[0001] 本发明涉及煤炭开采领域，尤其涉及煤炭开采中的瓦斯集聚、分离、提纯及利用的一种废弃矿井井下分离利用瓦斯的方法。

[0002] 随着煤炭去产能的深入推进，大批煤矿被淘汰，成为废弃矿井。井封了，地下遗留的煤、煤层气、巷道还在，矿关人散，就这么简单粗暴地将各种资源弃之不管，实在可惜。到2020年废弃矿井数量将达到1．2万个，按每个矿井地下资源空间60万立方米计算，相当于一座千万人口大城市的空间。

[0003] 废弃矿井中，尤其是高瓦斯或突出矿井，其中仍有大量的瓦斯（煤层气）存在，若能加以利用，不仅可以提高资源利用率，而且能减少瓦斯排空造成的大气污染。现有瓦斯利用技术如低浓度瓦斯催化利用技术、低浓度瓦斯发电、高浓度瓦斯发电以及高浓度瓦斯压缩、提纯、液化利用技术等。而若要对瓦斯进行高效利用，必须提高瓦斯浓度，当前提高瓦斯浓度的方法，主要的气体分离技术如膜分离、变压吸附和深冷分离技术。当前经济适用的矿井瓦斯分离技术主要为变压吸附与深冷分离技术相结合，其技术原理主要为：变压吸附技术主要原理为将40％左右的瓦斯加压到7～8个大气压并送入吸附罐，吸附罐中主要吸附材料为活性碳，利用活性碳对不同气体的选择性吸附将瓦斯吸附在活性碳微孔内，在活性碳吸附饱和时再将吸附罐减压释放出浓度在80％以上的高浓度瓦斯，再进行下一循环的吸附过程。经过变压吸附分离出来的瓦斯浓度约为80％，贮运仍不便，需采取深冷分离技术，将瓦斯浓度提纯近100％，瓦斯提纯任务就算完成了。对变压吸附技术来说，一般要求分离前混合气体中瓦斯浓度不小于40％，以保证瓦斯提纯的成本不会太高。对于浓度在10％左右甚至更低浓度瓦斯，由于瓦斯浓度在爆炸限值内，具有很高的危险性且由于浓度低、提纯成本太高，目前的分离技术对于这一部分浓度的瓦斯由于分离成本太高而不能分离。

[0004] 由此可见，现有的瓦斯分离技术需要的瓦斯量很大、要求瓦斯浓度较高且气源稳定。对于废弃矿井，若能通过有效的瓦斯分离技术，提高瓦斯浓度，则可有利用废弃矿井瓦斯利用的有效性。

[0005] 本发明的目的在于提供一种废弃矿井井下分离利用瓦斯的方法，分离成本低、分离效率高的分离废弃矿井中瓦斯的方法。

[0006] 本发明的技术方案如下：一种废弃矿井井下分离利用瓦斯的方法，包括有以下工艺步骤：
1)根据废弃矿井具体情况，选择一个位置靠上、距离各瓦斯聚集区距离适中的巷道或天然空洞，作为瓦斯收集洞；
2)封闭废弃矿井的各个高瓦斯区域，在其所有出口砌筑密闭墙体，将高瓦斯区域与外界完全隔断；
3)通过钻孔或巷道方式联通各高瓦斯区域和瓦斯收集洞；
4)瓦斯进气通道设在瓦斯收集洞较低区域，瓦斯出气管道设在瓦斯收集洞较高区域；
5)抽取瓦斯的管道连接到地面高浓度瓦斯分离装置，抽取瓦斯的管道中设置瓦斯浓度监测装置、阻火器以及隔爆过滤煤尘装置。

[0007] 所述阻火器是水封阻火器。

[0008] 所述各个高瓦斯区域下部的密闭墙体的下部留设U型排水管，U型排水弯内灌满水。

[0009] 所述分离利用瓦斯的方法是充分利用废弃矿井的资源，利用瓦斯气体比空气轻的原理分离瓦斯。

[0010] 与现有技术相比，本发明的优点在于：在标准状态下，纯瓦斯密度大约为0.72kg/m3，远小于空气密度1.29 kg/m3，是空气比重的55.4％，因而瓦斯气体有向上走的特点，本发明在于利用瓦斯密度比空气轻的特性实现瓦斯自然与空气分离，经自然分离后，浓度低于30％的瓦斯可富集到高达40％以上。废弃矿井中瓦斯主要集聚在未开采煤层或采空区中，在瓦斯集聚区域上部利用废弃巷道或空洞设置收集洞，通过钻孔等手段收集各个采空区的富集瓦斯，由于瓦斯气体比空气轻，会自然从空气中分离并上浮，将其集中在收集洞这个密闭空间中，便可实现瓦斯在废弃矿井井下分离的目的。本发明充分利用废弃矿井井下采空区及巷道空间，在分离成本很低的情况下，利用瓦斯比空气轻的特性，实现了瓦斯与空气的自然分离，将人工装置分离成本很高的低浓度瓦斯的浓度提高到40％以上，实现矿井抽采瓦斯的100％分离提纯，本发明方法分离成本低、分离效率高，并节约了能源。
附图说明

[0011] 图1是本发明施工示意图。

[0012] 下面结合图1进一步详细说明本发明的方法，但本发明不限于以下内容。

[0013] 一种废弃矿井井下分离利用瓦斯的方法，包括有以下工艺步骤：1)根据废弃矿井具体情况，选择一个位置靠上、距离各瓦斯聚集区距离适中的巷道或天然空洞，作为瓦斯收集洞1；此外，瓦斯收集洞1距离地表2要有足够的距离，这样可保证瓦斯收集洞1完全孤立，防止瓦斯收集洞1瓦斯爆炸、浮煤自然发火等现象的发生及灾害发生时对其他区域造成影响，同时也保证灾害易于封闭处理；
2)封闭废弃矿井的各个高瓦斯区域3，在其所有出口砌筑密闭墙体，将高瓦斯区域3与外界完全隔断；在各个高瓦斯区域3下部的密闭墙体的下部留设U型排水管，U型排水弯内应灌满水，并设置阀门，在能够顺利实现排出巷道内积水的同时防止瓦斯等有害气体漏出，并利用水封实现良好的隔爆效果；
3)通过钻孔或巷道方式联通各高瓦斯区域3和瓦斯收集洞1；若没有可利用的巷道，可以通过钻孔的方式，将各高瓦斯区域顶部和瓦斯收集洞进行联通；
4)瓦斯进气通道设在瓦斯收集洞1较低区域，瓦斯出气管道设在瓦斯收集洞1较高区域；可以使瓦斯与空气分离时，瓦斯向上浮动，并在瓦斯收集洞1上部富集，供给采空区的瓦斯混合气体的供给速度可以适当控制，以保证瓦斯自然分离效果，由于供给采空区的瓦斯混合气体在采空区扩散后为层流状态，有利于气体分离，并且一般情况下采空区很大，管路供气量较小，所以瓦斯自然分离效果好，在采空区下部的密闭墙体的下部留设U型排水管，U型排水弯内应灌满水，并设置阀门，在能够顺利实现排巷道内积水的同时防止瓦斯等有害气体漏出，并利用水封实现良好的隔爆效果；
5) 抽取瓦斯的管道连接到地面高浓度瓦斯分离装置7，抽取瓦斯的管道中设置瓦斯浓度监测装置4、阻火器5以及隔爆过滤煤尘装置6，阻火器5是水封阻火器，采用水封阻火器的原因是水封阻火器阻火效果可靠，装置适应性强，适合井下高湿高尘瓦斯气流，水封阻火器的基本原理主要是当火焰通过水气混合层时，火焰与水接触，能量被水蒸发吸收，化学反应的自由基减少并消除；水的瞬间气化也降低了瓦斯中的甲烷浓度，使火焰熄灭；由于水封的存在，爆炸冲击波由于水体的隔断 而无法继续沿管道传播。只要维持阻火器内水位的不低于最低值，即可保证阻火器可靠工作。并在地面瓦斯出气管道与高浓度瓦斯分离装置相连。
这样可将分离后的浓度达40％以上的大量高浓度瓦斯作为变压吸附装置的瓦斯气源，并进一步通过变压吸附装置或深冷分离技术将瓦斯提纯至100％，从而实现废弃矿井的瓦斯高效利用。