CN111608722A - 一种卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协同防治方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协同防治方法,所述方法包含如下步骤:一、通过现场收集资料和实验室瓦斯基本参数及煤层自燃氧化性能参数测定,确定煤层瓦斯基础参数和煤层自燃特性参数;二、确定不同条件钻孔的自燃氧化机理及CO产生的位置和环境特征及其发生发展规律;三、根据工作面采空区所测定的温度、CO、CH4和O2以及C2H4浓度大小,进行回归分析,得出回归方程,根据回归方程数学处理定性定量地分析出工作面采空区遗煤“自燃氧化带”的分布范围以及瓦斯浓度“三带”的分布范围,确定在被保护层卸压瓦斯抽采条件下的工作面采空区瓦斯与自燃复合灾害区域范围。在不影响瓦斯抽采效果的前提下防治不同卸压瓦斯抽采钻孔周围煤体自燃灾害事故的发生,确保矿井安全生产,安全生产事故率得到了大大的降低。

Description

一种卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协同防治方法
技术领域
本发明涉及一种瓦斯抽采方法,尤其涉及一种卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协 同防治方法,属于煤矿瓦斯治理技术领域。
背景技术
矿井瓦斯和煤自燃是严重威胁我国煤矿井下安全生产的两大主要灾害,制约 着煤矿生产效益的提升。随着开采深度的增加,瓦斯涌出量不断增大,瓦斯问题 日趋严重,瓦斯治理变得更加复杂;同时,解决瓦斯问题的卸压瓦斯抽采不仅增 加了含瓦斯漏风流,也加剧了煤自燃的危险性,导致瓦斯与煤自燃灾害交织共生, 瓦斯与煤自燃共生灾害成为煤矿重特大事故的普遍形式。
在瓦斯治理的过程中,瓦斯抽采是解决瓦斯问题的最根本性有效措施,但原 始煤体瓦斯抽采钻孔的封孔不严、卸压煤层瓦斯抽采钻孔无法得到严实封闭,使 得钻孔周边漏风严重,随着时间增加,超过自然发火期,必然导致漏风影响的抽 采区域的自燃灾害的发生。
对于瓦斯抽采区域来说,在瓦斯抽采过程中钻孔周边破裂煤体在漏风供氧的 条件下极易发生自燃,成为瓦斯燃烧和瓦斯爆炸的引火源,这不仅严重地影响瓦 斯的安全抽采和安全排放,而且成为矿井生产的巨大危险源;因此,在抽采卸压 煤体的卸压瓦斯过程中,如何防治煤自燃的发生是关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协同防治 方法,通过本发明的技术体系,建立一整套适应于卸压瓦斯抽采过程中卸压煤体 自燃规律及其关键防治技术方法,确保矿井的安全生产,有效的解决了上述存在 的问题。
本发明的技术方案为:一种卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协同防治方法,所 述方法包含如下步骤:一、通过现场收集资料和实验室瓦斯基本参数及煤层自 燃氧化性能参数测定,确定煤层瓦斯基础参数和煤层自燃特性参数;二、通过理 论和实验研究,确定不同条件钻孔的自燃氧化机理及CO产生的位置和环境特征 及其发生发展规律;三、现场观测和实验室实验研究相结合,研究原始煤体瓦斯 抽采钻孔周边煤体自燃氧化规律,确定含瓦斯风流条件下原始煤体瓦斯抽采钻孔 周边煤体自然发火特性及不同氧化阶段的特征标志性气体和临界值;四、根据工 作面采空区所测定的温度、CO、CH4和O2以及C2H4浓度大小,进行回归分析,得 出回归方程,根据回归方程数学处理定性定量地分析出工作面采空区遗煤“自燃氧化带”的分布范围以及瓦斯浓度“三带”的分布范围,确定在被保护层卸压瓦 斯抽采条件下的工作面采空区瓦斯与自燃复合灾害区域范围。
所述方法还包含有:五、现场观测和实验室实验研究相结合,确定下保护 层开采区域对应的上被保护层卸压区域抽瓦斯钻孔周边煤体自燃氧化规律,确定 含瓦斯风流条件下上被保护层卸压区域抽瓦斯钻孔周边煤体自然发火特性及不 同氧化阶段的特征标志性气体和临界值。
所述方法还包含有:六、确定上保护层开采区域对应的下被保护层卸压区 域抽瓦斯钻孔周边煤体自燃氧化规律,确定含瓦斯风流条件下下被保护层卸压区 域抽瓦斯钻孔周边煤体自然发火特性及不同氧化阶段的特征标志性气体和临界 值。
所述方法还包含有:七、采用“保护层开采”的“四位一体”区域性消突 措施开采被保护层,通过现场观测及数据回归分析,得出被保护层回采过程中的 瓦斯涌出规律及瓦斯来源分析通过瓦斯基本参数现场实测和实验室瓦斯基本参 数测定,以“被保护层卸压瓦斯抽采”的工作面为背景,掌握被保护煤层的瓦斯 基本赋存状态,对工作面的瓦斯来源进行分析,对瓦斯涌出量进行预测为优化瓦 斯治理技术提供依据。
所述方法还包含有:八、基于“被保护层卸压瓦斯抽采条件下”的工作面 采空区自燃氧化带观测及分布规律研究建立工作面采空区测温和取样观测系统, 观测试验工作面随着工作面的推进采空区温度变化规律、CO、CH4和O2以及其他 气体成分的变化规律。
九、针对试验工作面瓦斯赋存特征,在瓦斯涌出量预测和实测的基础上,通 过数值模拟、现场观测及实验室实验,分析在被保护层卸压瓦斯抽采条件下的工 作面推进过程中工作面通风参数和卸压瓦斯抽采参数对瓦斯涌出及煤自燃的影 响。
本发明的有益效果是:与现有技术相比,采用本发明的技术方案,通过本发 明的技术体系,建立一整套适应于卸压瓦斯抽采过程中卸压煤体自燃规律及其关 键防治技术方法,确保矿井的安全生产。本发明建立起一整套以“保护层卸压瓦 斯抽采”的工作面采空区瓦斯与自燃协同防治关键技术方法体系,在不影响瓦斯 抽采效果的前提下防治不同卸压瓦斯抽采钻孔周围煤体自燃灾害事故的发生,确 保矿井安全生产,安全生产事故率得到了大大的降低。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明作进一步的 详细描述。
实施例1:一种卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协同防治方法,所述方法包含 如下步骤:一、通过现场收集资料和实验室瓦斯基本参数及煤层自燃氧化性能 参数测定,确定煤层瓦斯基础参数和煤层自燃特性参数;二、通过理论和实验研 究,确定不同条件钻孔的自燃氧化机理及CO产生的位置和环境特征及其发生发 展规律;三、现场观测和实验室实验研究相结合,研究原始煤体瓦斯抽采钻孔周 边煤体自燃氧化规律,确定含瓦斯风流条件下原始煤体瓦斯抽采钻孔周边煤体自 然发火特性及不同氧化阶段的特征标志性气体和临界值;四、根据工作面采空区 所测定的温度、CO、CH4和O2以及C2H4浓度大小,进行回归分析,得出回归方程, 根据回归方程数学处理定性定量地分析出工作面采空区遗煤“自燃氧化带”的 分布范围以及瓦斯浓度“三带”的分布范围,确定在被保护层卸压瓦斯抽采条件 下的工作面采空区瓦斯与自燃复合灾害区域范围。
所述方法还包含有:五、现场观测和实验室实验研究相结合,确定下保护 层开采区域对应的上被保护层卸压区域抽瓦斯钻孔周边煤体自燃氧化规律,确定 含瓦斯风流条件下上被保护层卸压区域抽瓦斯钻孔周边煤体自然发火特性及不 同氧化阶段的特征标志性气体和临界值。
所述方法还包含有:六、确定上保护层开采区域对应的下被保护层卸压区 域抽瓦斯钻孔周边煤体自燃氧化规律,确定含瓦斯风流条件下下被保护层卸压区 域抽瓦斯钻孔周边煤体自然发火特性及不同氧化阶段的特征标志性气体和临界 值。
所述方法还包含有:七、采用“保护层开采”的“四位一体”区域性消突 措施开采被保护层,通过现场观测及数据回归分析,得出被保护层回采过程中的 瓦斯涌出规律及瓦斯来源分析通过瓦斯基本参数现场实测和实验室瓦斯基本参 数测定,以“被保护层卸压瓦斯抽采”的工作面为背景,掌握被保护煤层的瓦斯 基本赋存状态,对工作面的瓦斯来源进行分析,对瓦斯涌出量进行预测为优化瓦 斯治理技术提供依据。
所述方法还包含有:八、基于“被保护层卸压瓦斯抽采条件下”的工作面 采空区自燃氧化带观测及分布规律研究建立工作面采空区测温和取样观测系统, 观测试验工作面随着工作面的推进采空区温度变化规律、CO、CH4和O2以及其他 气体成分的变化规律。
九、针对试验工作面瓦斯赋存特征,在瓦斯涌出量预测和实测的基础上,通 过数值模拟、现场观测及实验室实验,分析在被保护层卸压瓦斯抽采条件下的工 作面推进过程中工作面通风参数和卸压瓦斯抽采参数对瓦斯涌出及煤自燃的影 响。
通过理论和实验研究,揭示不同条件钻孔瓦斯抽采过程中抽采负压、煤层卸 压状态及其开采状况和抽采钻孔的封孔技术对自燃火灾的影响。
通过工作面通风参数和卸压瓦斯抽采参数对采空区自然发火的影响规律:
针对试验工作面瓦斯赋存特征,在瓦斯涌出量预测和实测的基础上,通过数 值模拟、现场观测及实验室实验,分析在被保护层卸压瓦斯抽采条件下的工作面 推进过程中工作面通风参数和卸压瓦斯抽采参数对瓦斯涌出及煤自燃的影响:
①研究在被保护层卸压瓦斯抽采条件下的工作面采空区流场和瓦斯浓度场 的分布和变化规律;
②在分析上覆岩层采动裂隙演化与瓦斯储集、运移规律基础上,对顶板覆岩 卸压瓦斯抽放机理和合理区域进行研究,通过实验室试验和数值模拟,确定被保 护层卸压瓦斯抽采的抽采参数和钻孔布置参数对瓦斯场和采空区流场的影响规 律;
③通过实验室试验和数值模拟研究,研究工作面进风巷配风量和配风比对工 作面瓦斯涌出和采空区自燃发火的影响规律;
本项目所展开的含不同瓦斯浓度风流改变煤体自燃氧化特性的研究,就是针 对被保护层卸压瓦斯抽采条件下工作面的通风排瓦斯和卸压瓦斯抽采解决瓦斯 超限和瓦斯积聚问题的同时,“被保护层卸压瓦斯抽采”所引起的含不同瓦斯浓 度漏风流会不会导致抽采瓦斯钻孔周边和破碎浮煤堆积区域的浮煤自燃火灾,以 及自燃火灾会不会引起瓦斯燃烧及瓦斯爆炸等重大灾害的发生;通过研究,掌握 含不同瓦斯浓度风流对煤体自燃氧化过程的作用规律,不仅可有效确定高瓦斯易 燃煤层的瓦斯抽采参数,而且为制定“卸压瓦斯抽采”所引起的漏风流导致抽采 瓦斯钻孔周边和破碎浮煤堆积区域的浮煤自燃火灾防治措施提供理论依据。
①进行煤自燃特性参数实验,测定在含瓦斯的实际氧化条件下自燃标志性 气体,为煤自然发火的早期预测预报提供理论参数依据;
②研究煤在瓦斯参与条件下的自燃发火特点,为确定“卸压瓦斯抽采”工 作面采空区遗煤自燃危险性和合理的自燃防治技术提供依据。
通过研究工作面通风参数和卸压瓦斯抽采参数对采空区自然发火的影响,确 定合理的通风参数和卸压瓦斯抽采参数,在有效治理瓦斯的同时,将其对采空区 自然发火的影响降到最低。确定合理的通风风排瓦斯与卸压钻孔抽采瓦斯的比 例;确定有利于瓦斯和自燃防治的通风进风巷最佳配风比。
在瓦斯有效治理条件下,开展相应的综合防灭火技术研究,主要研究内容包 括:
①被保护层开采煤层工作面采空区遗煤自然发火危险性分析。被保护层开 采的卸压瓦斯抽采钻孔所影响的卸压区域的漏风复杂、遗煤较多,且“自燃氧化 带”的范围大,卸压区域遗煤自然发火的危险性增加。
②被保护层开采煤层工作面采空区自然发火的预测与预报。预测主要通过 煤自燃特性参数测定及自然倾向性分析来确定,预报的手段主要有实时监测预报 系统和人工取样监测分析预报。
③被保护层开采煤层工作面采空区自然发火的预防技术。针对盘江集团的 实际情况,通过工作面通风系统和通风参数的合理优化、工作面采空区增阻调节 技术(上下隅角充填)、均压防灭火技术(可抑制采空区瓦斯涌出)、采空区注氮 惰化技术、以及加快工作面推进速度、减少采空区遗煤等手段来预防煤层自然发 火。
④被保护层开采煤层工作面自燃氧化高温区处理技术。当井下工作面推进 速度缓慢或存有自燃氧化高温区时,则应采取相应的高温区紧急处理技术,包括 高压阻化喷雾技术、灌浆、打钻压注MEA防灭火材料、胶体材料、泡沫防灭火材 料等。
通过本发明的技术体系,建立一整套适应于卸压瓦斯抽采过程中卸压煤体自 燃规律及其关键防治技术方法,确保矿井的安全生产。本发明建立起一整套以“保 护层卸压瓦斯抽采”的工作面采空区瓦斯与自燃协同防治关键技术方法体系,在 不影响瓦斯抽采效果的前提下防治不同卸压瓦斯抽采钻孔周围煤体自燃灾害事 故的发生,确保矿井安全生产,安全生产事故率得到了大大的降低。
本发明未详述之处,均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是, 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发 明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案 进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在 本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协同防治方法,其特征在于:所述方法包含如下步骤:一、通过现场收集资料和实验室瓦斯基本参数及煤层自燃氧化性能参数测定,确定煤层瓦斯基础参数和煤层自燃特性参数;二、通过理论和实验研究,确定不同条件钻孔的自燃氧化机理及CO产生的位置和环境特征及其发生发展规律;三、现场观测和实验室实验研究相结合,研究原始煤体瓦斯抽采钻孔周边煤体自燃氧化规律,确定含瓦斯风流条件下原始煤体瓦斯抽采钻孔周边煤体自然发火特性及不同氧化阶段的特征标志性气体和临界值;四、根据工作面采空区所测定的温度、CO、CH4和O2以及C2H4浓度大小,进行回归分析,得出回归方程,根据回归方程数学处理定性定量地分析出工作面采空区遗煤“自燃氧化带”的分布范围以及瓦斯浓度“三带”的分布范围,确定在被保护层卸压瓦斯抽采条件下的工作面采空区瓦斯与自燃复合灾害区域范围。
2.根据权利要求1所述的卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协同防治方法,其特征在于:所述方法还包含有:五、现场观测和实验室实验研究相结合,确定下保护层开采区域对应的上被保护层卸压区域抽瓦斯钻孔周边煤体自燃氧化规律,确定含瓦斯风流条件下上被保护层卸压区域抽瓦斯钻孔周边煤体自然发火特性及不同氧化阶段的特征标志性气体和临界值。
3.根据权利要求1所述的卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协同防治方法,其特征在于:所述方法还包含有:六、确定上保护层开采区域对应的下被保护层卸压区域抽瓦斯钻孔周边煤体自燃氧化规律,确定含瓦斯风流条件下下被保护层卸压区域抽瓦斯钻孔周边煤体自然发火特性及不同氧化阶段的特征标志性气体和临界值。
4.根据权利要求1所述的卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协同防治方法,其特征在于:所述方法还包含有:七、采用“保护层开采”的“四位一体”区域性消突措施开采被保护层,通过现场观测及数据回归分析,得出被保护层回采过程中的瓦斯涌出规律及瓦斯来源分析通过瓦斯基本参数现场实测和实验室瓦斯基本参数测定,以“被保护层卸压瓦斯抽采”的工作面为背景,掌握被保护煤层的瓦斯基本赋存状态,对工作面的瓦斯来源进行分析,对瓦斯涌出量进行预测为优化瓦斯治理技术提供依据。
5.根据权利要求1所述的卸压瓦斯抽采过程中的瓦斯协同防治方法,其特征在于:所述方法还包含有:八、基于“被保护层卸压瓦斯抽采条件下”的工作面采空区自燃氧化带观测及分布规律研究建立工作面采空区测温和取样观测系统,观测试验工作面随着工作面的推进采空区温度变化规律、CO、CH4和O2以及其他气体成分的变化规律。
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GR01 Patent grant
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