CN106979030B - 一种基于催化变性原理的变载抽采管道及抽采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于催化变性原理的变载抽采管道及抽采方法，变载抽采管道用于煤矿采空区瓦斯抽采系统中；变载抽采管道包括原始段、过渡段和衰减段；其中，所述原始段的抗压载荷为P1，衰减段的抗压载荷为P2，所述过渡段的抗压载荷为P3，且P1＞P3＞P2。本发明通过催化变性原理使变载抽采管道抗压载荷发生变化，利用井下工作面顶板垮落效应，能实现抽采系统与采空区深部抽采管路的自动分离，保证抽采口处于最佳抽采位置，能够实现瓦斯抽采的连续性、科学性、高效性，整个过程除人工提前涂抹降载荷催化剂外，其余过程靠顶板垮落压力作用实现，无需人工干预，保证了工作面人员的安全性。
Description
技术领域
本发明属于煤矿采空区瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种基于催化变性原理的变载抽采管道及抽采方法。
背景技术
近年来，我国政府和煤矿企业对瓦斯抽采防治瓦斯灾害高度重视，高瓦斯矿井瓦斯抽采全覆盖已成为保证煤矿安全生产的基本要求，采空区瓦斯涌出是煤矿瓦斯治理工作中的重点和难点。
目前，治理采空区瓦斯涌出最有效、最常用的方法为上隅角埋管抽采，该方法实质是在工作面回风巷预先铺设抽采管路，工作面顶板垮落后抽采管路被埋入采空区，抽采因采空区漏风涌向工作面瓦斯，依靠人工拆卸管路实现抽采口沿工作面推进方向移动。由于受到井下工作面空间(采空区人员无法进入)的限制，人工拆卸管路需要临时关停工作面抽采系统，造成抽采中断，缺乏连续性，若要保证抽采连续性则需要在回风巷另外铺设一趟接替管路，使得原本有限的井下工作面空间更加拥挤，不仅造成资源浪费，还影响煤炭和材料的运输，缺乏科学性；另外，受抽采管路材质、单节长度(一般为4-6m)的限制，人工拆卸管路难以实现对抽采口位置的精准控制，而抽采口位置是决定抽采效果的关键因素，抽采口距离工作面较远会影响工作面瓦斯治理效果，对自燃煤层来讲，还有可能引起采空区遗煤自燃，引发矿井火灾；抽采口距离工作面较近会降低抽采浓度，影响抽采效果，还给工作面人员、设备带来安全隐患，缺乏高效性、安全性。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种能够保证煤矿井下采空区瓦斯抽采的连续性强、科学性高、安全性强、效率高的基于催化变性原理的变载抽采管道及抽采方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于催化变性原理的变载抽采管道，所述变载抽采管道用于煤矿采空区瓦斯抽采系统中；所述变载抽采管道包括原始段、过渡段和衰减段；其中，所述原始段的抗压载荷为P1，所述衰减段的抗压载荷为P2，所述过渡段的抗压载荷为P3，且P1＞P3＞P2。
在如上所述的变载抽采管道，优选地，所述P2为0.5～0.6倍P4，所述P3为0.7～0.8倍P1，且P3＞P4；其中，所述P4为所述抽采系统中工作面顶板周期来压压力值，MPa。
在如上所述的变载抽采管道，优选地，所述过渡段的长度值为0～1m。
一种采用所述的变载抽采管道的抽采系统的抽采方法，所述抽采方法包括以下步骤：
1)在所述抽采系统中的工作面回风巷内铺设抗压载荷为P1的抽采管路；
2)在所述抽采系统正常工作前的T2天时，在距离工作面3.5S处沿工作面推进方向的步骤1)中的所述抽采管路的表面上涂抹降荷载催化剂，涂抹长度为0.5～0.7S；
3)步骤2)中所述涂抹降荷载催化剂长度为0.5～0.7S的抽采管路为衰减段，当衰减段的表面涂抹降载荷催化剂后，衰减段抗压载荷逐渐衰减，经过时间T1天后抗压载荷从P1衰减到P2；且T2＞T1；
4)步骤3)中衰减段的抗压荷载衰减到P2后，抗压荷载降至工作面顶板周期来压压力的50％-60％，工作面周期来压顶板垮落，所述变载抽采管路的衰减段会直接被压断；沿工作面回采方向过渡段和原始段的所述变载抽采管路的抗压荷载大于周期来压压力值，不会被压断；从而实现抽采系统与采空区深部抽采管路的自动分离，使抽采口处于最佳抽采位置。
在如上所述的抽采方法，优选地，T2＝T1～K×S/L，S为工作面顶板周期来压步距，m；K为超前系数取3～4；L为工作面日推进长度，m。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
1、本发明通过催化变性原理使变载抽采管道抗压载荷发生变化，利用井下工作面顶板垮落效应，能实现抽采系统与采空区深部抽采管路的自动分离，保证抽采口处于最佳抽采位置，能够实现瓦斯抽采的连续性、科学性、高效性，整个过程除人工提前涂抹降载荷催化剂外，其余过程靠顶板垮落压力作用实现，无需人工干预，保证了工作面人员的安全性。
2、本发明的技术方案能够节省工作面工作空间和材料，解放部分劳动力，降低安全管理成本，大幅提升工作面生产效率。
附图说明
图1是本发明一种基于催化变性原理的变载抽采管道及抽采方法的井下工作面示意图。
图2是本发明一种基于催化变性原理的变载抽采管道及抽采方法的抽采管路布置平面图。
图3是本发明一种基于催化变性原理的变载抽采管道及抽采方法的抽采管路布置的A-A剖面图。
图中：1、抽采连接系统 2、变载抽采管道 3、回风巷 4、回采工作面 5、采空区 6、进风巷 7、第二原始段 8、过渡段 9、第二抽采口 10、衰减段 11、第一抽采口 12、回风巷底板 13、支撑架 14、袋子墙 15、第一原始段。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1-3所示，本发明提供的基于催化变性原理的变载抽采管道2，该变载抽采管道2用于煤矿采空区5瓦斯抽采系统中；变载抽采管道2包括原始段、过渡段8和衰减段10；其中，原始段的抗压载荷为P1，衰减段10的抗压载荷为P2，过渡段8的抗压载荷为P3，且P1＞P3＞P2。进一步优选，P2为0.5～0.6倍P4，P3为0.7～0.8倍P1，且P3＞P4；其中，P4为抽采系统中工作面顶板周期来压压力值，MPa。过渡段8的长度值为0～1m。
本发明实施例是具体如下：在表面不使用降载荷催化剂情况下，基于催化变性原理的变载抽采管道2原始抗压载荷达到P1；表面涂抹降载荷催化剂后，衰减段10抗压载荷逐渐衰减，经过一定时间T1衰减到P2；未衰减段10抗压载荷不变，过渡段8长度小于1m，过渡段8抗压载荷不低于P3；其中：同型号变载抽采管道2原始抗压载荷P1值参考SY/T5037-2000、GBT_20801-2006、GBT_3091-2001、GBT_9163-1999，MPa；P2为0.5-0.6倍P4；P3为0.7-0.8倍P1；且P3＞P4，P4为使用该管路工作面顶板周期来压压力值，MPa；P1、P2和P3的单位也均为MPa。
本发明中过渡段8抗压载荷小于原始段抗压载荷，且大于衰减段10抗压荷载，其原因是虽然过渡段8上并没有涂降载荷催化剂，但是受其相邻的衰减段10涂降载荷催化剂的影响，过渡段8抗压载荷也会稍微下降，但是控制在P1＞P3＞P2范围内。
本发明中衰减段10抽采管路经过T1时间的衰减，抗压荷载降至工作面顶板周期来压压力的50％-60％，工作面周期来压顶板垮落，衰减段10抽采管路会直接被压断，沿工作面回采方向过渡段8及原始段的抽采管路抗压荷载大于周期来压压力值，保存完好，实现抽采系统与采空区5深部抽采管路的自动分离，保证抽采口处于最佳抽采位置，能够实现瓦斯抽采的连续性、科学性、高效性，整个过程除人工提前涂抹降载荷催化剂外，其余过程靠顶板垮落压力作用实现，无需人工干预，保证了工作面人员的安全性。
本发明中在工作面回风巷3预先铺设抗压荷载为P1的新材料抽采管路，抽采系统正常工作前，提前T2天在距离工作面3.5S处沿工作面推进方向涂抹催化剂，涂抹长度为0.5-0.7S，T2＝T1-K×S/L，其中，S为工作面顶板周期来压步距，m；K为超前系数取3-4，L为工作面日推进长度，m。
本发明中提前T2天涂抹降载荷催化剂是为让催化剂与变载管路充分反应，修正系数K1取值主要考虑修正由于环境湿度、温度等不确定因素对催化效果造成的影响；超前系数K2指下一抽采口与衰减段10之间的距离，即抽采管路与采空区5的最长距离，该距离长度可以结合矿井漏风带宽度进行修正；
T2＝K1(T1-K2×S/L)，S为工作面顶板周期来压步距，m，K1为修正系数取1-1.5，K2为超前系数取3-4，L为工作面日推进长度，m。
又如图1所示，煤矿井下工作面由进风巷6、回采工作面4、回风巷3、采空区5、变载抽采管道2和抽采连接系统1组成；采空区5位于煤矿井下工作面的右侧，进风巷6和回风巷3组成的通风巷道位于采空区5的左侧，且该通风巷道围绕在回采工作面4的外围，变载抽采管道2设置在回风巷3内且一端伸入到采空区5内，变载抽采管道2的另一端与抽采连接系统1抵接。
又如图2和图3所示，变载抽采管道2由左至右依次为第二原始段7、过渡段8、衰减段10和第一原始段15，第一原始段15的一端穿过袋子墙14伸入到第一抽采口11处，衰减段10整段位于第二抽采口9处，利于当第一抽采口11抽取完毕后，来自工作面周期来压顶板垮落，使衰减段10会直接被压断，而沿工作面回采方向的过渡段8、第一原始段15和第二原始段7的变载抽采管路的抗压荷载大于周期来压压力值，不会被压断；从而实现抽采系统与采空区5深部抽采管路的自动分离，使抽采口处于最佳抽采位置即第二抽采口9处。
实施例1
本发明在实施时，回采工作面4形成后在回风巷3预先铺设变载抽采管道2，变载抽采管道2距回风巷底板12间距为1.5m，采用支撑架13铺设，铺设间距为4m，回采工作面4正常生产期间，每间隔1.5Sm施工一组宽3m的袋子墙1414，提前T2天在衰减段10涂抹降载催化剂，经过T1天衰减，衰减段10抗压载荷降低为P2，过渡段8抗压载荷降低为P3，原始段抗压载荷不变为P1，在顶板垮落作用力P4作用下衰减段10被砸断，支撑架13自动变为下一抽采口，整个过程除人工提前涂抹降载荷催化剂外，其余过程靠顶板垮落作用实现，无需人工干预，该过程只需要重点监测工作面顶板周期来压压力值P4，根据P4值计算P2值，结合降载荷催化剂效率，确定衰减时间T1，工作面回采初期暂无该工作面顶板周期来压数值时，参考其临近工作面数据(正常情况下，相同开采工艺的临近工作面，顶板周期来压数值变化较小)，具有实测条件后进行修正，本发明具有瓦斯抽采的连续性、科学性、安全性、高效性，能够节省工作面工作空间和材料，解放部分劳动力，降低安全管理成本，大幅提升工作面生产效率的优点。
实施例2
本发明实施例中只需要重点监测工作面顶板周期来压步距值S，根据S值，结合工作面日推进度L，确定衰减时间T2，工作面回采初期暂无该工作面顶板周期来压步距值时，参考其临近工作面数据(正常情况下，相同开采工艺的临近工作面；顶板周期来压步距值变化较小)，具有实测条件后进行修正，本发明具有瓦斯抽采的连续性、科学性、安全性、高效性，能够节省工作面工作空间和材料，解放部分劳动力，降低安全管理成本，大幅提升工作面生产效率的优点。其他设置与实施例1中相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于催化变性原理的变载抽采管道，其特征在于，所述变载抽采管道用于煤矿采空区瓦斯抽采系统中；所述变载抽采管道包括原始段、过渡段和衰减段；
其中，所述原始段的抗压载荷为P1，所述衰减段的抗压载荷为P2，所述过渡段的抗压载荷为P3，且P1＞P3＞P2；
应用所述变载抽采管道的抽采方法包括以下步骤：
1)在抽采系统中的工作面回风巷内铺设抗压载荷为P1的抽采管路；
2)在抽采系统正常工作前的T2天时，在距离工作面3.5S处沿工作面推进方向的步骤1)中的所述抽采管路的表面上涂抹降荷载催化剂，涂抹长度为0.5～0.7S；
3)步骤2)中所述涂抹降荷载催化剂长度为0.5～0.7S的抽采管路为衰减段，当衰减段的表面涂抹降载荷催化剂后，衰减段抗压载荷逐渐衰减，经过时间T1天后抗压载荷从P1衰减到P2；且T2＞T1；
4)步骤3)中衰减段的抗压荷载衰减到P2后，抗压荷载降至工作面顶板周期来压压力的50％-60％，工作面周期来压顶板垮落，所述变载抽采管道 的衰减段会直接被压断；沿工作面回采方向过渡段和原始段的所述变载抽采管道 的抗压荷载大于周期来压压力值，不会被压断；从而实现抽采系统与采空区深部抽采管路的自动分离，使抽采口处于最佳抽采位置；
其中，T2＝T1～K×S/L，S为工作面顶板周期来压步距，m；K为超前系数取3～4；L为工作面日推进长度，m。
2.如权利要求1所述的变载抽采管道，其特征在于，所述过渡段的长度值为0～1m。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Qin Yujin Inventor after: Li Jie Inventor after: Tian Fuchao Inventor after: Wang Chunguang Inventor after: Su Weiwei Inventor after: Guo Huaiguang Inventor after: Ma Jinkui Inventor after: Li Haojun Inventor before: Qin Yujin Inventor before: Li Jie Inventor before: Tian Fuchao Inventor before: Wang Chunguang Inventor before: Su Weiwei Inventor before: Guo Huaiguang Inventor before: Ma Jinkui Inventor before: Li Haojun |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 113122 No.11 Binhe Road, Shenfu demonstration area, Liaoning Province Patentee after: Shenyang Research Institute Co.,Ltd. Patentee after: FUSHUN INSTITUTE, CHINA COAL Research Institute Address before: 113122 No.11 Binhe Road, Fushun Economic Development Zone, Liaoning Province Patentee before: CCTEG (China Coal Technology and Engineering Group Corp.) Patentee before: FUSHUN INSTITUTE, CHINA COAL Research Institute |
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| CP03 | Change of name, title or address |