CN103206238A - 低透气性突出煤层的瓦斯防治方法 - Google Patents

低透气性突出煤层的瓦斯防治方法 Download PDF

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李希建
江泽标
余照阳
朱云仓
车海云
任建伟
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Abstract

本发明公开了一种低透气性突出煤层的瓦斯防治方法，在煤层的采掘工作面上设置均匀分布的钻孔，选相间隔的孔作为煤层瓦斯抽放钻孔；将矿用静态膨胀剂放入每个钻孔中，矿用静态膨胀剂拉伸膨胀孔壁，使膨胀孔壁四周产生裂隙，形成煤层瓦斯扩散渗透通道，从而提高低透气性煤层瓦斯抽放参数和煤层可抽等级。本发明通过调整调整矿用静态膨胀剂中的铝、铁、镁的氧化物、氧化钙及添加剂的含量，从而使其具有足够的产生膨胀力来裂开采掘工作面压力集中区的煤层；通过注入定量膨胀剂于膨胀孔内，在膨胀剂膨胀拉伸作用下，开裂孔壁将煤层大量裂开，裂隙扩展延伸贯通，形成发育完整的裂隙网络通道，使煤层中瓦斯有畅通的渗透扩散通道，瓦斯透气性能大幅增加。

Description

低透气性突出煤层的瓦斯防治方法
技术领域
本发明涉及煤矿开采领域，尤其是一种低透气性突出煤层的瓦斯防治方法。
背景技术
我国大部分高瓦斯和突出煤矿所开采的煤层均属于低透气性煤层。随着我国煤矿往深部开采，煤层透气性更低，瓦斯抽放更难。我国煤矿当前总体瓦斯抽放率低，煤层瓦斯透气性问题一直困扰着国内外矿井瓦斯灾害防治效果。
利用低透气性煤层增透技术来防治矿井瓦斯灾害一直是国内外研究前沿。在增加煤层透气性方面，目前国内外技术措施主要有两大类：层内措施和层外措施。在层内措施中，前苏联曾实验用盐酸化学法、水力破裂法、深孔松动爆破法和静电场等层内增透法。水力压裂技术自1947年在美国堪萨斯州试验成功至今，作为油井的主要增产措施正日益受到煤矿企业的重视和应用，并在渗透率大于2～3md的煤层收到了较好水力压裂效果，但该方法用于低透气性煤层效果不好。他们还实验了水力空穴法、泡沫压裂法等，但都没有突破。1977年美国Amoco公司用造穴技术完成了Cahn1井后，许多公司相继在圣湖安盆地北部抽采瓦斯采用该技术。1993年Amoco公司在San Juan盆地西北部煤层气储层成功的进行了第一次注N2试验，用以提高煤层气藏采收率和煤层气井产量。2000年BP公司在美国DOE的支助下，在San Juan盆地西北部开始长达3年的现场试验工作，试验由CO2或其它强吸附气驱替瓦斯，提高了瓦斯采收率。国内外许多学者围绕外加物理场对煤层瓦斯吸附、解吸、渗流特性等方面开展了大量的室内研究工作。20世纪70年代原苏联学者тарасов研究了地电场对煤层瓦斯吸附特性的影响，艾鲁尼、塔拉索夫等研究了静电场作用能促进瓦斯解吸。鲜学福在20世纪90年代后期就曾提出了用可控声振法来提高瓦斯抽采率，何学秋研究了交变电磁场对煤瓦斯吸附特性的影响，刘保县研究了交变电场和声场作用下煤样的吸附、解吸和渗透特性。我国在增加煤层透气性方面主要实验了水力压裂法、水力空穴法、深孔预裂爆破法等，虽有一定效果，但无较大突破，且封孔装药等施工工艺复杂和难以实现。
在层外措施中，前苏联科学院对开采上、下保护层时瓦斯压力变化和保护范围与效果进行过考察研究，并取得了比较突出的成果和应用。我国对远距离保护层保护效果和抽放卸压瓦斯技术进行了广泛研究，取得了一定成果。
造穴技术适应于内生裂隙发育的中变质阶段煤，水力压裂适用于相对坚硬的裂缝性煤储层，我国不存在象美国那样的高透气性煤田。CO2注气开采效果明显，但气源和经济性使其应用范围十分有限，且增加了工作面CO2浓度。在外加交变电磁场、声场等物理激励促进煤层气解吸、流动机理方面尚未成熟且施工困难成本高。松动爆破所产生的很大部分能量被用于煤体的粉碎上，少部分用来产生裂隙或者说扩展原有的裂隙上去。因此，必须寻找更加有效实用的提高煤层瓦斯抽采率的激励技术。
发明内容
本发明的目的是：提供一种低透气性突出煤层的瓦斯防治方法，它成本较低、施工方便、对煤层瓦斯的增透效果明显，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：低透气性突出煤层的瓦斯防治方法，在煤层的采掘工作面上设置均匀分布的钻孔，钻孔的半径为40～120mm，施工温度为20～35℃，孔深4～30m，孔间距为0.5～1m；选相间隔的孔作为煤层瓦斯抽放钻孔；将矿用静态膨胀剂放入每个钻孔中，矿用静态膨胀剂的装药量为孔深的1/3～2/3，其产生膨胀力为20～35Mpa；矿用静态膨胀剂拉伸膨胀孔壁，使膨胀孔壁四周产生裂隙，形成煤层瓦斯扩散渗透通道，从而提高低透气性煤层瓦斯抽放参数和煤层可抽等级。
与现有技术相比，本发明通过调整矿用静态膨胀剂中的铝、铁、镁的氧化物、氧化钙及添加剂的含量，从而使其具有足够的产生膨胀力来裂开采掘工作面压力集中区的煤层；并根据膨胀性能与井下温度和时间关系，确定采掘工作面膨胀孔（钻孔）布置、药量、孔径、孔间距和孔深等参数，通过注入定量膨胀剂于膨胀孔内，在膨胀剂膨胀拉伸作用下，开裂孔壁将煤层大量裂开，裂隙扩展延伸贯通，形成发育完整的裂隙网络通道，使煤层中瓦斯有畅通的渗透扩散通道，瓦斯透气性能大幅增加。通过抽放孔、管路和抽放泵组成的瓦斯抽放系统对煤层瓦斯进行一段时间预抽后，煤层瓦斯含量和瓦斯压力降低到临界值以下，将大幅降低开采过程中煤与瓦斯突出危险，保证煤矿安全生产。本发明的制备方法工艺简单、施工安全方便，效果明显等优点。
附图说明
附图1为本发明产品的煤层钻孔位置示意图。
具体实施方式
本发明的实施例1：低透气性突出煤层的瓦斯防治方法，在煤层的采掘工作面上设置均匀分布的钻孔，钻孔分布位置如图1所示，其中1～23为分布在煤层的采掘工作面上的钻孔，钻孔等间距均匀分布，其中2,4,9,11,13,19,21及23号钻孔也作为煤层瓦斯抽放钻孔；钻孔的半径为40～120mm，施工温度为20～35℃，孔深4～30m，孔间距为0.5～1m；选相间隔的孔作为煤层瓦斯抽放钻孔；将矿用静态膨胀剂放入每个钻孔中，矿用静态膨胀剂的装药量为孔深的1/3～2/3，矿用静态膨胀剂拉伸膨胀孔壁，使膨胀孔壁四周产生裂隙，形成煤层瓦斯扩散渗透通道，从而提高低透气性煤层瓦斯抽放参数和煤层可抽等级。

Claims (1)

1.一种低透气性突出煤层的瓦斯防治方法，其特征在于：在煤层的采掘工作面上设置均匀分布的钻孔，钻孔的半径为40～120mm，施工温度为20～35℃，孔深4～30m，孔间距为0.5～1m；选相间隔的孔作为煤层瓦斯抽放钻孔；将矿用静态膨胀剂放入每个钻孔中，矿用静态膨胀剂的装药量为孔深的1/3～2/3，矿用静态膨胀剂的膨胀力为20～35MPa；矿用静态膨胀剂拉伸膨胀孔壁，使膨胀孔壁四周产生裂隙，形成煤层瓦斯扩散渗透通道，从而提高低透气性煤层瓦斯抽放参数和煤层可抽等级。
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