设有放置层b1，放置层b1依次横向连通放置凸块102b-1、竖直段管道102b和限位凸块102b-2，密封板301配合滑动设置在放置层b1内，在密封板301正常插接密封竖直段管道102b开口时，密封板301的一端会卡在限位凸块102b-2内，另一端依旧停留在放置凸块102b-1内，而两侧卡接在竖直段管道102b侧壁内，保障了密封性；密封板301与输气管道101轴心平行的两端设置有移动板301a，移动板301a上均匀开设有卡接孔301a-1；放置凸块102b-1远离斜坡段管道102a的一端对称开设有齿轮槽102b-1a，齿轮槽102b-1a与移动板301a对应，其内对称转动设置有多组齿轮c1，齿轮c1与卡接孔301a-1啮合连接；收集盒302
包括盒体302a和接触块302b，接触块302b对称设置于盒体302a顶端，接触块302b与齿轮c1啮合连接；接触块302b从下方与齿轮c1啮合连接，使得齿轮c1转动，进而带动移动板301a移动，实现了密封板301的水平移动。
60.从动件402与过滤罩201对应设置，包括转盘402a、支撑台402b和支撑套402c，支撑台402b固定连接在输气管道101外壁上，转盘402a转动设置在支撑台402b内，其外壁与皮带403转动连接，转盘402a的输出轴插接在支撑套402c内；支撑套402c与输气管道101内壁连接，其指向输气管道101轴心，且支撑套402c外壁还连接有支撑架402c-1，支撑架402c-1的另一端设置有轴心套402c-1a，轴心套402c-1a套接在转动轴201c-2上。
61.转向件404包括转向轴404a和连接盘404b，连接盘404b一端中部与转向轴404a连接，另一端边缘设置有凸块404b-1，凸块404b-1在回形滑块202c-2内滑动；输气管道101在转向件404和内壁吸收罩202之间的内壁上还设置有滑套101d，推杆202c-1在滑套101d内滑动。
62.其余结构与实施例3的结构相同。
63.结合参照图1和2，使用过程中，驱动组件400带动从动件402转动，在第一锥型齿轮槽201c-2a与从动件402输出轴锥齿轮啮合条件下，旋转壳201c转动刮除通过孔径残留在固定壳201a上的煤渣，有效保障固定壳201a的整洁，旋转壳201c与固定壳201a接触的外壁上可以设置毛刷结构用于清理过滤孔201b-1。
64.进一步的，因为皮带403的带动，转向件404也会转动，转向轴404a带动连接盘404b转动，而连接盘404b上的凸块404b-1在回形滑块202c-2内，而推杆202c-1在滑套101d内滑动，受到滑套101d的限位，所以整个挤压件202c会延输气管道101中轴线方向做往复运动，挤压吸水棉202b，使其内部水分排出。
65.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法，其特征在于：包括以下步骤：通入定量的空气与瓦斯混合物启动燃烧器；将部分高温烟气输送至蒸汽轮机中进行发电；将部分烟气转化为二氧化碳，将二氧化碳和无机盐溶液同时注入煤层中；驱替瓦斯并促进瓦斯抽采，抽采出的瓦斯用于燃烧，形成闭环减排模式。2.一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，其特征在于，应用于如权利要求1所述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化方法，所述井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统包括：井下瓦斯发电系统、注热系统、注液系统、瓦斯抽采系统、井下供电系统和独立的通风系统。3.如权利要求2所述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，其特征在于：所述瓦斯发电系统中空气供气系统与煤矿瓦斯供气系统分别通过进气管（2）和抽采管（22）与气体混合室（3）连接；燃烧器的端口分别经管线与余热锅炉（10）、储水箱（12）和循环水处理系统相连接；所述循环水处理系统包括余热锅炉（10）、与余热锅炉（10）相连接的蒸汽轮机（9）、冷凝器（11）和储水箱（12）；所述注热系统包括多个从井（23）打入煤层（26）的注气孔（27），所有的注气孔（27）均通过注气管（21）和1号增压泵（20）与气体处理室（13）的排放端相连接；所述瓦斯抽采系统包括多个从井（23）打入煤层（26）的抽采孔（28），所有的抽采孔（28）均通过抽采管（22）和瓦斯抽采泵（19）与气体混合室（3）前端相连接；所述注液系统包括多个从井打入煤层（26）的注液孔（41），所有的注液孔（41）均通过注液管（40）和2号增压泵（39）与无机盐溶液储存罐（38）相连。4.如权利要求3所述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，其特征在于：所述井下供电系统包括蒸汽轮机（9）产生的电能通过输电线传送至临时避难硐室（17）、照明灯（34）、其他用电设备（14）和电网（30）；所述的独立的通风系统包括进风机（33）和回风机（35）；所述通风系统的进风口（32）与回风口（37）分别位于煤矿两侧，通过进风机（33）将地表空气正压输送至进风口（32）内，对矿井（18）进行合适风量的通风工作，通风后的空气流入回风口（37）内部，通过回风机（35），将通风后的空气负压抽出；所述注液管（40）由可耐高温、耐腐蚀的材料制作而成；所述发电室（1）和临时避难硐室（17）都装有超强抗超压的加厚钢制防爆门和抗压、耐高温及防爆的防护密闭墙。5.一种瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置，其特征在于：应用于如权利要求2~4任一所述的井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统，此过滤装置包括，输送单元（100），设置于瓦斯抽采系统的抽气管道入口，包括输气管道（101）和连接在所述输气管道（101）一侧的辅助管道（102）；过滤单元（200），包括依次配合设置在所述输气管道（101）内的过滤罩（201）和吸收罩（202），以及；收集单元（300），包括密封板（301）和收集盒（302），所述密封板（301）配合插接在辅助管道（102）竖直方向的侧壁内，所述收集盒（302）设置于密封板（301）底端，且能够配合封闭
所述辅助管道（102）的开口；驱动组件（400），包括驱动电机（401）、从动件（402）、皮带（403）和转向件（404），所述从动件（402）设置有多组，所述驱动电机（401）的输出轴与从动件（402）连接，所述从动件（402）的输出轴与过滤单元（200）啮合连接，所述皮带（403）套接在从动件（402）上，所述转向件（404）一端通过皮带（403）与从动件（402）连接，另一端与吸收罩（202）活动连接。6.根据权利要求5所述的瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置，其特征在于：所述输气管道（101）两端开口，分别为输入口（101a）和输出口（101b），所述输气管道（101）侧壁开设有下漏孔（101c）；所述输入口（101a）上设置有朝向管道内部的锥形聚合件（101a-1）；所述辅助管道（102）包括斜坡段管道（102a）和竖直段管道（102b），所述斜坡段管道（102a）尺寸较大的一端与下漏孔（101c）连接，另一端与竖直段管道（102b）连接。7.根据权利要求6所述的瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置，其特征在于：所述过滤罩（201）包括固定壳（201a）、过滤壳（201b）、旋转壳（201c）和防漏挡板（201d）；所述固定壳（201a）与输气管道（101）内壁配合连接，其外壁开口，所述过滤壳（201b）为半球形结构，圆边与固定壳（201a）连接，所述过滤壳（201b）上均匀开设有过滤孔（201b-1）；所述旋转壳（201c）包括壳体（201c-1），所述壳体（201c-1）也为半球形结构，其球形外壁尺寸与过滤壳（201b）内壁尺寸相同，且轴心位于同一直线上，所述壳体（201c-1）上还均匀设置有调节孔（201c-1a），所述调节孔（201c-1a）孔径大于过滤孔（201b-1）；所述壳体（201c-1）轴线上还设置有转动轴（201c-2），所述转动轴（201c-2）远离壳体（201c-1）的一端开设有第一锥型齿轮槽（201c-2a），所述第一锥型齿轮槽（201c-2a）与从动件（402）输出轴顶端连接；所述防漏挡板（201d）与固定壳（201a）开口连接，其远离固定壳（201a）的一端开设有斜面，斜面与斜坡段管道（102a）的斜面平行。8.根据权利要求6或7所述的瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置，其特征在于：所述吸收罩（202）设置在靠近输出口（101b）一侧的输气管道（101）内壁上，包括连接壳（202a）、吸水棉（202b）和挤压件（202c）；所述连接壳（202a）内壁设置有挤压凸台（202a-1），所述挤压凸台（202a-1）中部开口，与连接壳（202a）形成挤水区（a1），所述吸水棉（202b）配合放置于挤水区（a1）内；所述挤压件（202c）配合设置在连接壳（202a）有挤水区（a1）的一端开口处，其外径与连接壳（202a）内径相等，所述挤压件（202c）中部开口，远离连接壳（202a）的一端还连接有推杆（202c-1），所述推杆（202c-1）的另一端连接有回形滑块（202c-2）。9.根据权利要求6或7所述的瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置，其特征在于：所述竖直段管道（102b）的一侧外壁上设置有放置凸块（102b-1），另一侧外壁上设置有限位凸块（102b-2），所述放置凸块（102b-1）顶端与斜坡段管道（102a）坡面侧壁连接；所述放置凸块（102b-1）内部开设有放置层（b1），所述放置层（b1）依次横向连通放置凸块（102b-1）、竖直段管道（102b）和限位凸块（102b-2），所述密封板（301）配合滑动设置在放置层（b1）内；所述密封板（301）与输气管道（101）轴心平行的两端设置有移动板（301a），所述移动板（301a）上均匀开设有卡接孔（301a-1）；
所述放置凸块（102b-1）远离斜坡段管道（102a）的一端对称开设有齿轮槽（102b-1a），所述齿轮槽（102b-1a）与移动板（301a）对应，其内对称转动设置有多组齿轮（c1），所述齿轮（c1）与卡接孔（301a-1）啮合连接；所述收集盒（302）包括盒体（302a）和接触块（302b），所述接触块（302b）对称设置于盒体（302a）顶端，所述接触块（302b）与齿轮（c1）啮合连接。10.根据权利要求8所述的瓦斯气体内煤渣和水汽过滤装置，其特征在于：所述从动件（402）与过滤罩（201）对应设置，包括转盘（402a）、支撑台（402b）和支撑套（402c），所述支撑台（402b）固定连接在输气管道（101）外壁上，所述转盘（402a）转动设置在支撑台（402b）内，其外壁与皮带（403）转动连接，所述转盘（402a）的输出轴插接在支撑套（402c）内；所述支撑套（402c）与输气管道（101）内壁连接，其指向输气管道（101）轴心，且所述支撑套（402c）外壁还连接有支撑架（402c-1），所述支撑架（402c-1）的另一端设置有轴心套（402c-1a），所述轴心套（402c-1a）套接在转动轴（201c-2）上；所述转向件（404）包括转向轴（404a）和连接盘（404b），所述连接盘（404b）一端中部与转向轴（404a）连接，另一端边缘设置有凸块（404b-1），所述凸块（404b-1）在回形滑块（202c-2）内滑动；所述输气管道（101）在转向件（404）和内壁吸收罩（202）之间的内壁上还设置有滑套（101d），所述推杆（202c-1）在滑套（101d）内滑动。

技术总结
本发明公开了一种井下瓦斯高效利用与瓦斯抽采一体化系统及方法，涉及能源系统优化技术领域。包括以下步骤：通入定量的空气与瓦斯混合物启动燃烧器；将部分高温烟气输送至蒸汽轮机中进行发电；将部分烟气转化为二氧化碳，将二氧化碳和无机盐溶液同时注入煤层中；驱替瓦斯并促进瓦斯抽采，抽采出的瓦斯用于燃烧，形成闭环减排模式。本系统还包括井下瓦斯发电系统、注热系统、注液系统、瓦斯抽采系统、井下供电系统和独立的通风系统。本发明有效的解决了瓦斯开采过程中，开采效率不高，并且容易出现泄露，爆炸等风险的问题。爆炸等风险的问题。爆炸等风险的问题。


技术研发人员：代华明 邹崇雪
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/28