CN111287709B - 一种兼具松软煤层钻孔防护及提高瓦斯抽采效率的方法 - Google Patents

一种兼具松软煤层钻孔防护及提高瓦斯抽采效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种兼具松软煤层钻孔防护及提高瓦斯抽采效率的方法，采用依次填充大型带孔塑料球和小型带孔塑料球的方式，两种带孔塑料球对钻孔填充后能对瓦斯抽采钻孔起到防护支撑作用，降低其发生垮塌、变形的可能性；保持形成的瓦斯抽采通道顺畅；随着瓦斯抽采浓度的下降，向钻孔内注水，水与生石灰发生中和反应，对煤体进行加热后加快瓦斯解吸，从而提高瓦斯抽采的效率。通过多次注入水，能有效利用氧化钙与水反应放出热量，逐步提高瓦斯抽采效率。本发明兼具钻孔防护和提高瓦斯解吸速率于一体，瓦斯抽采效率高、效果好，并且其无需专门的安装设备，就能确保瓦斯抽采通道顺畅，因此整个实施过程操作方便简单，便于现场使用，具有广泛的实用性。

Description

一种兼具松软煤层钻孔防护及提高瓦斯抽采效率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高松软煤层瓦斯抽采效率的方法，具体是一种兼具松软煤层钻孔防护及提高瓦斯抽采效率的方法。
背景技术
据统计目前中国有52％的矿井属于高瓦斯矿井，瓦斯治理是保障矿井安全高效生产的前提。然而我国松软煤层比例很高，许多矿区主采煤层均属于松软、低透、高瓦斯煤层，并且很多矿井具有煤与瓦斯突出危险。施工钻孔对煤层瓦斯提前预抽是治理瓦斯的有效手段，也是目前各个煤矿普遍采取的措施。但是，对于松软煤层中，90％以上瓦斯抽采孔形成后短暂抽采就会发生变形、长距离垮塌甚至是闭合的情况，从而阻断了瓦斯涌出和流动的通道，严重影响了瓦斯抽采效果。另外由于矿井为了有效治理瓦斯，施工的抽采孔数量很多，人力、资金及时间的投入很大，单孔成本很高，一旦发生抽采钻孔堵塞的情况就需要重新进行钻孔处理，从而造成瓦斯抽采效果与瓦斯治理投入严重的不匹配。
为了解决上述问题，专利号分别为ZL201210056522.4和ZL201210056441.4的中国发明专利，分别公开了协同式和分布式钻护一体化系统与使用方法，这两个发明专利采用不同的方法对瓦斯抽采钻孔全程下护孔管，从而防止钻孔坍塌影响瓦斯抽采效果。但是这两种方法均需要制备特定的护孔管，并且需要采用多种设备相互配合才能实现将护孔管放入瓦斯钻孔内进行防护的效果，导致这两种方法的资金投入大，费时费力，现场操作复杂，不具有广泛应用性；另外上述两种方法仅仅是对瓦斯钻孔进行防护，并没有提供提高瓦斯抽采效率的方案，使得长时间抽采瓦斯的效果较差。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种兼具松软煤层钻孔防护及提高瓦斯抽采效率的方法，采用对瓦斯抽采钻孔依次填充大型带孔塑料球和小型带孔塑料球，对钻孔进行支撑防护，保证瓦斯抽采通道的顺畅；并且在瓦斯抽采浓度降低时，能通过提高钻孔温度加快瓦斯解析的方式，从而实现提高瓦斯抽采的效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种兼具松软煤层钻孔防护及提高瓦斯抽采效率的方法，具体步骤为：
a、根据煤层倾角的情况确定位置布置瓦斯抽采钻孔，通过计算在不影响钻孔抽采控制区域的基础上，使瓦斯抽采钻孔与水平面之间的倾角最大；
b、将已经制备好的大型带孔塑料球放置在瓦斯抽采钻孔的孔口，给大型带孔塑料球一个初始动能，大型带孔塑料球在自身重力的作用下滚入钻孔底部进行填充；所述大型带孔塑料球内部设有球形中空结构Ⅰ，大型带孔塑料球的表面均匀分布多个小孔Ⅰ，球形中空结构Ⅰ通过各个小孔Ⅰ与外部连通，球形中空结构Ⅰ内充入生石灰，生石灰的体积占球形中空结构Ⅰ内部体积的2/3～3/4；大型带孔塑料球的直径为瓦斯抽采钻孔直径的0.8～0.9倍；
c、重复步骤b，直至大型带孔塑料球填充瓦斯抽采钻孔的长度为瓦斯抽采钻孔总长度的1/3～1/2，停止大型带孔塑料球的填充；
d、将已经制备好的小型带孔塑料球放置在瓦斯抽采钻孔的孔口，给小型带孔塑料球一个初始动能，小型带孔塑料球在自身重力的作用下滚入钻孔内进行填充；所述小型带孔塑料球内部设有球形中空结构Ⅱ，小型带孔塑料球的表面均匀分布多个小孔Ⅱ，球形中空结构Ⅱ通过各个小孔Ⅱ与外部连通，球形中空结构Ⅱ内充入生石灰，生石灰的体积占球形中空结构Ⅱ内部体积的2/3～3/4；小型带孔塑料球的直径为瓦斯抽采钻孔直径的0.2～0.3倍；
e、重复步骤d，直至填充的小型带孔塑料球距离瓦斯抽采钻孔的孔口距离为8～10m时，停止小型带孔塑料球的填充，此长度用于后续密封瓦斯抽采钻孔；
f、按照已知方法对瓦斯抽采钻孔进行密封后，开始进行松软煤层瓦斯抽采，小型带孔塑料球和大型带孔塑料球对瓦斯抽采钻孔进行支撑，保持瓦斯抽采通道的畅通；
g、随着瓦斯抽采的持续进行，瓦斯浓度逐步下降，当瓦斯浓度低于30％时，向瓦斯抽采钻孔内注入水，每次注水量为瓦斯抽采钻孔内所有小型带孔塑料球和大型带孔塑料球的生石灰总质量的1/15～1/13，水通过小孔Ⅰ和小孔Ⅱ分别进入球形中空结构Ⅰ和球形中空结构Ⅱ内，此时生石灰与水反应放出大量的热，使瓦斯抽采钻孔周围的煤体升温从而加快瓦斯解吸，最终使瓦斯抽采的浓度上升；
i、重复步骤g，直至注水不再提高瓦斯抽采浓度。
进一步，所述球形中空结构Ⅰ的直径为大型带孔塑料球直径的1/2～2/3；生石灰的粒径为3～5mm；小孔Ⅰ的直径为2mm～3mm；大型带孔塑料球表面的小孔Ⅰ数量为每平方厘米0.5～0.7个。生石灰的粒径大于小孔Ⅰ的直径，能防止大型带孔塑料球滚入瓦斯抽采钻孔过程中洒落到钻孔内。
进一步，所述球形中空结构Ⅱ的直径为小型带孔塑料球直径的1/2～2/3；生石灰的粒径为3～5mm；小孔Ⅱ的直径为2mm～3mm；小型带孔塑料球表面的小孔Ⅱ数量为每平方厘米0.5～0.7个。生石灰的粒径大于小孔Ⅱ的直径，能防止小型带孔塑料球滚入瓦斯抽采钻孔过程中洒落到钻孔内。
与现有技术相比，本发明采用依次填充大型带孔塑料球和小型带孔塑料球的方式，两种带孔塑料球内部均设有球形中空结构，且通过小孔与外界连通，小孔均匀分布且直径为2mm～3mm，两种带孔塑料球对钻孔填充后能对瓦斯抽采钻孔起到防护支撑作用，降低其发生垮塌、变形的可能性；另外由于煤球为球形，因此其在钻孔内相互直接接触后，仍会存在空隙，此时煤层内部的瓦斯通过大型带孔塑料球和小型带孔塑料球之间的间隙、小孔及内部的球形中空结构形成瓦斯抽采通道，实现瓦斯抽采的顺畅；若钻孔发生垮塌时，能垮塌的小煤块只能堵住部分小孔，并不能将所有小孔堵住，因此依旧能保持形成的瓦斯抽采通道顺畅，从而保证长时间抽采瓦斯；随着瓦斯抽采浓度的下降，向钻孔内注水，水与塑料球内的生石灰发生中和反应，对煤体进行加热后加快瓦斯解吸，从而提高瓦斯抽采的效率。另外先填充大型带孔塑料球再填充小型带孔塑料球的方式，使靠近钻孔孔口的瓦斯抽采通道更宽广，符合瓦斯抽采聚集原理，降低成本。通过分批多次注入水，能有效防止氧化钙与水反应放出热量的浪费，逐步提高瓦斯抽采效率。本发明兼具钻孔防护和提高瓦斯解吸速率于一体，瓦斯抽采效率高、效果好，并且其无需专门的安装设备，就能确保瓦斯抽采通道顺畅，因此整个实施过程操作方便简单，便于现场使用，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明中大型带孔塑料球的结构剖视图；
图2是采用本发明进行瓦斯抽采钻孔防护时的结构示意图。
图中：1、煤层，2、瓦斯抽采钻孔，3、大型带孔塑料球，4、小型带孔塑料球，3-1、小孔Ⅰ，3-2、球形中空结构Ⅰ，3-3、生石灰。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图2所示，本发明的具体步骤为：
a、根据煤层1倾角的情况确定位置布置瓦斯抽采钻孔2，通过计算在不影响钻孔抽采控制区域的基础上，使瓦斯抽采钻孔2与水平面之间的倾角最大；
b、将已经制备好的大型带孔塑料球3放置在瓦斯抽采钻孔2的孔口，给大型带孔塑料球3一个初始动能，大型带孔塑料球3在自身重力的作用下滚入钻孔底部进行填充；所述大型带孔塑料球3内部设有球形中空结构Ⅰ3-2，大型带孔塑料球3的表面均匀分布多个小孔Ⅰ3-1，球形中空结构Ⅰ3-2通过各个小孔Ⅰ3-1与外部连通，球形中空结构Ⅰ3-2内充入生石灰3-3，生石灰3-3的体积占球形中空结构Ⅰ3-2内部体积的2/3～3/4；大型带孔塑料球3的直径为瓦斯抽采钻孔2直径的0.8～0.9倍；
c、重复步骤b，直至大型带孔塑料球3填充瓦斯抽采钻孔2的长度为瓦斯抽采钻孔2总长度的1/3～1/2，停止大型带孔塑料球3的填充；
d、将已经制备好的小型带孔塑料球3放置在瓦斯抽采钻孔2的孔口，给小型带孔塑料球4一个初始动能，小型带孔塑料球4在自身重力的作用下滚入钻孔内进行填充；所述小型带孔塑料球4内部设有球形中空结构Ⅱ，小型带孔塑料球4的表面均匀分布多个小孔Ⅱ，球形中空结构Ⅱ通过各个小孔Ⅱ与外部连通，球形中空结构Ⅱ内充入生石灰3-3，生石灰3-3的体积占球形中空结构Ⅱ内部体积的2/3～3/4；小型带孔塑料球4的直径为瓦斯抽采钻孔2直径的0.2～0.3倍；
e、重复步骤d，直至填充的小型带孔塑料球4距离瓦斯抽采钻孔2的孔口距离为8～10m时，停止小型带孔塑料球4的填充，此长度用于后续密封瓦斯抽采钻孔2；
f、按照已知方法对瓦斯抽采钻孔2进行密封后，开始进行松软煤层瓦斯抽采，小型带孔塑料球4和大型带孔塑料球3对瓦斯抽采钻孔2进行支撑，保持瓦斯抽采通道的畅通；
g、随着瓦斯抽采的持续进行，瓦斯浓度逐步下降，当瓦斯浓度低于30％时，向瓦斯抽采钻孔2内注入水，每次注水量为瓦斯抽采钻孔2内所有小型带孔塑料球4和大型带孔塑料球3的生石灰总质量的1/15～1/13，水通过小孔Ⅰ3-1和小孔Ⅱ分别进入球形中空结构Ⅰ3-2和球形中空结构Ⅱ内，此时生石灰3-3与水反应放出大量的热，使瓦斯抽采钻孔2周围的煤体升温从而加快瓦斯解吸，最终使瓦斯抽采的浓度上升；
i、重复步骤g，直至注水不再提高瓦斯抽采浓度。
进一步，所述球形中空结构Ⅰ3-2的直径为大型带孔塑料球3直径的1/2～2/3；生石灰的粒径为3～5mm；小孔Ⅰ3-1的直径为2mm～3mm；大型带孔塑料球3表面的小孔Ⅰ3-1数量为每平方厘米0.5～0.7个。生石灰的粒径大于小孔Ⅰ的直径，能防止大型带孔塑料球3滚入瓦斯抽采钻孔2过程中洒落到钻孔内。
进一步，所述球形中空结构Ⅱ的直径为小型带孔塑料球4直径的1/2～2/3；生石灰的粒径为3～5mm；小孔Ⅱ的直径为2mm～3mm；小型带孔塑料球4表面的小孔Ⅱ数量为每平方厘米0.5～0.7个。生石灰的粒径大于小孔Ⅱ的直径，能防止小型带孔塑料球4滚入瓦斯抽采钻孔过程中洒落到钻孔内。

Claims (3)

1.一种兼具松软煤层钻孔防护及提高瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，具体步骤为：
a、根据煤层倾角的情况确定位置布置瓦斯抽采钻孔，通过计算在不影响钻孔抽采控制区域的基础上，使瓦斯抽采钻孔与水平面之间的倾角最大；
b、将已经制备好的大型带孔塑料球放置在瓦斯抽采钻孔的孔口，给大型带孔塑料球一个初始动能，大型带孔塑料球在自身重力的作用下滚入钻孔底部进行填充；所述大型带孔塑料球内部设有球形中空结构Ⅰ，大型带孔塑料球的表面均匀分布多个小孔Ⅰ，球形中空结构Ⅰ通过各个小孔Ⅰ与外部连通，球形中空结构Ⅰ内充入生石灰，生石灰的体积占球形中空结构Ⅰ内部体积的2/3～3/4；大型带孔塑料球的直径为瓦斯抽采钻孔直径的0.8～0.9倍；
c、重复步骤b，直至大型带孔塑料球填充瓦斯抽采钻孔的长度为瓦斯抽采钻孔总长度的1/3～1/2，停止大型带孔塑料球的填充；
d、将已经制备好的小型带孔塑料球放置在瓦斯抽采钻孔的孔口，给小型带孔塑料球一个初始动能，小型带孔塑料球在自身重力的作用下滚入钻孔内进行填充；所述小型带孔塑料球内部设有球形中空结构Ⅱ，小型带孔塑料球的表面均匀分布多个小孔Ⅱ，球形中空结构Ⅱ通过各个小孔Ⅱ与外部连通，球形中空结构Ⅱ内充入生石灰，生石灰的体积占球形中空结构Ⅱ内部体积的2/3～3/4；小型带孔塑料球的直径为瓦斯抽采钻孔直径的0.2～0.3倍；
e、重复步骤d，直至填充的小型带孔塑料球距离瓦斯抽采钻孔的孔口距离为8～10m时，停止小型带孔塑料球的填充，此长度用于后续密封瓦斯抽采钻孔；
f、按照已知方法对瓦斯抽采钻孔进行密封后，开始进行松软煤层瓦斯抽采，小型带孔塑料球和大型带孔塑料球对瓦斯抽采钻孔进行支撑，保持瓦斯抽采通道的畅通；
g、随着瓦斯抽采的持续进行，瓦斯浓度逐步下降，当瓦斯浓度低于30％时，向瓦斯抽采钻孔内注入水，每次注水量为瓦斯抽采钻孔内所有小型带孔塑料球和大型带孔塑料球的生石灰总质量的1/15～1/13，水通过小孔Ⅰ和小孔Ⅱ分别进入球形中空结构Ⅰ和球形中空结构Ⅱ内，此时生石灰与水反应放出大量的热，使瓦斯抽采钻孔周围的煤体升温从而加快瓦斯解吸，最终使瓦斯抽采的浓度上升；
i、重复步骤g，直至注水不再提高瓦斯抽采浓度。
2.根据权利要求1所述的一种兼具松软煤层钻孔防护及提高瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，所述球形中空结构Ⅰ的直径为大型带孔塑料球直径的1/2～2/3；生石灰的粒径为3～5mm；小孔Ⅰ的直径为2mm～3mm；大型带孔塑料球表面的小孔Ⅰ数量为每平方厘米0.5～0.7个。
3.根据权利要求1所述的一种兼具松软煤层钻孔防护及提高瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，所述球形中空结构Ⅱ的直径为小型带孔塑料球直径的1/2～2/3；生石灰的粒径为3～5mm；小孔Ⅱ的直径为2mm～3mm；小型带孔塑料球表面的小孔Ⅱ数量为每平方厘米0.5～0.7个。
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Assignor: XUZHOU University OF TECHNOLOGY

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