CN113279729B - 一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法，属于采矿技术领域，包括：沿煤体走向钻孔，钻孔完成后退屑；将钻孔封堵材料环绕于注浆管外壁，将注浆管连同钻孔封堵材料一同送入预定封孔深度，待钻孔封堵材料发生膨胀，完成孔口封堵及注浆管的安装；通过注浆管向钻孔中注入水泥砂浆，水泥砂浆在煤体中渗流，渗流半径为R；水泥砂浆与煤体凝结成堵漏墙；沿煤体倾向安装瓦斯抽放管，使瓦斯抽放管穿过堵漏墙，瓦斯抽放管安装到位后封堵瓦斯抽放管的外壁与煤体之间的空隙，抽采瓦斯。本发明能够实现对瓦斯抽采过程中采区煤壁漏风的有效封堵，提升抽采浓度、延长抽采时间，优化抽采系统的同时降低了回采时瓦斯超限的安全隐患，并提高了回采效率。
Description
技术领域
本发明属于采矿技术领域，具体涉及一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法。
背景技术
矿井瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素之一，瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出可能会造成大量人员伤亡和巨大财产损失，通过瓦斯抽采降低矿井瓦斯含量是煤矿安全生产的常用技术手段之一。但是，瓦斯的含量高、吸附性强、压力低、煤层透气性差等原因，导致瓦斯抽采效率低已成为普遍问题。瓦斯抽采效率的提升不仅能降低采掘过程中瓦斯涌出量、防止瓦斯集聚，而且可以利用抽采出的瓦斯，实现变害为利。
为提高瓦斯抽采浓度和抽采效率，目前普遍采用负压抽采，即利用瓦斯抽放泵，使钻孔内的瓦斯压力低于巷道中的大气压，达到抽采的目的。煤体在亿万年的地质运动中，遭受了反复的挤压破坏，内部形成了大量的裂隙，这些裂隙不仅构成了瓦斯流动的通道，也是负压抽采时空气流通的通道。巷道开挖后，其周围的煤体受开采扰动的影响，所受原岩应力发生变化，煤体发生损伤破坏，导致裂隙更加发育，形成松动圈，使煤体渗透率增大。在完成煤巷掘进支护后，巷道围岩内部已经形成了一个较大的松动圈，煤壁打钻后钻孔周围煤壁会形成一个较小的松动圈。负压抽采过程中，巷道中的空气通过两个松动圈漏入钻孔内，现有技术中的负压抽采模式里，采用各种方式封堵钻孔及周边的裂隙(即较小的松动圈)，但漏气现象依然严重，尤其是煤层顺层钻孔抽采，瓦斯浓度通常在30％左右，漏气量远大于瓦斯量。抽采出的低浓度瓦斯不仅降低了瓦斯抽采效率、增加了瓦斯抽采成本，而且由于抽采浓度不达标带来了诸多安全隐患。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高瓦斯抽采效率、降低瓦斯抽采成本的瓦斯抽采方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法，包括：
第一步，钻孔，沿煤体走向钻孔，钻孔完成后退屑；
第二步，插管封孔，退屑完成后将钻孔封堵材料环绕于注浆管外壁，将注浆管连同钻孔封堵材料一同送入预定封孔深度，待钻孔封堵材料发生膨胀，完成孔口封堵及注浆管的安装；
第三步，注浆，通过注浆管向钻孔中注入水泥砂浆，水泥砂浆在煤体中渗流，渗流半径为R；
第四步，凝结，水泥砂浆与煤体凝结成堵漏墙，堵漏墙的顶端连接煤顶层，堵漏墙的底端连接煤底板；
第五步，抽采瓦斯，沿煤体倾向安装瓦斯抽放管，使瓦斯抽放管穿过堵漏墙，瓦斯抽放管安装到位后封堵瓦斯抽放管的外壁与煤体之间的空隙，抽采瓦斯。
进一步的，所述第一步中，根据煤层厚度H、钻孔中浆液最大极限渗流半径RMAX以及是否具有软分层选择钻孔数量为单孔、等位双孔或等位多孔：
当H小于2RMAX且无软分层时，钻孔数量为单孔；当H大于2RMAX或出现软分层时，钻孔数量为等位双孔或等位多孔；当H＝2RMAX且未出现软分层时，钻孔数量可选择单孔、等位双孔或等位多孔中的任一种。
进一步的，所述第一步，钻孔过程中的角度为仰角。
进一步的，所述第四步中，通过调整预设的注浆压力和调整注入的水泥砂浆的水灰比，调整各钻孔中的水泥砂浆的渗流半径R。
进一步的，所述第一步中，钻孔轴线距煤巷壁面的距离为L，L≥(2.5R+5)。
进一步的，所述第二步中，封孔深度L’≥5m。
进一步的，所述第四步中，通过注浆泵向注浆管中注入水泥砂浆，所述注浆泵上设置有注液压力表。
进一步的，所述第四步中，控制注浆过程中的注浆压力≤4.0MPa。
进一步的，所述第二步，钻孔封堵材料采用袋装聚氨酯或者膨胀式封孔器。
进一步的，所述第二步，在将钻孔封堵材料环绕于注浆管外壁之前，在注浆管上套设钻孔封堵挡板，钻孔封堵挡板用于在注浆管的轴向上对钻孔封堵材料进行挡止限位。
有益效果：
1)对煤体中的裂隙填堵水泥砂浆，水泥砂浆与煤体凝结之后形成一种气密性良好的堵漏墙体，避免巷道中的空气通过松动圈漏入钻孔内，实现对瓦斯抽采过程中采区煤壁漏风的有效封堵，提升抽采浓度、延长抽采时间，优化抽采系统的同时降低了回采时瓦斯超限的安全隐患，并提高了回采效率。另外能够解决现有区域防突措施中煤体漏风导致瓦斯抽采浓度低的问题。
2)采用注浆泵注入水泥砂浆，使水泥砂浆带压自然渗透至煤体裂隙当中，在煤体内形成具有针对性的堵漏墙，使煤壁漏风致瓦斯抽采浓度低的现象得以改善，与以往矿用喷涂堵漏的方法相比，本发明所形成的堵漏墙区域范围更广、密闭效果更佳，且施工工艺简单，成本较低。
3)根据煤体厚度与特性差异，设计不同的钻孔数量，能够进一步的保证堵漏墙的堵漏效果，并且降低施工难度。
4)钻孔的角度为仰角，便于钻孔后的退屑。
5)通过调整预设的注浆压力和调整注入的水泥砂浆的水灰比，调整各钻孔中的水泥砂浆的渗流半径R，能够更好地与煤体的实际情况进行匹配，进一步的保证堵漏墙的堵漏效果。
6)钻孔轴线距煤巷壁面的距离不小于(2.5R+5)，避免注入的水泥砂浆从煤壁溢出。
7)封孔深度L’≥5m，避免巷道中的空气通过钻孔的孔口漏入钻孔内，进一步保证了抽采浓度和抽采效率。
8)在注浆泵上安装注液压力表实时监测并记录注浆压力，能够保证注浆效果。
9)钻孔封堵材料采用环形袋装聚氨酯或者膨胀式封孔器，施工方便，效率高工期短。
10)钻孔封堵挡板的设置，利于钻孔封堵材料保持预设形状。
附图说明
图1是本发明的一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法的平面示意图；
图2是图1的A-A剖面图；
图3是图1的B-B剖面图(钻孔为单孔)；
图4是图1的B-B剖面图(钻孔为等位双孔且两孔中水泥砂浆的渗流半径R等大)；
图5是图1的B-B剖面图(钻孔为等位双孔且两孔中水泥砂浆的渗流半径R不同形成大小孔)。
图中：1—千米钻机系统；2—注浆孔；3—钻孔封堵挡板；4—钻孔封堵材料；5—注浆管；6—注浆管接口；7—三通阀；8—注浆泵；9—注液压力表；10—水泥砂浆；11—盘区巷道；12—钻孔面；13—瓦斯抽放管；14—抽放管封堵材料；15—安全扩散区域；16—松动圈破碎区域；17—煤巷；18—软分层。
具体实施方式
下面将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的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例来详细说明本发明。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。
本发明可通过千米钻机系统1沿煤体走向进行打钻孔、退钻、封孔、注液(注入水泥砂浆)，其中水泥砂浆的组分包括水泥、水和细骨料。水泥砂浆凝结之后与煤体形成堵漏墙，然后利用进风顺槽内的瓦斯抽放系统沿煤体倾向穿过堵漏墙进行抽采瓦斯，实现瓦斯抽采浓度的有效提高。提升了抽采浓度、延长抽采时间，优化抽采系统的同时降低了回采时瓦斯超限的安全隐患，并提高了回采效率。
一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法的具体实施例，包括以下步骤：
如图1和图2所示，第一步，钻孔，通过千米钻机系统1沿煤体走向进行钻孔，钻孔长度可根据现场实际情况自由调整：主要依据现场的煤层条件，例如，出现断层时就需中断钻孔，或者，在高冒区处应力较大的地方容易出现吸钻也需中断钻孔等。由于钻孔面12(盘区巷道11的壁面)为水泥喷浆面，故无需考虑松动圈破碎区可能导致漏液的情况发生。
如图3、图4和图5所示，根据煤层厚度H、浆液最大极限渗流半径RMAX以及是否具有软分层18选择钻孔数量为单孔、等位双孔或等位多孔，当H小于2RMAX且无软分层时，钻孔数量为单孔；当H大于2RMAX或出现软分层时，钻孔数量为等位双孔或等位多孔；其中浆液最大极限渗流半径RMAX指的是：在允许的最大注浆压力下，能够使足够稀的水泥砂浆通过煤体内部裂隙渗流的最远距离(保证与煤体凝结形成符合要求的堵漏墙的前提下)，当H＝2RMAX且未出现软分层时，钻孔数量可选择单孔、等位双孔或等位多孔中的任一种。
钻孔完成后退屑，钻孔的角度为仰角，便于钻孔后的退屑，以及便于注入水泥砂浆。如图3所示，钻孔轴线距煤巷17壁面的距离为L，为保障注入的水泥砂浆10不会从煤壁溢出，孔位设计需考虑松动圈破碎区域16与水泥砂浆10的扩散范围，水泥砂浆10的渗流半径为R，松动圈破碎区域16半径为3m-5m。为防止水泥砂浆10外渗，以孔位为圆心，需留1.5R的安全扩散区域15以保证注入的水泥砂浆10不会外渗，因此钻孔轴线距煤壁的距离L≥(1.5R+R+5)m，即L≥(2.5R+5)。
第二步，插管封孔，退屑完成后在注浆管5上套设钻孔封堵挡板3，将钻孔封堵材料4环绕于注浆管5外壁，将注浆管5连同钻孔封堵材料4和钻孔封堵挡板3一同送入预定封孔深度，待钻孔封堵材料4发生膨胀，完成孔口封堵及注浆管5的安装；钻孔封堵挡板3的作用是在注浆5管的轴向上对钻孔封堵材料4进行挡止限位。封孔深度L’≥5m(即要求封孔深度涵盖松动圈破碎区)，钻孔封堵材料4为袋装聚氨酯或膨胀式封孔器，根据实际情况择一使用。
第三步，注浆，通过注浆管5和注浆泵8向钻孔中注入提前准备好的水泥砂浆10，在注浆管接口6安装注液压力表9实时监测并记录注浆压力：注浆管接口6设置有三通阀7，三通阀7的另外两端分别连接注液压力表9和注浆泵8。根据现场注浆效果调整注浆压力，并控制注浆压力≤4.0MPa。水泥砂浆10带压自然渗透至煤体可见孔及裂隙，甚至大孔、中孔、小孔、微孔裂隙中，并且使其渗流至煤层的顶、底板。
如图5所示，为规避煤层中夹矸层、软分层18等对水泥砂浆10扩散的阻碍，通过调整预设的注浆压力和调整注入的水泥砂浆10的水灰比，调整各钻孔中的水泥砂浆10的渗流半径R，当钻孔数量为等位双孔或等位多孔时，可以使等位双孔、等位多孔形成小大孔，具体见图5。
第四步，凝结，水泥砂浆10与煤体凝结成堵漏墙，堵漏墙上接煤顶层、下接煤底板。
第五步，抽采瓦斯，利用进风顺槽和回风顺槽中放置的瓦斯抽放系统，沿煤体倾向穿过堵漏墙进行抽采瓦斯：沿煤体倾向安装瓦斯抽放管13，使瓦斯抽放管13垂直穿过堵漏墙，瓦斯抽放管13安装到位后使用抽放管封堵材料14，封堵瓦斯抽放管的外壁与煤体之间的空隙抽采瓦斯，抽放管封堵材料14采用水泥砂浆。
综上，本发明相比现有技术具有以下技术效果：
1)对煤体中的裂隙填堵水泥砂浆，水泥砂浆与煤体凝结之后形成一种气密性良好的堵漏墙体，避免巷道中的空气通过松动圈漏入钻孔内，实现对瓦斯抽采过程中采区煤壁漏风的有效封堵，提升抽采浓度、延长抽采时间，优化抽采系统的同时降低了回采时瓦斯超限的安全隐患，并提高了回采效率。另外能够解决现有区域防突措施中煤体漏风导致瓦斯抽采浓度低的问题。
2)采用注浆泵注入水泥砂浆，使水泥砂浆带压自然渗透至煤体裂隙当中，在煤体内形成具有针对性的堵漏墙，使煤壁漏风致瓦斯抽采浓度低的现象得以改善，与以往矿用喷涂堵漏的方法相比，本发明所形成的堵漏墙区域范围更广、密闭效果更佳，且施工工艺简单，成本较低。
3)根据煤体厚度与特性差异，设计不同的钻孔数量，能够进一步的保证堵漏墙的堵漏效果，并且降低施工难度。
4)钻孔的角度为仰角，便于钻孔后的退屑。
5)通过调整预设的注浆压力和调整注入的水泥砂浆的水灰比，调整各钻孔中的水泥砂浆的渗流半径R，能够更好地与煤体的实际情况进行匹配，进一步的保证堵漏墙的堵漏效果。
6)钻孔轴线距煤巷壁面的距离不小于(2.5R+5)，避免注入的水泥砂浆从煤壁溢出。
7)封孔深度L’≥5m，避免巷道中的空气通过钻孔的孔口漏入钻孔内，进一步保证了抽采浓度和抽采效率。
8)在注浆泵上安装注液压力表实时监测并记录注浆压力，能够保证注浆效果。
9)钻孔封堵材料采用环形袋装聚氨酯或者膨胀式封孔器，施工方便，效率高工期短。
10)钻孔封堵挡板的设置，利于钻孔封堵材料保持预设形状。
本发明的方法能够在煤体内形成具有针对性、阶段性的堵漏墙，使煤壁漏风致瓦斯抽采浓度低的现象得以改善。与以往矿用喷涂堵漏风的方法相比，本发明所形成的堵漏墙区域范围更广、密闭效果更佳，且施工工艺简单。
以上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，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法，其特征在于：包括：
第一步，钻孔，沿煤体走向钻孔，钻孔完成后退屑；
第二步，插管封孔，退屑完成后将钻孔封堵材料环绕于注浆管外壁，将注浆管连同钻孔封堵材料一同送入预定封孔深度，待钻孔封堵材料发生膨胀，完成孔口封堵及注浆管的安装；
第三步，注浆，通过注浆管向钻孔中注入水泥砂浆，使水泥砂浆带压自然渗透至煤体裂隙当中，
通过调整预设的注浆压力和调整注入的水泥砂浆的水灰比，调整各钻孔中的水泥砂浆的渗流半径R；
第四步，凝结，
水泥砂浆与煤体凝结成堵漏墙，堵漏墙的顶端连接煤顶层，堵漏墙的底端连接煤底板；
第五步，抽采瓦斯，沿煤体倾向安装瓦斯抽放管，使瓦斯抽放管穿过堵漏墙，瓦斯抽放管安装到位后封堵瓦斯抽放管的外壁与煤体之间的空隙，抽采瓦斯。
2.根据权利要求1所述的一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法，其特征在于：所述第一步中，根据煤层厚度H、钻孔中浆液最大极限渗流半径RMAX以及是否具有软分层选择钻孔数量为单孔、等位双孔或等位多孔：
当H小于2RMAX且无软分层时，钻孔数量为单孔；当H大于2RMAX或出现软分层时，钻孔数量为等位双孔或等位多孔；当H＝2RMAX且未出现软分层时，钻孔数量可选择单孔、等位双孔或等位多孔中的任一种。
3.根据权利要求2所述的一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法，其特征在于：所述第一步，钻孔过程中的角度为仰角。
4.根据权利要求2所述的一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法，其特征在于：所述第一步中，钻孔轴线距煤巷壁面的距离为L，L≥（2.5R+5）。
5.根据权利要求1所述的一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法，其特征在于：所述第二步中，封孔深度L’≥5m。
6.根据权利要求1所述的一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法，其特征在于：所述第三步中，通过注浆泵向注浆管中注入水泥砂浆，所述注浆泵上设置有注液压力表。
7.根据权利要求1所述的一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法，其特征在于：所述第三步中，控制注浆过程中的注浆压力≤4.0MPa。
8.根据权利要求1所述的一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法，其特征在于：所述第二步，钻孔封堵材料采用袋装聚氨酯或者膨胀式封孔器。
9.根据权利要求1所述的一种堵漏提浓的瓦斯抽采方法，其特征在于：
所述第二步，在将钻孔封堵材料环绕于注浆管外壁之前，在注浆管上套设钻孔封堵挡板，钻孔封堵挡板用于在注浆管的轴向上对钻孔封堵材料进行挡止限位。
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