CN117489401A - 一种人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，属于煤矿开采技术领域，能够解决现有卸压瓦斯抽采方法抽采效率低，受地质因素影响较大的问题。方法包括：确定覆岩关键层位，再确定裂隙发育带高度；从相邻工作面的进风巷钻场沿煤体倾向向采空区上方的裂隙发育带中部钻孔得到多个注浆孔，并排除注浆孔内的残余岩屑；从注浆孔注入粘合材料，待粘合材料凝固，在采空区的裂隙发育带下方形成临时瓦斯聚集区；从工作面的回风巷钻场向临时瓦斯聚集区钻孔得到多个抽采孔；通过抽采孔抽采卸压瓦斯。本申请增加了瓦斯抽采浓度，使瓦斯资源可以更加高效利用的同时，能够防止上隅瓦斯超限，具有广泛的适用性与经济效益性。
Description
技术领域
本申请涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法。
背景技术
在煤炭开采过程中，瓦斯大量涌出会引发瓦斯超限甚至导致煤与瓦斯突出灾害的发生，从而影响开采环境，进而影响煤矿安全及高效开采。对于自然环境而言，瓦斯是一种有害气体，但另一方面，瓦斯也是一种清洁能源。如果能将矿井中的瓦斯进行高效抽采，不仅可以对瓦斯灾害起到防治作用，也可以减少大气污染，并将其作为清洁能源加以利用，由此达到矿井安全生产、减少环境污染及清洁能源的充分利用等多重目的。
随着煤层开采深度加深，瓦斯超限问题日益严峻。诸多矿井灾害皆由瓦斯浓度超限引起，对于矿井的安全回采产生极大的桎梏。尤其是近几年来，机械生产投入越来越大，而高强度的开采虽极大提高了生产效率，却使煤岩体受到极大扰动，从而导致煤矿瓦斯涌出量升高。
在瓦斯灾害防治过程中，通常采用工作面预抽来减少煤层中瓦斯的含量，具体地，在采空区埋管和采空区上覆岩层中布置钻孔进行抽采来解决采空区卸压瓦斯的问题。一般卸压瓦斯会沿着采空区上覆岩层的垮落带与裂隙带向上运移，在采空区上覆岩层中形成瓦斯富集区。但由于煤炭地质覆存条件有所不同，在上覆岩层较软的煤层开采过程中，往往采空区上覆岩层很难形成瓦斯富集区，甚至会发生地表沉降，瓦斯逸散到大气中，造成温室效应等问题。有些煤层上覆岩层断层较多或者硬度不够，长钻孔容易发生塌孔，由于钻孔较长，在钻孔深部抽采负压达不到预期效果，同时也会出现抽采浓度和流量不稳定的情况，进而影响卸压瓦斯抽采效率。采用高抽巷布置钻孔进行抽采，往往会受到地质因素的限制。
发明内容
本申请实施例通过提供一种人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，能够解决现有卸压瓦斯抽采方法抽采效率低，受地质因素影响较大的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例的技术方案是：
本发明实施例提供了一种人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，包括：
确定覆岩关键层位，再确定裂隙发育带高度；
从相邻工作面的进风巷钻场沿煤体倾向向采空区上方的所述裂隙发育带中部钻孔得到多个注浆孔，并排除所述注浆孔内的残余岩屑；
从所述注浆孔注入粘合材料，待所述粘合材料凝固，在所述采空区的裂隙发育带下方形成临时瓦斯聚集区；
从工作面的回风巷钻场向所述临时瓦斯聚集区钻孔得到多个抽采孔；
通过所述抽采孔抽采卸压瓦斯。
在一种可能的实现方式中，所述从所述注浆孔注入粘合材料，包括：
将注浆泵的输出端与注浆管通过转接头连接；
将注浆管和排风管设置于注浆孔的输入端，囊袋设置于所述注浆管和所述排风管上；
所述注浆管的末端设置***阀；
从所述注浆泵的输入端注入粘合材料。
在一种可能的实现方式中，所述粘合材料为膨胀型材料。
在一种可能的实现方式中，位于所述裂隙发育带中部的注浆孔互相水平平行设置，相邻注浆孔之间的中轴线之间的距离小于或等于所述粘合材料的最大渗流半径的2倍。
在一种可能的实现方式中，位于所述煤体内的注浆孔的角度为仰角。
在一种可能的实现方式中，位于所述裂隙发育带中部的注浆孔的中轴线距煤层上顶板的垂直距离大于或等于所述粘合材料的最大渗流半径的2.5倍。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，首先确定覆岩关键层位，再确定裂隙发育带高度。然后从相邻工作面的进风巷钻场沿煤体倾向向采空区上方的裂隙发育带中部钻孔得到多个注浆孔，并排除注浆孔内的残余岩屑。之后从注浆孔注入粘合材料，待粘合材料凝固，在采空区的裂隙发育带下方形成临时瓦斯聚集区。将瓦斯聚集在可以抽采的合理范围内，提高卸压瓦斯抽采浓度。再之后从工作面的回风巷钻场向临时瓦斯聚集区钻孔得到多个抽采孔，减小抽采孔的长度。最后通过抽采孔抽采卸压瓦斯。确保煤矿生产安全的同时实现煤与瓦斯共采。在不能使用或使用高位定向长钻孔抽采效果不佳的复杂地质条件下，使用本申请实施例提供的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，使瓦斯临时富集于采空区的裂隙发育带下方形成临时瓦斯聚集区，增加了瓦斯抽采浓度，使瓦斯资源可以更加高效利用的同时，能够防止上隅瓦斯超限，具有广泛的适用性与经济效益性。能够解决高瓦斯开采过程中瓦斯超限的问题以及提高卸压瓦斯抽采效率，对煤炭生产安全与煤矿企业效益有着深远的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法的应用示意图一；
图3为本申请实施例提供的为本申请实施例提供的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法的应用示意图二；
图4为本申请实施例提供的为本申请实施例提供的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法的应用示意图三。
附图标记：1-采空区；2-粘合材料；3-进风巷钻场；4-注浆孔；5-回风巷钻场；6-抽采孔；7-注浆泵；8-转接头；9-囊袋；10-***阀；11-注浆管；12-排风管。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本实施例的相关描述中，术语“包括、含有、具备”等均为开放用语，一般优先理解为包含但不限于。在本实施例以下描述中，在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本领域技术人员应当理解，在本申请实施例以下描述中，序号的先后并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
除非另有说明，否则本文使用的技术/科学术语具有本申请所属领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本申请仅描述优选的方法和材料，但在本申请的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
请参照图1～图4所示，本发明实施例提供了一种人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，包括步骤101～步骤105：
步骤101：确定覆岩关键层位，再确定裂隙发育带高度，结合覆岩裂隙发育产状，确定终孔垂直高度范围。
具体地，分析煤层瓦斯地质条件，地质构造，根据关键层理论，确定覆岩关键层位，对比各种瓦斯抽采方法的可行性、适用性。分析各关键层下方瓦斯富集区高度，以及水平范围。根据工作面推进距离，结合“采空区覆岩裂隙发育椭抛带”理论，分析覆岩采动裂隙分布特征，明确“三带”发育高度，合理布置卸压瓦斯聚集区域以及瓦斯抽采区域。
步骤102：从相邻工作面的进风巷钻场3沿煤体倾向向采空区1上方的裂隙发育带中部钻孔得到多个注浆孔4，并排除注浆孔4内的残余岩屑。根据覆岩裂隙产状，合理布置注浆孔4长度，能够进一步提升卸压瓦斯抽采浓度，降低施工难度。
其中，位于裂隙发育带中部的注浆孔4互相水平平行设置，相邻注浆孔4之间的中轴线之间的距离小于或等于粘合材料2的最大渗流半径的2倍，从而能够确保注入的粘合材料2的严密性，而且能够确保用最少得粘合材料2获得最好的效果。根据粘合材料2的最大渗流半径选择注浆孔4的布置个数，粘合材料2凝结后应连接回风顺槽预留煤柱，其中粘合材料2的最大渗流半径RMAX是指在允许的最大注浆压力下，能够使足够稀的粘合材料2通过岩体内外部裂隙渗流的最远距离。其中，最大渗流半径为粘合材料2的固有特性。
进一步地，位于煤体内的注浆孔4的角度为仰角，即倾斜向上施工钻孔，当钻孔到目标高度时再平行向裂隙发育带施工钻孔。煤体内的注浆孔4的角度为仰角，便于排除孔内碎屑与积水。
进一步地，位于裂隙发育带中部的注浆孔4的中轴线距煤层上顶板的垂直距离大于或等于粘合材料2的最大渗流半径的2.5倍。
位于裂隙发育带中部的注浆孔4的中轴线距煤层上顶板的垂直距离为L，为保障注入的粘合材料2不会从沿覆岩裂隙渗透到采空区1，注浆孔4设计需考虑粘合材料2在垮落带和裂隙发育带中的扩散范围，为防止粘合材料2不会外渗，以注浆孔4的中轴线为圆柱中轴线，需保留安全扩散区域以保证注入的粘合材料2不会外渗，因此注浆孔4的中轴线距煤层上顶板的垂直距离大于或等于粘合材料2的最大渗流半径的2.5倍。
步骤103：从注浆孔4注入粘合材料2，待粘合材料2凝固，在采空区1的裂隙发育带下方形成临时瓦斯聚集区。
其中，粘合材料2为膨胀型材料。从而当粘合材料2注入注浆孔4后，粘合材料2向外渗出，填充裂隙发育带中的裂缝，膨胀型材料能够使粘合材料2粘合的区域更大，粘合效果更好。膨胀型材料渗入岩层裂隙凝结并膨胀，阻止瓦斯进一步向上运移，形成瓦斯临时聚集区，利用回风顺槽的瓦斯抽放***对临时瓦斯聚集区进行抽采，提高了瓦斯抽采浓度，同时也有效防治了上隅角瓦斯超限的隐患。
从注浆孔4注入粘合材料2，包括步骤1031～步骤1034：
步骤1031：将注浆泵7的输出端与注浆管11通过转接头8连接。
步骤1032：将注浆管11和排风管12设置于注浆孔4的输入端，囊袋9设置于注浆管11和排风管12上。在囊袋9的作用下，最终实现带压封孔，在完成封孔的同时对覆岩裂隙进行填补。
步骤1033：注浆管11的末端设置***阀10。
步骤1034：从注浆泵7的输入端注入粘合材料2。
其中，初始注浆泵7注浆压力应小于***阀10最大承受压力，以免未完全堵漏就向注浆孔4内注浆，粘合材料2从注浆孔4的开口流出。当注浆孔4封孔段充满时，停止注浆，即可完成封孔。
在实际中，需要注浆时，打开注浆泵7，从注浆泵7的输入端注入粘合材料2，初始注浆泵7注浆压力小于***阀10最大承受压力，当囊袋9充满时，将注浆孔4封堵，之后压力继续升高，***阀10破裂，向注浆孔4内注浆，从排风管12反浆后封孔完成，粘合材料2带压自然渗透至岩体裂隙中。将粘合材料2注入注浆孔4内部并且不会流出。粘合材料2带压自然渗透至岩体可见孔及裂隙，甚至大孔、中孔、小孔、微孔裂隙中。
囊袋9的作用是在注浆泵7压力的作用下，粘合材料2注入囊袋9，从而使囊袋9膨胀与注浆孔4内壁充分接触，在压力的作用下囊袋9与注浆孔4内壁产生摩擦，防止粘合材料2在重力的作用下从注浆孔4内流出。若注浆孔4内存在气体，在粘合材料2向注浆孔4内注入的过程中，气体会对其产生一定的压力，可能出现气泡或者空档，严重可能会导致囊袋9从孔内弹出，从而导致封孔失败，而排风管12的设置，能够有效排出注浆孔4内的气体。
采用注浆泵7注入粘合材料2，使粘合材料2带压渗透至裂隙中，将岩层裂隙充填并联结，阻挡卸压瓦斯运移，形成临时瓦斯聚集区，同时也对采空区1深部卸压瓦斯通过覆岩裂隙，运移到工作面上隅角起到了限制作用。注浆采用囊袋9式封孔注浆的方式，在囊袋9充压膨胀封孔后，自动将粘合材料2注入注浆孔4内，使粘合材料2带压渗透至裂隙中，操作简便，易于施工。
步骤104：从工作面的回风巷钻场5向临时瓦斯聚集区钻孔得到多个抽采孔6。一般根据抽采孔6的有效抽采半径合理布置抽采孔6终孔之间的距离。
步骤105：通过抽采孔6抽采卸压瓦斯。将抽采孔6接入瓦斯抽采***中，就能对瓦斯进行抽采。利用工作面回风顺槽的抽采***向采空区1上覆岩层垮落带与堵漏云之间瓦斯聚集区钻孔、封孔并进行瓦斯抽采。
本发明实施例提供的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，首先确定覆岩关键层位，再确定裂隙发育带高度。然后从相邻工作面的进风巷钻场3沿煤体倾向向采空区1上方的裂隙发育带中部钻孔得到多个注浆孔4，并排除注浆孔4内的残余岩屑。之后从注浆孔4注入粘合材料2，待粘合材料2凝固，在采空区1的裂隙发育带下方形成临时瓦斯聚集区。将瓦斯聚集在可以抽采的合理范围内，提高卸压瓦斯抽采浓度。再之后从工作面的回风巷钻场5向临时瓦斯聚集区钻孔得到多个抽采孔6，减小抽采孔6的长度。最后通过抽采孔6抽采卸压瓦斯。确保煤矿生产安全的同时实现煤与瓦斯共采。在不能使用或使用高位定向长钻孔抽采效果不佳的复杂地质条件下，使用本申请实施例提供的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，使瓦斯临时富集于采空区1的裂隙发育带下方形成临时瓦斯聚集区，增加了瓦斯抽采浓度，使瓦斯资源可以更加高效利用的同时，能够防止上隅瓦斯超限，具有广泛的适用性与经济效益性。能够解决高瓦斯开采过程中瓦斯超限的问题以及提高卸压瓦斯抽采效率，对煤炭生产安全与煤矿企业效益有着深远的意义。
通过人工干预卸压瓦斯运移的方式，将卸压瓦斯聚集于覆岩裂隙发育带，提高卸压瓦斯抽采效率，可以适用于工作面推进的各个阶段，与以往定向钻孔、高抽巷抽采卸压瓦斯的方法相比，本发明的使用范围更广，尤其是对于煤体走向较长，在开采煤体尾部时卸压瓦斯聚集太高的情况。
本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，其特征在于，包括：
确定覆岩关键层位，再确定裂隙发育带高度；
从相邻工作面的进风巷钻场沿煤体倾向向采空区上方的所述裂隙发育带中部钻孔得到多个注浆孔，并排除所述注浆孔内的残余岩屑；
从所述注浆孔注入粘合材料，待所述粘合材料凝固，在所述采空区的裂隙发育带下方形成临时瓦斯聚集区；
从工作面的回风巷钻场向所述临时瓦斯聚集区钻孔得到多个抽采孔；
通过所述抽采孔抽采卸压瓦斯。
2.根据权利要求1所述的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，其特征在于，所述从所述注浆孔注入粘合材料，包括：
将注浆泵的输出端与注浆管通过转接头连接；
将注浆管和排风管设置于注浆孔的输入端，囊袋设置于所述注浆管和所述排风管上；
所述注浆管的末端设置***阀；
从所述注浆泵的输入端注入粘合材料。
3.根据权利要求1或2所述的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，其特征在于，所述粘合材料为膨胀型材料。
4.根据权利要求1所述的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，其特征在于，位于所述裂隙发育带中部的注浆孔互相水平平行设置，相邻注浆孔之间的中轴线之间的距离小于或等于所述粘合材料的最大渗流半径的2倍。
5.根据权利要求1或4所述的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，其特征在于，位于所述煤体内的注浆孔的角度为仰角。
6.根据权利要求1所述的人工干预卸压瓦斯运移及提高抽采效率的方法，其特征在于，位于所述裂隙发育带中部的注浆孔的中轴线距煤层上顶板的垂直距离大于或等于所述粘合材料的最大渗流半径的2.5倍。
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2023
- 2023-12-16 CN CN202311733882.8A patent/CN117489401B/zh active Active
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