CN104314607A - 一种多阶段提高煤层钻孔瓦斯抽采浓度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种多阶段提高煤层钻孔瓦斯抽采浓度的方法，其特征在于当钻孔围岩裂隙扩展、瓦斯抽采浓度下降时可多次提高抽采浓度。钻孔形成后对孔口段进行扩孔，扩孔区初次封孔形成三个封孔段、两个密闭腔后进行瓦斯抽采；当钻孔瓦斯抽采浓度下降至30%以下时，利用第一注浆管向第一密闭腔内注入水泥砂浆，待瓦斯浓度上升后继续瓦斯抽采；当抽采浓度再次下降至30%以下时，利用第二注浆管向第二密闭腔内注入水泥砂浆，待瓦斯浓度上升后再次进行瓦斯抽采；待瓦斯浓度下降至16%以下时，停止钻孔瓦斯抽采。该方法解决了传统一次成型封孔方法在瓦斯抽采浓度下降时无法提高抽采浓度这一难题，能够多次有效提高钻孔抽采浓度，操作简便、有效。

Description

一种多阶段提高煤层钻孔瓦斯抽采浓度的方法
技术领域
本发明涉及煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法，具体为一种多阶段提高煤层钻孔瓦斯抽采浓度的方法。
背景技术
近年来随着开采深度的不断增加，地应力与瓦斯压力不断增大，煤与瓦斯突出危险越来越严重，瓦斯事故己成为我国煤矿灾害中危害最大的自然灾害之一。钻孔抽采煤层瓦斯是目前确保煤矿安全的重要措施。瓦斯抽采效果与钻孔密封质量密切相关，目前钻孔密封质量差严重制约了井下瓦斯抽采量及钻孔使用寿命。
目前我国煤矿已有的钻孔封孔方法如聚氨酯、水泥浆、封孔器封孔等均采用一次成型封孔方式。当瓦斯抽采浓度下降时，无法再次提高瓦斯浓度。已有封孔方法的共性问题在于未考虑采动作用下钻孔周边裂隙场动态演化的实际情况。正在抽采瓦斯的钻孔围岩在矿山压力持续作用下会重新出现新的漏气裂隙，钻孔的密封性随采动作用不可避免的遭到破坏。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种多阶段提高煤层钻孔瓦斯抽采浓度的方法。该方法考虑钻孔围岩裂隙发育导致钻孔瓦斯浓度下降的实际情况，能够多次提高瓦斯抽采浓度，实现钻孔高浓度可持续抽采。
本发明是采用以下技术方案实现的：一种多阶段提高煤层钻孔瓦斯抽采浓度的方法，包括以下步骤：1)将煤层中已形成的钻孔的孔口段扩孔，形成直径和深度分别为120～200mm和6～15m的扩孔区；
2)分别采用蘸有聚氨酯的棉布间隔捆绑抽采管前部及n个注浆管的前部，其中2≦n≦5；将注浆管与抽采管一并送入扩孔区内，蘸有聚氨酯的棉布膨胀后由扩孔区前部向孔口顺次形成n+1段封孔段，位于最前部的封孔段由捆绑在抽采管前部的蘸有聚氨酯的棉布形成，为第一封孔段，余下的封孔段由内向外分别为第二封孔段，第三封孔段……；相邻的封孔段之间构成密闭腔，由扩孔区前部向外分别为第一密闭腔、第二密闭腔……一共构成n个密闭腔；每个注浆管分别伸入一个密闭腔之中；伸入第一密闭腔的为第一注浆管，伸入第二密闭腔的为第二注浆管……；
3)打开抽采管上的阀门开始抽采煤层中瓦斯，待瓦斯浓度下降至30％以下时，关闭阀门，经第一注浆管向第一密闭腔中注入水泥砂浆，形成第一充填区；
4)第二次打开抽采管上的阀门继续抽采煤层中瓦斯，待瓦斯浓度第二次下降至30％以下时，关闭阀门，经第二注浆管向第二密闭腔中注入水泥砂浆，形成第二充填区；
5)第三次打开抽采管上的阀门开始抽采抽采煤层中瓦斯，按照上述步骤类推，直到通过第n注浆管向第n密闭腔中注入水泥砂浆，此时第n+1次打开抽采管上的阀门开始抽采瓦斯，待瓦斯浓度最终下降至16％以下时，关闭阀门，停止抽采瓦斯。
本发明的工作原理具体是：用棉布和聚氨酯配合进行初次封孔，初次封孔形成n+1个封孔段、n个密闭腔，尽管此时煤层钻孔周围裂隙区至M1(图1所示)，但由于初采瓦斯压力远大于巷道内空气大气压故空气不会从裂隙通道进入抽采管。随瓦斯抽采进行，煤层内瓦斯压力下降，由于抽采管气体负压作用部分空气沿裂隙通道进入煤层钻孔造成瓦斯浓度下降，当瓦斯浓度低于30％以下时，第一注浆管向第一密闭腔注入水泥砂浆，将M1裂隙区封填。封孔形成的第一充填区有效阻隔了M1裂隙通道，瓦斯浓度上升此时进行第二次瓦斯抽采。采动作用下煤层钻孔附近裂隙场动态演化，裂隙区扩展至M2(图2所示)，此时第二注浆管向第二密闭腔内注入水泥砂浆，将M2封填。此时封孔形成的第二充填区阻断了空气进入抽采管的M2裂隙通道，进而瓦斯集聚浓度上升此时进行第三次瓦斯抽采。这样依次类推，直到进行n次注浆，并开始n+1次瓦斯抽采，此时随时间推移裂隙区在采动作用下扩展至最外侧的Mn处，当瓦斯浓度下降至16％以下时由于采掘交替钻孔寿命已到，不再进行钻孔封堵，此时停止瓦斯抽采。
本发明的有益效果：
(1)当钻孔瓦斯抽采浓度下降时，能够多次有效的提高瓦斯抽采浓度，延长了钻孔抽采周期，实现了钻孔瓦斯可持续抽采。
(2)高浓度抽采保证了抽采系统的安全性(瓦斯爆炸界限5～16％)；提高瓦斯利用率，减少温室气体排放；防止低浓度抽采时，孔外裂隙中高浓度氧气引起煤自燃，进而发生燃爆。
附图说明
图1是本发明钻孔封孔工艺示意图。
图2是多次提高钻孔瓦斯抽采浓度工艺示意图。
图中：1-煤层，2-钻孔，3-抽采管，4-扩孔区，5-第二注浆管，6-阀门，7-第一注浆管，8-第三封孔段，9-第二密闭腔，10-第二封孔段，11-第一密闭腔，12-第一封孔段，13-第一充填区,14-第二充填区。
具体实施方式
一种多阶段提高煤层钻孔瓦斯抽采浓度的方法，包括以下步骤：1)将煤层1中已形成的钻孔2的孔口段扩孔，形成直径和深度分别为120～200mm和6～15m的扩孔区4；
2)分别采用蘸有聚氨酯的棉布间隔捆绑抽采管3前部以及n个注浆管前部，其中2≦n≦5；注浆管与抽采管3一并送入扩孔区4，蘸有聚氨酯的棉布膨胀后由扩孔区4前部向外顺次形成n+1段封孔段，位于最前部的封孔段由捆绑在抽采管3前部的蘸有聚氨酯的棉布形成，为第一封孔段12，余下的封孔段由内向外分别为第二封孔段10，第三封孔段8……；相邻的封孔段之间构成密闭腔，由扩孔区4前部向外分别为第一密闭腔11、第二密闭腔9……一共构成n个密闭腔；每个注浆管分别伸入一个密闭腔之中；伸入第一密闭腔11的为第一注浆管7，伸入第二密闭腔9的为第二注浆管5……；
3)打开抽采管3上的阀门6开始抽采煤层1中瓦斯，待瓦斯浓度下降至30％以下时，关闭阀门6，经第一注浆管7向第一密闭腔11中注入水泥砂浆，形成第一充填区13；
4)第二次打开抽采管3上的阀门6继续抽采煤层1中瓦斯，待瓦斯浓度第二次下降至30％以下时，关闭阀门6，经第二注浆管5向第二密闭腔9中注入水泥砂浆，形成第二充填区14；
5)第三次打开抽采管3上的阀门6开始抽采煤层1瓦斯，按照上述步骤类推，直到通过第n注浆管向第n密闭腔中注入水泥砂浆，此时第n+1次打开抽采管上的阀门6抽采煤层1瓦斯，待瓦斯浓度最终下降至16％以下时，关闭阀门6，停止抽采瓦斯。
所述注浆管为两个，扩孔区4直径为120～200mm(可选择120、140、160、180、200mm)，深度为6～15m(可选择6、7、8、9、10、11、12、13、14、15m)。
抽采管3的前部比扩孔区4深度长0.5～1m(0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m)，扩孔区4后部2～4m不进行封孔。与现有的方法相比，本发明考虑煤层松动圈的存在对扩孔区4后部2～4m处不进行封孔，降低了劳动强度、节约了成本。
抽采管3、n个注浆管用棉布分n+1段绑定固定在一起，每段棉布绑定宽度20～50cm(可选择20cm、30cm、40cm、50cm)，相邻棉布间距0.5～1.5m(可选择0.5m、1m、1.5m)。
下面结合附图1、2对本发明含有两个注浆管的实施例作进一步的说明：
1)将煤层1中已形成的钻孔2的孔口段扩孔，形成直径和深度分别为120～200mm和6～15m的扩孔区4；
2)分别采用蘸有聚氨酯的棉布捆绑抽采管3前部、第二注浆管5前部以及第一注浆管7前部，三段蘸有聚氨酯的棉布之间存有间隔；将其一并送入扩孔区内，分别形成第一封孔段12、第二封孔段10和第三封孔段8；第一封孔段12和第二封孔段10构成第一密闭腔11，第二封孔段10和第三封孔段8构成第二密闭腔9；尽管此时煤层钻孔周围裂隙区至M1，但由于初采瓦斯压力远大于巷道内空气大气压故空气不会从裂隙通道进入抽采管3；
3)打开抽采管3上的阀门6开始抽采煤层1中瓦斯，随瓦斯抽采进行，煤层1内瓦斯压力下降，由于抽采管3气体负压作用部分空气沿裂隙通道进入煤层钻孔造成瓦斯浓度下降，待瓦斯浓度下降至30％以下时，关闭阀门6，经第一注浆管7向第一密闭腔11中注入水泥砂浆，形成第一充填区13，将M1裂隙区封填；
4)封孔形成的第一充填区13有效阻隔了M1裂隙通道，瓦斯浓度上升此时第二次打开抽采管3上的阀门6继续抽采煤层1中瓦斯，待瓦斯浓度第二次下降至30％以下时，关闭阀门6，经第二注浆管5向第二密闭腔9中注入水泥砂浆，形成第二充填区14，将M2裂隙区封填；
5)封孔形成的第二充填区14阻断了空气进入抽采管3的M2裂隙通道，进而瓦斯集聚浓度上升此时进行第三次瓦斯抽采。第三次打开抽采管3上的阀门6开始抽采煤层1中瓦斯，待瓦斯浓度下降至16％以下时，由于采掘交替钻孔寿命已到，不再进行钻孔封堵，此时关闭阀门6，停止抽采瓦斯。
当钻孔围岩裂隙随采动扩展明显时可通过增加注浆管个数适当增加封孔次数，以此实现对瓦斯抽采浓度的多次提升，延长钻孔使用寿命，增加瓦斯抽采量。

Claims (3)

1.一种多阶段提高煤层钻孔瓦斯抽采浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将煤层(1)中已形成的钻孔(2)的孔口段扩孔，形成直径和深度分别为120～200mm和6～15m的扩孔区(4)；
2)分别采用蘸有聚氨酯的棉布间隔捆绑抽采管(3)前部及n个注浆管的前部，其中2≦n≦5；将注浆管与抽采管(3)一并送入扩孔区(4)内，蘸有聚氨酯的棉布膨胀后由扩孔区(4)前部向孔口顺次形成n+1段封孔段，位于最前部的封孔段由捆绑在抽采管(3)前部的蘸有聚氨酯的棉布形成，为第一封孔段(12)，余下的封孔段由内向外分别为第二封孔段(10)，第三封孔段(8)……；相邻的封孔段之间构成密闭腔，由扩孔区(4)前部向外分别为第一密闭腔(11)、第二密闭腔(9)……一共构成n个密闭腔；每个注浆管分别伸入一个密闭腔之中；伸入第一密闭腔(11)的为第一注浆管(7)，伸入第二密闭腔(9)的为第二注浆管(5)……；
3)打开抽采管(3)上的阀门(6)开始抽采煤层(1)中瓦斯，待瓦斯浓度下降至30％以下时，关闭阀门(6)，经第一注浆管(7)向第一密闭腔(11)中注入水泥砂浆，形成第一充填区(13)；
4)第二次打开抽采管(3)上的阀门(6)继续抽采煤层(1)中瓦斯，待瓦斯浓度第二次下降至30％以下时，关闭阀门(6)，经第二注浆管(5)向第二密闭腔(9)中注入水泥砂浆，形成第二充填区(14)；
5)第三次打开抽采管(3)上的阀门(6)开始抽采瓦斯，按照上述步骤类推，直到通过第n注浆管向第n密闭腔中注入水泥砂浆，此时第n+1次打开抽采管上的阀门(6)开始抽采瓦斯，待瓦斯浓度最终下降至16％以下时，关闭阀门(6)，停止抽采瓦斯。
2.如权利要求1所述的一种多阶段提高煤层钻孔瓦斯抽采浓度的方法，其特征在于抽采管(3)的前部比扩孔区(4)深度长0.5～1m，扩孔区(4)后部2～4m不进行封孔。
3.如权利要求1或2所述的一种多阶段提高煤层钻孔瓦斯抽采浓度的方法，其特征在于抽采管(3)、n个注浆管用棉布分n+1段绑定固定在一起，每段棉布绑定宽度20～50cm，相邻棉布间距0.5～1.5m。
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