CN106437826A - 一种钻孔负压划区分源自动调节的煤层瓦斯抽采方法 - Google Patents

Abstract

一种钻孔负压划区分源自动调节的煤层瓦斯抽采方法，包括抽采源区间划分、划区内钻孔封堵连接、负压自动阀门安装及并入抽采管路步骤。其中抽采源区间划分依据抽采钻孔所在煤层的地质条件及施工时间等因素，结合已有的抽采负压自动调节阀门将抽采巷道分割成若干个相互独立调控的调节区间，能保持抽采管路效率的最大化，同时也能将某些随机的、漏气较严重的抽采钻孔瓦斯浓度保持在限定值以上，保障了整个抽采管路的瓦斯浓度，大幅度提高瓦斯可利用率的同时，保证瓦斯抽采效率进而也提高了采煤效率。

Description

一种钻孔负压划区分源自动调节的煤层瓦斯抽采方法

技术领域

本发明涉及一种提高煤矿井下抽采瓦斯浓度的方法，特别适用于煤层构造发育不稳定、抽采瓦斯浓度难以维持在限定值以上的矿井。

背景技术

煤矿瓦斯是威胁矿山安全的主要元凶之一，近些年在党和国家的领导和监督下煤矿安全领域取得了一系列重大技术突破，使得煤炭开采的安全性得到了大幅的提升，但是由于我国煤炭赋存瓦斯大、埋深大、煤层渗透性差、地质条件复杂等原因，煤矿安全依然面临着巨大的挑战。据统计，在每年的煤矿重特大事故中由瓦斯引起的事故依然占据主要地位。在加强安全生产管理方面国家规定，在开采高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井必须先进行瓦斯抽采，抽采不达标不能进行生产，同时，长期的工程实践及理论研究表明，瓦斯抽采是解决煤矿瓦斯灾害的根本途径。另一方面，抽采出的瓦斯又是很好的清洁能源，因此进行煤矿瓦斯高产高效的抽采是煤矿安全生产的迫切需要，也是可持续发展及建设节约型社会的需要。

煤矿瓦斯抽采通常是向煤层施工大量的钻孔，然后进行封孔和联孔，最终汇入巷道内的抽采管路。我国绝大多数煤层属于低透气煤层，瓦斯抽采困难，且抽采钻孔存在较为严重的封孔后漏气现象。近些年虽然出现了一些新的封堵钻孔及煤岩裂隙的方法，但却没能从根本上解决这一技术难题，并且随着抽采进入中后期，抽采的瓦斯浓度更是难以维持在一定限度之上。这是由于随着瓦斯抽采的进行，煤岩及钻孔裂隙持续发育，加上单位时间内煤体渗流出的瓦斯量减少，将导致瓦斯抽采总体浓度进一步降低，若抽采管路内的瓦斯浓度处在爆炸限之内(甲烷含量5％-16％)，将会给抽采管路安全带来威胁，有可能在输送过程中发生瓦斯爆炸；若浓度过低将难以利用，只能进行排放，排入大气的瓦斯气体不仅浪费了资源也对环境带来严重的污染。

目前，很多矿井在进行瓦斯抽采过程中一旦管路中浓度较低，为了提高管路安全性及抽采浓度，基本上是靠关孔，通过关闭个别抽采钻孔来获得较高的瓦斯抽采浓度，但由于不能准确定位，有时甚至是几个钻孔漏气就要通过关闭整条巷道的抽采系统来处理，造成极大的浪费，由于关孔使煤体瓦斯未得到充分释放而起不到消突作用，也为之后采煤留下安全隐患。由于同一区域的的钻孔抽出的瓦斯浓度有高有低，同一钻孔不同的时期抽出的瓦斯浓度亦有较大差别，目前的抽采系统达不到对不同质量的钻孔进行监测区分并进行划区分源地控制抽采浓度的要求，近些年，一些专家学者注意到抽采负压对瓦斯浓度影响显著，也提出一些在抽采管路中加装调控阀门来达到降低管路负压以期到达提高抽采瓦斯浓度的目的，这种降低管路负压的粗放型做法虽然可以使得瓦斯浓度保持在一定限度之上，但同时也降低了整个管路中每个钻孔的抽采量，不利于整体瓦斯抽采效率的提高。

目前瓦斯抽采现状：(1)抽采负压的确定全凭经验，对于在不同渗透性的煤层、不同的钻孔深度、不同的封孔质量等条件下，缺少系统的抽采瓦斯浓度控制理论及有效的指导方法；(2)目前对于抽采浓度的观察主要是在抽采管路中安装监测设备，当发现浓度低于要求下限时只能采取降低整体负压以期减少钻孔漏风，甚至关闭整条抽采支路的极端措施来提高总管路的浓度，难以满足安全要求及瓦斯抽采的高产高效；(3)同一区域的的钻孔抽出的瓦斯浓度有高有低，同一钻孔不同的时期抽出的瓦斯浓度亦有较大差别，目前的抽采系统达不到对不同质量的钻孔进行监测区分并进行划区分源地控制抽采浓度的要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种针对钻孔裂隙发育随机性的钻孔负压划区自动调节的煤层瓦斯抽采方法，以期达到最大限度的提高抽采瓦斯浓度和整体瓦斯抽采效率。

技术方案：本发明的钻孔负压划区分源自动调节的煤层瓦斯抽采方法，包括如下步骤：

a.根据巷道及煤质条件确定划区方案：

(1)如果是施工穿层钻孔进行煤层瓦斯抽采，且钻孔施工是在钻场中进行的，以各个钻场内的抽采钻孔为一个划区，即一个调节区间；

(2)如果是在煤层巷道中施工顺层钻孔进行瓦斯抽采，根据煤层构造发育情况及巷道掘进效率划分调节区间；

b.根据巷道施工情况进行抽采钻孔的施工，抽采钻孔施工完成后即进行封孔，之后根据调节划区方案,依次将各个划区间内的钻孔做为一组连接起来，并安装抽采管；

c.将负压自动调节阀门安装到连接好的划区抽采管上；

d.将安装有负压自动调节阀门的划区抽采管并入巷道内的瓦斯抽采管路中，并调试好自动调节阀门，在负压自动调节下进行瓦斯抽采，使整个抽采巷道内每个划区内的钻孔抽采负压均独立的处于负压自动调节之下；

e.重复步骤a-d，直至整条抽采巷道各个划区全部完成施工。

所述调节区间的每个分区内的抽采负压在自动调节阀门的调节下互不影响，以达到将少数漏气较为严重的钻孔对抽采管路浓度的影响降到最低。

如果一个钻场内的钻孔在构造和施工时间上具有一致性，则以一个钻场作为一个划区。

如果钻孔在煤层巷道中均匀分布，则按照以下原则划区：

a煤层构造发育不稳定，或者煤层中出现局部剧烈构造，或局部构造区域沿巷道方向小于3m时，则构造区域作为一个调节区间；

b若局部构造区域大于3m，则在构造区域内划分多个调节区间，但相邻区间不得大于3m；

c如果煤层发育比较稳定，少有明显构造区域，则根据巷道施工效率划分调控区间，取8～15m范围作为一个调控区间。

有益效果：由于本发明立足于解决瓦斯抽采过程中由于少数钻孔漏气导致的整体浓度降低，若采用降低管路抽采负压达到降低漏风量提高瓦斯浓度的方法,将会导致整体抽采效率的降低，特别是大部分漏气较少的钻孔抽采效率的降低的问题，本发明通过采区抽采负压划区分源自动调节的方法有效解决这一问题，划区原则根据煤层构造发育情况及巷道掘进效率而定，因为构造程度决定煤体裂隙发育程度，巷道掘进效率反应的是划区的时效性，本发明根据瓦斯抽采钻孔所在巷道的种类、煤层地质构造发育情况及抽采时间上是否接近一致等因素将钻孔划分为不同的负压调节区域，并借助自动调节阀门实现负压分源调节的自动化，能将抽采管路中漏气较为严重的钻孔内负压降低到合适程度，即能保证抽采的瓦斯浓度又不会将其关闭导致抽采盲区，同时也不会影响到管路中其他的钻孔，这在最大程度上确保了整支管路的抽采效率。所述调节区间的每个分区内的抽采负压在自动调节阀门的调节下互不影响，以达到将少数漏气较为严重的钻孔对抽采管路浓度的影响降到最低，同时不会对其余钻孔的抽采效率造成不良影响，保证了整个抽采管路的抽采效率。本发明主要应用于穿层钻孔瓦斯抽采及煤层巷道内的顺层钻孔瓦斯抽采，通过负压调控区间的划分，由于穿层钻孔在划区时与顺层钻孔具有一致性，且相对简单。具有方法简单、节能、环保、抽采高效的特点，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明在顺层抽采时的应用示意图。

图中：1-煤层顶板；2-巷道掘进面；3-煤层底板；4-巷道；5-管路抽采端；6-管路连接件；7-负压自动调节阀门；8-抽采钻孔；9-抽采管；10-抽采管单口连接件；11-抽采管双口连接件；12-划区抽采管；13-抽采管路；14-管路密封端；A-划区调控区间；B-划区调控区间；C-划区调控区间；D-未划区段；M-划区未标出段。

具体实施方案

下面结合附图中的实施例对本发明做进一步的描述：

本发明的钻孔负压划区分源自动调节的煤层瓦斯抽采方法，具体步骤如下：

a.根据巷道及煤质条件确定划区方案：

(1)如果是施工穿层钻孔进行煤层瓦斯抽采，且钻孔施工是在钻场中进行的，以各个钻场内的抽采钻孔为一个划区，即一个调节区间；

(2)如果是在煤层巷道中施工顺层钻孔进行瓦斯抽采，根据煤层构造发育情况及巷道掘进效率划分调节区间；

所述调节区间的每个分区内的抽采负压在自动调节阀门的调节下互不影响，以达到将少数漏气较为严重的钻孔对抽采管路浓度的影响降到最低。

如果一个钻场内的钻孔在构造和施工时间上具有一致性，则以一个钻场作为一个划区。

如果钻孔在煤层巷道中均匀分布，则按照以下原则划区：

煤层构造发育不稳定，或者煤层中出现局部剧烈构造，或局部构造区域沿巷道方向小于3m时，则构造区域作为一个调节区间；

若局部构造区域大于3m，则在构造区域内划分多个调节区间，但相邻区间不得大于3m；

如果煤层发育比较稳定，少有明显构造区域，则根据巷道施工效率划分调控区间，取8～15m范围作为一个调控区间。

b.根据巷道施工情况进行抽采钻孔的施工，抽采钻孔施工完成后即进行封孔，之后根据调节划区方案,依次将各个划区间内的钻孔做为一组连接起来，并安装抽采管；

c.将负压自动调节阀门安装到连接好的划区抽采管上；

d.将安装有负压自动调节阀门的划区抽采管并入巷道内的瓦斯抽采管路中，并调试好自动调节阀门，在负压自动调节下进行瓦斯抽采，使整个抽采巷道内每个划区内的钻孔抽采负压均独立的处于负压自动调节之下；

e.重复步骤a-d，直至整条抽采巷道各个划区全部完成施工。

实施例1、如图1所示，在煤层巷道4中施工顺层钻孔进行瓦斯抽采，划区调控区间A、B、C区域，划区未标出段M段包含若干个类似区域A、B、C的划区，在图中没有全部画出，区段D为巷道掘进面2后方未进行划区及钻孔施工的区域；

在煤层巷道4开始掘进且掘进距离大于100m后，按常规技术在调控区间A中按顺序施工抽采钻孔8，每一个划区内钻孔全部施工完成后进行封孔、连接抽采管9、使用抽采管连接件10或抽采管双口连接件11将划区内的钻孔并联起来，最后将连接好负压自动调节阀门7的划区抽采管12并入抽采管路13中，之后进行下一个划区调控区间的施工；

随着煤层巷道4的掘进，抽采工艺随之进行，管路抽采端5为与矿井的抽采总管路相连的接口，抽采管路13随着抽采需要向巷道深处延伸，管路密封端14起到密封抽采管路13最前端的作用，包括以下步骤；

a.巷道掘进后根据划区原则划出第一个负压调节区域A，在区域A中施工瓦斯抽采钻孔8，在区域A中钻孔按设计间距施工完毕后进行封孔，之后将封孔后的瓦斯抽采钻孔用抽采管9连接到抽采管连接件10或抽采管双口连接件11上，在单个划区里瓦斯抽采钻孔全部连接后将抽采管双口连接件11剩余的一个接口与连接好负压自动调节阀门7的划区抽采管12相连接并将划区抽采管12并入抽采管13中，此时划区A内的抽采钻孔即开始在负压自动调节阀门7作用下抽采；

b.按照步骤a，对下一个划区进行操作，并将划区抽采管连接到经过延伸的抽采管路上；

c.按照步骤a，不断将划区内施工钻孔并连接抽采，直到巷道施工完成，将划区分源自动调节分区覆盖整个巷道为止；

瓦斯抽采管路的布置要与巷道掘进面2保持一定的距离，以不影响巷道掘进施工为宜，一般距离100m以上。

按照以上步骤循环，直到整条抽采巷道施工完毕，则整个抽采巷道内每个划区内的钻孔抽采负压均独立的处于负压自动调节之下，这样即使不清楚是哪个钻孔或者哪几个钻孔漏气较为严重，由于采用负压分源调节的抽采方法，漏气严重的钻孔负压受到调控作用后不会对抽采管路内的浓度造成影响，同时也不会对其他未出现严重漏气的钻孔组造成影响，使得整体抽采效率依然保持最大化。

Claims (4)

1.一种钻孔负压划区分源自动调节的煤层瓦斯抽采方法，其特征在于：包括如下步骤：

a.根据巷道及煤质条件确定划区方案：

(1)如果是施工穿层钻孔进行煤层瓦斯抽采，且钻孔施工是在钻场中进行的，以各个钻场内的抽采钻孔为一个划区，即一个调节区间；

（2）如果是在煤层巷道中施工顺层钻孔进行瓦斯抽采，根据煤层构造发育情况及巷道掘进效率划分调节区间；

b.根据巷道施工情况进行抽采钻孔的施工，抽采钻孔施工完成后即进行封孔，之后根据调节划区方案,依次将各个划区内的钻孔做为一组连接起来，并安装抽采管；

c.将负压自动调节阀门安装到连接好的划区抽采管上；

d.将安装有负压自动调节阀门的划区抽采管并入巷道内的瓦斯抽采管路中，并调试好自动调节阀门，在负压自动调节下进行瓦斯抽采，使整个抽采巷道内每个划区内的钻孔抽采负压均独立的处于负压自动调节之下；

e.重复步骤a-d，直至整条抽采巷道各个划区全部完成施工。

2.根据权利要求1所述的钻孔负压划区分源自动调节的煤层瓦斯抽采方法，其特征在于：所述调节区间的每个分区内的抽采负压在自动调节阀门的调节下互不影响，相互独立，能将少数漏气较为严重的钻孔对抽采管路浓度的影响降到最低。

3.根据权利要求1所述的钻孔负压划区分源自动调节的煤层瓦斯抽采方法，其特征在于：如果一个钻场内的钻孔在构造和施工时间上具有一致性，则以一个钻场作为一个划区。

4.根据权利要求1所述的钻孔负压划区分源自动调节的煤层瓦斯抽采方法，其特征在于：如果钻孔在煤层巷道中均匀分布，则按照以下原则划区：

a煤层构造发育不稳定，或者煤层中出现局部剧烈构造，或局部构造区域沿巷道方向小于3m时，则构造区域作为一个调节区间；

b若局部构造区域大于3m，则在构造区域内划分多个调节区间，但相邻区间不得大于3m；

c如果煤层发育比较稳定，少有明显构造区域，则根据巷道施工效率划分调控区间，取8~15m范围作为一个调控区间。