CN112012786B - 一种低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法 - Google Patents

一种低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法，其通过设置多个自上而下排列的抽注孔，并依次间隔的从最低的注入孔处注入置换气体，从相邻的注检孔处检测置换气体浓度值，置换气体浓度值达标后，封堵下方注入孔，并上跳重复注入置换气体、检测置换气体浓度和封堵抽注孔的步骤，直至在最高处的抽检孔检测氧气和甲烷的浓度，若检测甲烷浓度或氧气浓度不超过相对应的预设目标浓度阈值，封堵住余下的所有注检孔、抽检孔，从而使得采空区内的瓦斯气体循序渐进的被置换掉，提高了矿井下作业的安全性。

Description

一种低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法
技术领域
本发明涉及煤矿安全技术领域，特别涉及一种低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法。
背景技术
随着煤矿开采深度不断增加，出现了大量富含瓦斯的采煤工作面，使大量浅部非瓦斯矿井变成了瓦斯矿井。瓦斯矿井的采煤工作面含有大量瓦斯，即使完成安全回采后，采空区内也会遗留大量瓦斯。目前普遍采用小煤柱护巷布置工作面巷道存在采空区瓦斯泄漏的风险，在气压差的作用下采空区瓦斯沿煤柱裂隙向工作面巷道涌出造成瓦斯增大，影响煤矿安全生产。惰性气体置换采空区瓦斯的方法可以从根本上解决这一问题，将采空区中的瓦斯气体置换为安全稳定的惰性气体有利于控制下区段工作面的瓦斯，确保了矿井安全生产，因此，亟需一项采空区瓦斯置换技术解决采空区瓦斯沿小煤柱裂隙涌出问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提出一种低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法，使得采空区内遗留的大量瓦斯被安全的置换掉，提高矿井施工的安全性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
(1)、在目标采空区的相邻巷道内朝所述目标采空区内开设多个连通至所述采空区内部的抽注孔，所述抽注孔自所述目标采空区的最低处排布至最高处,所述抽注孔包括最低处的注入孔、最高处的抽检孔以及位于所述注入孔和所述抽检孔之间的注检孔；
(2)、自所述注入孔处朝所述目标采空区内注入预设置换气体，自所述抽检孔处不间断的抽离瓦斯，在相邻且高于所述注入孔的第一注检孔处检测所述置换气体的浓度值；
(3)、若所述第一注检孔处检测到所述置换气体的浓度值不小于预设浓度阈值，停止自所述注入孔处注入所述置换气体，并将所述注入孔封堵住；
(4)、自所述第一注检孔处朝所述目标采空区内注入所述置换气体，在相邻且高于所述第一注检孔的第二注检孔处检测所述置换气体的浓度值；
(5)、延续步骤(3)和步骤(4)的动作，直至检测所述置换气体的所述注检孔与所述抽检孔齐平；
(6)、若检测所述置换气体的所述检测孔与所述抽检孔齐平，自所述抽检孔处检测甲烷浓度或氧气浓度是否不超过相对应的预设目标浓度阈值；
(7)、若自所述抽检孔处检测甲烷浓度或氧气浓度不超过相对应的预设目标浓度阈值，停止注入所述目标置换气体，并封堵住余下的所有抽注孔。
本发明实施例通过设置多个自上而下排列的抽注孔，并依次间隔的从最低的注入孔处注入置换气体，从相邻的注检孔处检测置换气体浓度值，置换气体浓度值达标后，封堵下方注入孔，并上跳重复注入置换气体、检测置换气体浓度和封堵注入孔的步骤，直至在最高处的抽检孔检测氧气和甲烷的浓度，若检测甲烷浓度或氧气浓度不超过相对应的预设目标浓度阈值，封堵住余下的所有抽注孔，从而使得采空区内的瓦斯气体循序渐进的被置换掉，提高了矿井下作业的安全性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所述的一种低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法的流程框图；
图3为本发明实施例所述的一种低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法的抽注孔开设位置示意图。
附图标记说明：
1—注入孔；2—抽检孔；3—注检孔；4—已封堵的注入孔；5—已封堵的注检孔；6—煤柱；7—喷涂材料；8—采空区；9—巷道；10—已封堵的抽检孔。
具体实施方式
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
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。
参见图1，为本发明提供的一种低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法的流程示意图，图2为低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法的流程框图，该低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法包括以下步骤S101-S107：
步骤S101：在目标采空区的相邻巷道内朝所述目标采空区内开设多个连通至所述采空区内部的抽注孔，所述抽注孔自所述目标采空区的最低处排布至最高处,所述抽注孔包括最低处的注入孔、最高处的抽检孔以及位于所述注入孔和所述抽检孔之间的注检孔。
步骤S102：自所述注入孔处朝所述目标采空区内注入预设置换气体，自所述抽检孔处不间断的抽离瓦斯，在相邻且高于所述注入孔的第一注检孔处检测所述置换气体的浓度值。
步骤S103：若所述第一注检孔处检测到所述置换气体的浓度值不小于预设浓度阈值，停止自所述注入孔处注入所述置换气体，并将所述注入孔封堵住。
步骤S104：自所述第一注检孔处朝所述目标采空区内注入所述置换气体，在相邻且高于所述第一注检孔的第二注检孔处检测所述置换气体的浓度值；
步骤S105：延续步骤(3)和步骤(4)的动作，直至检测所述置换气体的所述注检孔与所述抽检孔齐平。
步骤S106：若检测所述置换气体的所述检测孔与所述抽检孔齐平，自所述抽检孔处检测甲烷浓度或氧气浓度是否不超过相对应的预设目标浓度阈值。
步骤S107：若自所述抽检孔处检测甲烷浓度或氧气浓度不超过相对应的预设目标浓度阈值，停止注入所述目标置换气体，并封堵住余下的所有抽注孔。
具体地，通过设置多个自上而下排列的抽注孔，并依次间隔的从最低的注入孔处注入置换气体，从相邻的注检孔处检测置换气体浓度值，置换气体浓度值达标后，封堵下方注入孔，并上跳重复注入置换气体、检测置换气体浓度和封堵注入孔的步骤，直至在最高处的抽检孔检测氧气和甲烷的浓度，若检测甲烷浓度或氧气浓度不超过相对应的预设目标浓度阈值，封堵住余下的所有抽注孔，从而使得采空区内的瓦斯气体循序渐进的被置换掉，提高了矿井下作业的安全性。
在一实施例中，所述抽注孔为开设于所述采空区最低点、最高点和中部预定高度处的三个钻孔，并自每个钻孔处敷设管路至所述采空区横向中部。
在一实施例中，所述注入孔处朝所述目标采空区内注入的预设置换气体为二氧化碳，当在中部预定高度处的所述注检孔处检测到二氧化碳浓度值不小于预定浓度阈值时，停止注入二氧化碳并使用水泥浆封堵住所述注入孔。
在一实施例中，当所述注入孔封堵完成后，自中部预定高度处的所述注检孔处注入的所述置换气体为氮气，当在所述抽检孔处检测到甲烷浓度值或氧气浓度值不超过相对应的预设目标浓度阈值，停止注入氮气，并用水泥浆封堵住所述抽检孔和所述注检孔。
在一实施例中，所述二氧化碳的浓度阈值为60％，所述氮气和所述氧气的预设模板浓度阈值为5％和2％。
在一实施例中，三个所述钻孔的直径为105mm，所述管路的直径为100mm。
以三个抽注孔的具体实施例为例：
参见图3，为气体置换过程中的三个状态示意图，在全密闭的低瓦斯工作面采空区进行惰性气体置换，包括以下几个步骤：
(1)在相邻工作面巷道9中采空区8最低点、最高点和采空区高度例如30％处开设三个直径例如105mm的钻孔(即为最低点注入孔1、最高点抽检孔2和中部注检孔3)，并敷设例如φ100mm的管路至采空区横向中部。
(2)从采空区最低点注入孔1注入二氧化碳，同时在最高点抽检孔2处抽放瓦斯，当在中部的注检孔3处检测到CO2浓度大于预设浓度阈值(例如60％)时，停止注入二氧化碳并使用水泥浆封堵最低点注入孔1，注入孔1变为如图3中附图(2)的已封堵的注入孔4。5—已封堵的注检孔；6—煤柱；7—喷涂材料；8—采空区；9—巷道；10—已封堵的抽检孔
(3)注入孔1封堵完成后，在中部注检孔3注入高浓度氮气，同时在最高点抽检孔2抽放瓦斯，当抽检孔2检测到CH4浓度低于5％或O2浓度低于2％时，停止注入氮气并使用水泥浆封堵最高点抽检孔2和中部注检孔3，如图3中附图(3)的已封堵的注检孔5和已封堵的抽检孔。
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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法，其特征在于，包括：
（1）、在目标采空区的相邻巷道内朝所述目标采空区内开设多个连通至所述采空区内部的抽注孔，所述抽注孔自所述目标采空区的最低处排布至最高处,所述抽注孔包括最低处的注入孔、最高处的抽检孔以及位于所述注入孔和所述抽检孔之间的注检孔；
（2）、自所述注入孔处朝所述目标采空区内注入预设置换气体，所述置换气体为氮气或二氧化碳，自所述抽检孔处不间断的抽离瓦斯，在相邻且高于所述注入孔的第一注检孔处检测所述置换气体的浓度值；
（3）、若所述第一注检孔处检测到所述置换气体的浓度值不小于预设浓度阈值，停止自所述注入孔处注入所述置换气体，并将所述注入孔封堵住；
（4）、自所述第一注检孔处朝所述目标采空区内注入所述置换气体，在相邻且高于所述第一注检孔的第二注检孔处检测所述置换气体的浓度值；
（5）、延续步骤（3）和步骤（4）的动作，直至检测所述置换气体的所述注检孔与所述抽检孔齐平；
（6）、若检测所述置换气体的所述注检孔与所述抽检孔齐平，自所述抽检孔处检测甲烷浓度或氧气浓度是否不超过相对应的预设目标浓度阈值；
（7）、若自所述抽检孔处检测甲烷浓度或氧气浓度不超过相对应的预设目标浓度阈值，停止注入所述置换气体，并封堵住余下的所有抽注孔。
2.根据权利要求 1 所述的低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法，
其特征在于，所述抽注孔为开设于所述采空区最低点、最高点和中部预定高度处的三个钻孔，并自每个钻孔处敷设管路至所述采空区横向中部。
3.根据权利要求 2 所述的低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法，
其特征在于，所述注入孔处朝所述目标采空区内注入的预设置换气体为二氧化碳，当在中部预定高度处的所述注检孔处检测到二氧化碳浓度值不小于预定浓度阈值时，停止注入二氧化碳并使用水泥浆封堵住所述注入孔。
4.根据权利要求 3 所述的低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法，
其特征在于，当所述注入孔封堵完成后，自中部预定高度处的所述注检孔处注入的所述置换气体为氮气，当在所述抽检孔处检测到甲烷浓度值或氧气浓度值不超过相对应的预设目标浓度阈值，停止注入氮气，并用水泥浆封堵住所述抽检孔和所述注检孔。
5.根据权利要求 4 所述的低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法，
其特征在于，所述二氧化碳的浓度阈值为 60%，所述甲烷和所述氧气的预设目标浓度阈值为 5%和 2%。
6.根据权利要求 3 所述的低瓦斯工作面采空区全密闭惰性气体置换方法，
其特征在于，三个所述钻孔的直径为 105mm，所述管路的直径为 100mm。
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