CN111535863A - 一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法，包括如下步骤：S1：根据矿山的开采资料和地质详勘资料，划定用于储存天然气的地下储气库区域；S2：在所述地下储气库区域的上方设置多个巷道；S3：在所述巷道内向周边围岩打多个注浆孔和多个水幕孔，并通过所述水幕孔和所述注浆孔向周边围岩注水和注浆形成水幕和帷幕，密封所述地下储气库区域。本发明建立帷幕和水幕系统，注浆加固围岩，充填孔隙裂隙，以减小渗流量和降低渗透压力；水幕孔形成水幕系统，加固和密封天然气储存区域，防止天然气向周围扩散、泄漏，确保矿山地下储气安全。

Description

一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法

技术领域

本发明涉及地下工程技术领域，具体而言是一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法。

背景技术

我国是煤炭资源最为丰富的国家，煤炭在我国一次性能源结构中仍处于绝对地位置。煤炭开采过程中，需要开掘一系列的巷道或者硐室，回采巷道会随着开采工作的完成而破坏，而准备巷道和开拓巷道在采矿工作完成后存留在地层深处，随着维护工作的停止而成为永久性废弃的地下空间，花费大量财力和人力建造的地下硐室得不到充分的利用。

随着环保压力增加和技术进步，能源消费的低碳化趋势日益明显，天然气将成为全球能源由高碳向低碳转变的重要桥梁，天然气需求量增加，而国内天然气储存设施短缺，天然气供应高峰期时常出现“气短”问题，且建设地下天然气储备库需要一定周期和资金，因此利用废弃的矿山巷道进行天然气的储备，增加国家天然气的储备是十分必要的。

对于地下储气库，保证其密封性是至关重要的，特别是对于情况更为复杂的地下采空区，仅依靠水幕系统不能保证其密封性，因此需要一种更加合理有效的方法来保证储气库的密封性。

申请号为CN201610353657.5的发明专利介绍了一种用于防止储库天然气泄露的双幕式系统的设计方法。该方法不是采用采空区进行储气，没有形成帷幕系统以及如何根据矿体产状布置双幕巷道。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种水幕与帷幕相结合的双幕系统采空区储气洞库设计方法。该设计方法能有效降低渗透压力，减少渗流量，形成良好的密封环境，避免储藏在储库的天然气的泄漏。该设计方法可以根据现场的实际情况进行合理的水幕与帷幕布置。

本发明采用的技术手段如下：

一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法，包括如下步骤：

S1：根据矿山的开采资料和地质详勘资料，划定用于储存天然气的地下储气库区域；地下储气库区域通过矿山开采资料，分析巷道硐室和工作面的分布形式，并结合相关的地质资料进行划分，并且该区域空间需要满足地下储气库的容量要求，所述地下储气库区域为所述矿山的采空区，一般包括原矿房和原开采巷道等。

S2：在所述地下储气库区域的上方设置多个巷道；多个所述巷道中包括四个边界巷道和设置在四个所述边界巷道围成的区域内的至少一个中心巷道，所述中心巷道在水平面上的正投影位于所述地下储气库区域在水平面上的正投影内，所述边界巷道在水平面上的正投影位于所述地下储气库区域在水平上的正投影外，其中两个所述边界巷道和所述中心巷道平行设置，另外两个所述边界巷道和所述中心巷道垂直设置。所述巷道设置在岩石渗透率低，强度高的围岩中，考虑工作面冒落带和裂隙带的高度、水幕系统距地下储气库区域的高度和岩层性质，确定巷道布置在采空区上方的冒落带和裂隙带的上方一定距离处。所述中心巷道的走向平行于所述矿区的矿体的走向或垂直于所述矿区的矿体的走向。

当所述矿体的倾角大于50°时，所述中心巷道的走向平行于所述矿体的走向，所述中心巷道和与其平行的两个所述边界巷道的排列方向为倾斜排列。即使巷道采取不同深度的设置。矿体倾角较小，则可以水平布置；再考虑实际工程量的大小及密封效果，可以考虑巷道主要是平行于走向布置，还是垂直于走向布置。当天然气储存区域范围较大时，需布置多个中心巷道以满足密封性要求，其间距需根据实际情况确定。

S3：在所述巷道内向周边围岩打多个注浆孔和多个水幕孔，并通过所述水幕孔和所述注浆孔向周边围岩注水和注浆形成水幕和帷幕，密封所述地下储气库区域。通过帷幕有效降低渗透压力，减少渗流量，再结合水幕形成良好的密封环境，避免储藏在储库的天然气的泄漏。

所述边界巷道的底部靠近所述地下储气库区域的一侧设置有多个沿所述边界巷道的走向分布的所述注浆孔，且此注浆孔垂直向下设置，其底部低于所述地下储气库区域的底部；

所述边界巷道的底部靠近所述地下储气库区域的一侧设置有多个沿所述边界巷道的走向分布的所述注浆孔，且此注浆孔倾斜向下设置，其底部高于所述地下储气库区域的顶部；

所述边界巷道的底部远离所述地下储气库区域的一侧设置有多个沿所述边界巷道的走向分布的所述水幕孔，且此水幕孔垂直向下设置，其底部低于所述地下储气库区域的底部；

所述中间巷道的洞壁设有多个沿所述中间巷道的走向分布的所述水幕孔，且此水幕孔水平设置；所述中间巷道的底部设有多个沿所述中间巷道的走向分布的所述注浆孔，且此注浆孔倾斜向下设置，其底部高于所述地下储气库区域的顶部。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过分析矿山巷道硐室和工作面的分布形式，并结合相关的地质资料，进行储气区划分并且该区域空间需要满足地下储气库的容量要求。节约资金，保持生态平衡，缩短建设周期。

2、建立帷幕和水幕系统，注浆加固围岩，充填孔隙裂隙，以减小渗流量和降低渗透压力；水幕孔形成水幕系统，加固和密封天然气储存区域，防止向周围扩散、泄漏，确保矿山地下储气安全。

3、根据矿体产状，合理布置双幕巷道，巷道可以主要平行于走向布置，也可以垂直于走向布置，减小工程量，节约资金。如当矿体较为倾斜时，可以使巷道布置在不同深度的位置上，较之水平布置可以减少水幕和帷幕的深度。

基于上述理由本发明可在地下储气等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中巷道布置图。

图2为图1中A-A向剖视图。

具体实施方式

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1～2所示，一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法，包括如下步骤：

S1：根据矿山的开采资料和地质详勘资料，划定用于储存天然气的地下储气库区域1；地下储气库区域1通过矿山开采资料，分析巷道硐室和工作面的分布形式，并结合相关的地质资料进行划分，并且该区域空间需要满足地下储气库的容量要求，所述地下储气库区域1为所述矿山的采空区，一般包括原矿房11和原开采巷道12等。

S2：在所述地下储气库区域1的上方设置多个巷道；多个所述巷道中包括四个边界巷道2和设置在四个所述边界巷道2围成的区域内的至少一个中心巷道3，本实施例为一个，所述中心巷道3在水平面上的正投影位于所述地下储气库区域1在水平面上的正投影内，所述边界巷道2在水平面上的正投影位于所述地下储气库区域1在水平上的正投影外，其中两个所述边界巷道2和多个所述中心巷道3平行设置，另外两个所述边界巷道2和所述中心巷道3垂直设置。所述巷道设置在岩石渗透率低，强度高的围岩中，考虑工作面冒落带4和裂隙带5的高度、水幕系统距地下储气库区域1的高度和岩层性质，确定巷道布置在采空区上方的冒落带4和裂隙带5的上方一定距离处。所述中心巷道3的走向平行于所述矿区的矿体6的走向或垂直于所述矿区的矿体6的走向，本实施例为平行于所述矿体6的走向。

当所述矿体6的倾角大于50°时，所述中心巷道3的走向平行于所述矿体6的走向，所述中心巷道3和与其平行的两个所述边界巷道2的排列方向为倾斜排列。即使巷道采取不同深度的设置。矿体6倾角较小，则可以水平布置；本实施例中的矿体6倾角较小，故采用水平排列方式。

S3：在所述巷道内向周边围岩打多个注浆孔8和多个水幕孔7，并通过所述水幕孔7和所述注浆孔8向周边围岩注水和注浆形成水封区域9和注浆区域10，密封所述地下储气库区域1。

所述边界巷道2的底部靠近所述地下储气库区域1的一侧设置有多个沿所述边界巷道2的走向分布的所述注浆孔8，且此注浆孔8垂直向下设置，其底部低于所述地下储气库区域1的底部；

所述边界巷道2的底部靠近所述地下储气库区域1的一侧设置有多个沿所述边界巷道2的走向分布的所述注浆孔8，且此注浆孔8倾斜向下设置，其底部高于所述地下储气库区域1的顶部；

所述边界巷道2的底部远离所述地下储气库区域1的一侧设置有多个沿所述边界巷道2的走向分布的所述水幕孔7，且此水幕孔7垂直向下设置，其底部低于所述地下储气库区域1的底部；

所述中间巷道3的洞壁设有多个沿所述中间巷道3的走向分布的所述水幕孔7，且此水幕孔7水平设置；所述中间巷道3的底部设有多个沿所述中间巷道3的走向分布的所述注浆孔8，且此注浆孔8倾斜向下设置，其底部高于所述地下储气库区域1的顶部。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据矿山的开采资料和地质详勘资料，划定用于储存天然气的地下储气库区域；

S2：在所述地下储气库区域的上方设置多个巷道；

S3：在所述巷道内向周边围岩打多个注浆孔和多个水幕孔，并通过所述水幕孔和所述注浆孔向周边围岩注水和注浆形成水幕和帷幕，密封所述地下储气库区域。

2.根据权利要求1所述的一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法，其特征在于：

在所述步骤S2中，多个所述巷道中包括四个边界巷道和设置在四个所述边界巷道围成的区域内的至少一个中心巷道，所述中心巷道在水平面上的正投影位于所述地下储气库区域在水平面上的正投影内，所述边界巷道在水平面上的正投影位于所述地下储气库区域在水平上的正投影外，其中两个所述边界巷道和所述中心巷道平行设置，另外两个所述边界巷道和所述中心巷道垂直设置。

3.根据权利要求2所述的一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法，其特征在于：

在所述步骤S3中，所述边界巷道的底部靠近所述地下储气库区域的一侧设置有多个沿所述边界巷道的走向分布的所述注浆孔，且此注浆孔垂直向下设置，其底部低于所述地下储气库区域的底部；

所述边界巷道的底部靠近所述地下储气库区域的一侧设置有多个沿所述边界巷道的走向分布的所述注浆孔，且此注浆孔倾斜向下设置，其底部高于所述地下储气库区域的顶部；

所述边界巷道的底部远离所述地下储气库区域的一侧设置有多个沿所述边界巷道的走向分布的所述水幕孔，且此水幕孔垂直向下设置，其底部低于所述地下储气库区域的底部；

所述中间巷道的洞壁设有多个沿所述中间巷道的走向分布的所述水幕孔，且此水幕孔水平设置；所述中间巷道的底部设有多个沿所述中间巷道的走向分布的所述注浆孔，且此注浆孔倾斜向下设置，其底部高于所述地下储气库区域的顶部。

4.根据权利要求1所述的一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法，其特征在于：

在所述步骤S2中，所述巷道设置在岩石渗透率低，强度高的围岩中。

5.根据权利要求1所述的一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法，其特征在于：

在所述步骤S2中，所述巷道设置在位于所述地下储气库区域上方的冒落带和裂隙带的上方。

6.根据权利要求1所述的一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法，其特征在于：

在所述步骤S1中，所述地下储气库区域为所述矿山的采空区。

7.根据权利要求2所述的一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法，其特征在于：

在所述步骤S2中，所述中心巷道的走向平行于所述矿区的矿体的走向或垂直于所述矿区的矿体的走向。

8.根据权利要求7所述的一种帷幕与水幕相结合的采空区储气洞库设计方法，其特征在于：

当所述矿体的倾角大于50°时，所述中心巷道的走向平行于所述矿体的走向，所述中心巷道和与其平行的两个所述边界巷道的排列方向为倾斜排列。

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