CN109736765B - 煤层水力割缝开采注液抽采一体化防治复合动力灾害方法 - Google Patents

Abstract

一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法，包括如下步骤：在煤层中确定注液孔及瓦斯抽采孔的位置，采用一行注液孔与一行瓦斯抽采孔交替设置，确定注液孔之间、瓦斯抽采孔之间、注液孔与瓦斯抽采孔之间的距离，对上述确定的注液孔位置、瓦斯抽采孔位置进行钻孔，在每个钻好的注液孔、瓦斯抽采孔里进行割缝，分别将注液管路与注液孔连接，抽采管路与抽采孔连接；对煤层同时进行注液作业与抽采作业；结束后采用封孔器进行封孔。与一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法配套使用的湿润剂组合，按重量百分比，由以下原料组成：螯合剂0.5％‑5％、湿润剂0.5％‑5％、水90％‑99％。

Description

煤层水力割缝开采注液抽采一体化防治复合动力灾害方法

技术领域

发明属于煤层注液领域，具体涉及一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法及配套使用的湿润剂组合。

背景技术

煤矿安全是煤炭生产的保证，冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿动力灾害的防治是煤矿安全工作中的重要环节，而煤层注液是一项最积极有效的措施之一，近年来在各个煤矿中得到了越来越广泛的应用。

煤层注液是通过在煤层中钻孔，然后将水压入煤层，使水能够均匀分布于煤层中大量的细微裂隙和孔隙中，使煤层湿润，起到软化煤体、驱替瓦斯，实现防治动力灾害的目的。煤矿进入深部开采后，在高地应力及高温作用下，煤岩体物理力学性质发现显著变化，煤体渗透性明显下降。深部煤层在进行瓦斯抽采时，抽出的瓦斯含量少，但是在采煤过程中又会有大量瓦斯涌出；煤层注液时，注液效果极差，经常出现注液量极低甚至注不进去液体等现象，因此目前的煤层注液防治煤矿动力灾害的工艺与参数已经不能够满足深部低渗透高瓦斯煤层防治复合动力灾害的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法级配套使用的湿润剂组合，具体方案包括以下步骤：

一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法，包括如下步骤：

1)在煤层中确定注液孔及瓦斯抽采孔的位置：采用一行注液孔与一行瓦斯抽采孔交替设置，横向上确定注液孔之间的距离或瓦斯抽采孔之间的距离，纵向上确定注液孔和瓦斯抽采孔之间的距离；

2)对步骤1)确定的注液孔位置、瓦斯抽采孔位置进行钻孔，在每个钻好的注液孔、瓦斯抽采孔里进行割缝；

3)分别将注液管路与注液孔连接，抽采管路与抽采孔连接；

4)对煤层同时进行注液作业与抽采作业；

5)注液作业与抽采作业结束后采用封孔器进行封孔。

进一步的，上述的一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法，步骤1)中所述的煤层为低渗透高瓦斯煤层。

进一步的，上述的一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法，步骤1)中横向上所述的相邻注液孔或相邻瓦斯抽采孔的距离为10-20m，纵向上相邻注液孔和瓦斯抽采孔的距离为2-5m。

进一步的，上述的一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法，步骤3)中割缝应重复进行3-5次。

进一步的，上述的一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法，步骤5)中所述的封孔器为水力膨胀式封孔器。

与一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法配套使用的湿润剂组合，按重量百分比，由以下原料组成：

螯合剂 0.5％-5％

湿润剂 0.5％-5％

水 90％-99％。

进一步的，上述的湿润剂组合，所述的螯合剂为亚氨基二琥珀酸，所述的湿润剂为十二烷基苯磺酸钠。

进一步的，上述的湿润剂组合，按重量百分比，由以下原料组成：

亚氨基二琥珀酸 0.5％

十二烷基苯磺酸钠 0.5％

水 99％

本发明的有益效果为：

1.本发明所述的低渗透性高瓦斯煤层高效注液方法，施工安全、可靠。

2.本发明所述的螯合剂可以和煤中的钙镁铁等离子形成稳定常数非常高具有环状结构的配合物，使钙镁铁从煤颗粒及胶体表面解络下来，由不溶态转变为可溶态，从煤中分离出来。通过可溶性矿物的溶解，提高孔隙连通性，增大孔隙度。同时煤层表面是煤吸附瓦斯的主要场所，煤层中矿物质及表面含氧官能团种类与数量对煤层表面瓦斯分子的吸附产生重要影响。同时根据煤层与螯合剂的作用选择合适的湿润剂组合各组分浓度。并且螯合剂与钙镁铁等离子作用后会降低煤层的冲击倾向性。

3.本发明所述湿润剂组合可以通过螯合剂分子与钙等离子的强结合作用，将金属离子包合到螯合剂内部，变成稳定的，分子量更大的化合物，从而阻止钙离子与碳酸根起作用。

4.本发明采用煤层注液作业与抽采作业同时进行。注液孔注进去的溶液对瓦斯解析有促进作用，而抽采对注液有促进作用，两者相辅相成，同时因为湿润剂组合与煤层中矿物质的作用更加有效的促进瓦斯的解析及注液效果更加明显。

附图说明

图1是本发明瓦斯抽采孔与注液孔布置示意图。

图2是本发明瓦斯抽采孔与注液孔割缝后Bb面示意图。

图3是本发明瓦斯抽采孔与注液孔割缝后Aa面示意图。

图4是本发明所选配套使用的湿润剂组合与钙镁铁等离子作用示意图。

附图标记说明：1-瓦斯抽采孔，2-注液孔，3-煤层，4-割缝，5-钙镁铁等离子，6-湿润剂组合溶液，7-瓦斯，8-孔隙。

具体实施方式

一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法及配套使用的湿润剂组合用以解决低渗透性高瓦斯煤层易发生复合动力灾害及注液效果差的技术问题，包括以下步骤：

1)在低渗透高瓦斯煤层中取煤样，测定煤样体相结构及抗压强度以选择合适的湿润剂组合：

螯合剂 0.5％-5％

湿润剂 0.5％-5％

水 90％-99％

2)瓦斯抽采孔1与注液孔2在待注煤层3中的分布如图1所示，采用一行注液孔2与一行瓦斯抽采孔1交替设置，确定相邻钻孔的水平间距为10-20m，相邻钻孔的垂直间距为2-5m，钻孔直径为30-60mm，确定注液压力高压为5-20Mpa，低压为1-4Mpa、同时确定注液时间。

3)按照图1所确定的位置进行钻孔，钻孔结束后按照图2所示进行割缝，瓦斯抽采孔1与注液孔2都要割缝，割缝后在注液时会增加溶液在煤层中运动空间同时因为瓦斯抽采孔1与注液孔2同时工作致使注液孔注进去的溶液对瓦斯解析有促进作用，而抽采形成的负压对溶液在煤层中运动提供一定的动力，同时瓦斯抽出去后减小对溶液的阻力，两者相辅相成。

4)分别将注液管路与注液孔连接，抽采管路与抽采孔连接。

5)对煤层同时进行注液作业与抽采作业，如图4所示注液孔2注进去的湿润剂组合溶液6通过孔隙8时可以与所吸附的瓦斯7竞位吸附促进瓦斯解析，同时因为湿润剂组合溶液6与煤中钙镁铁等离子5通过螯合作用形成稳定常数非常高具有环状结构的配合物，使钙镁铁等离子5从煤颗粒及胶体表面解络下来，由不溶态转变为可溶态，从煤中分离出来。因为瓦斯7吸附在煤孔隙8中，当钙镁铁等离子5从煤颗粒及胶体表面解络下来后，瓦斯7原来的吸附场所被破坏，从而促进瓦斯解析并能够降低煤层的冲击倾向性。

实施例1

1)与一种煤层水力割缝开采注液与抽采一体化防治复合动力灾害方法配套使用的湿润剂组合的选择：

在低渗透高瓦斯煤层中取煤样，对注液煤层结构、力学性质进行测定，结果如表1所示：

表1

由于低渗透煤层需要提高渗透性，所以本发明人选择螯合剂亚氨基二琥珀酸与湿润剂十二烷基苯磺酸钠作为湿润剂组合添加剂。亚氨基二琥珀酸可以和煤层中的钙镁铁等离子5形成稳定常数非常高具有环状结构的配合物，使钙镁铁等离子5从煤颗粒及胶体表面解络下来，由不溶态转变为可溶态，从煤中分离出来。通过可溶性矿物的溶解，提高孔隙8连通性，增大孔隙度。同时煤层表面是煤吸附瓦斯的主要场所，煤层中矿物质及表面含氧官能团种类与数量对煤表面甲烷分子的吸附产生重要影响。根据表1中所示的煤层的力学性质，湿润剂组合各组分及浓度为：

亚氨基二琥珀酸 0.5％

十二烷基苯磺酸钠 0.5％

水 99％

2)在煤层中确定注液孔及瓦斯抽采孔的位置：瓦斯抽采孔1与注液孔2在待注煤层3中的分布如图1所示，采用一行注液孔与一行瓦斯抽采孔交替设置，横向上相邻注液孔之间的距离为15m，瓦斯抽采孔之间的距离为15m，纵向上注液孔和瓦斯抽采孔之间的距离为3m；

确定注液时间为15天、注液压力高压为10Mpa、低压为2.5Mp、注液孔2直径为45mm、抽采孔1的直径为45mm。

3)按照步骤2所确定的注液孔位置2和瓦斯抽采孔1位置进行钻孔，钻孔结束后按照图2所示进行割缝，瓦斯抽采孔1与注液孔2都要割缝，在钻好的注液孔2里割缝来增加溶液在煤层中的运动空间，在钻好的抽采孔1里割缝有利于在瓦斯抽采时打开瓦斯通道，注意在进行割缝的时候不要将注液孔2口割开，每一个注液孔2、瓦斯抽采孔1都要割缝，割缝厚度为1.5cm，宽度为2m，重复割缝3-5次。

4)分别将注液管路与注液孔连接，抽采管路与抽采孔连接；

5)对煤层同时进行注液作业与抽采作业；

对煤层注入湿润剂组合溶液，同时进行抽采作业。注液孔2注进去的湿润剂组合溶液对瓦斯解析有促进作用，同时抽采对注液有促进作用，两者相辅相成。因为湿润剂组合溶液与煤层中矿物质的作用更加有效的促进瓦斯的解析，注液效果更加明显。

注液后湿润剂组合溶液与煤中某些物质作用，导致煤层孔隙8和裂隙二次发育，十分有效的增加注液效果，还可以防止动力灾害，注液结束后用水力膨胀式封孔器封孔。注液后的煤块强度与普通注液后的煤块强度相比下降1.2倍，瓦斯涌出量比普通注液多了0.95倍。效果十分明显。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明原理和精神的情况下对本发明实施例进行多种修改、替换、变化和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.煤层水力割缝开采注液抽采一体化防治复合动力灾害方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在煤层中确定注液孔及瓦斯抽采孔的位置：采用一行注液孔与一行瓦斯抽采孔交替设置，横向上确定注液孔之间的距离或瓦斯抽采孔之间的距离，纵向上确定注液孔和瓦斯抽采孔之间的距离；

2）对步骤1）确定的注液孔位置、瓦斯抽采孔位置进行钻孔，在每个钻好的注液孔、瓦斯抽采孔里进行割缝；

3）分别将注液管路与注液孔连接，抽采管路与抽采孔连接；

4）对煤层同时进行注液作业与抽采作业；

5）注液作业与抽采作业结束后采用封孔器进行封孔；

其中，注液过程中与煤层水力割缝开采注液抽采一体化防治复合动力灾害方法配套使用的湿润剂组合，按重量百分比，由以下原料组成：

螯合剂 0.5%-5%

湿润剂 0.5%-5%

水 90%-99%；

所述的湿润剂组合，所述的螯合剂为亚氨基二琥珀酸，所述的湿润剂为十二烷基苯磺酸钠。

2.根据权利要求1所述的煤层水力割缝开采注液抽采一体化防治复合动力灾害方法，其特征在于，步骤1）中所述的煤层为低渗透高瓦斯煤层。

3.根据权利要求1所述的煤层水力割缝开采注液抽采一体化防治复合动力灾害方法，其特征在于，步骤1）中横向上相邻注液孔或相邻瓦斯抽采孔的距离为10-20m，纵向上相邻注液孔和瓦斯抽采孔的距离为2-5m。

4.根据权利要求1所述的煤层水力割缝开采注液抽采一体化防治复合动力灾害方法，其特征在于，步骤3）中割缝应重复进行3-5次。

5.根据权利要求1所述的煤层水力割缝开采注液抽采一体化防治复合动力灾害方法，其特征在于，步骤5）中所述的封孔器为水力膨胀式封孔器。

6.根据权利要求1所述的煤层水力割缝开采注液抽采一体化防治复合动力灾害方法，其特征在于，

所述的湿润剂组合，按重量百分比，由以下原料组成：

亚氨基二琥珀酸 0.5%

十二烷基苯磺酸钠 0.5%

水 99%。

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