CN113803104B - 上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，在上部首煤层开采前将两根抽采干管沿进、回风巷铺设，采煤开始后维护进、回风巷道形成沿空巷道，在沿空巷道分别将两根抽采干管的抽采支管铺设延伸至采空区“O”型圈范围内并沿工作面推进方向交错布置直到工作面结束，利用抽采支管抽采本煤层采空区瓦斯，利用预抽钻孔内抽采管对下部多水平煤层采前瓦斯进行预抽，利用位于地面的电子阀智能实时调控台综合控制上部首煤层采动采空区、下部多煤层以及采后形成的多水平采空区瓦斯的全周期抽采工艺。该发明能够实现多水平煤层的首煤层采动采空区瓦斯、下部多煤层瓦斯以及多煤层开挖后形成的复合采空区瓦斯的全周期一体化协同抽采。
Description
技术领域
本发明涉及一种上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，适用于多水平煤层及采空区瓦斯的统一抽采。
背景技术
煤炭是我国重要的自然资源之一，由于地层的形成使得煤层也经常以多个水平的形式出现，而我国有很大一部分的煤矿矿井瓦斯含量较高，所以这些矿井在开采时以及采煤工作结束后都需要对瓦斯进行及时抽采防治。多个煤层同时存在的情况下，一般是先对上部煤层进行开采，开采形成的上采空区内部遗煤和煤柱释放的甲烷气体不仅影响后续下部煤层的开采安全，而且如果本层采空区瓦斯泄露也会对人们的生活生产造成很大的威胁。瓦斯除了是一种有害气体外，它同时还是一种清洁能源，可用于汽车燃气、居民生活用气和用作发电等，所以对瓦斯做好抽采利用会有很好的经济效益和环境效益。
目前，我国抽采采空区残留瓦斯以及下部多煤层瓦斯普遍使用的方法是直接在采空区上方进行地面施工钻井至废弃采空区内或者钻孔穿过采空区煤柱到达下部煤层进行瓦斯抽采，例如中国专利CN104989339A一种老空区抽采煤层气的系统及方法；中国专利CN106089290A一种协同抽采刀柱式老空区及下煤层煤层气的方法等，上述方法均为竖井抽采多个老空区瓦斯做出了重要的探索与实践。但是上述方法不能解决多水平煤层从采前到采后全周期性的瓦斯灾害防治问题，且由于老空区形成的时间较长，其地质情况可能较为复杂，钻井施工可能存在一定的安全隐患。
针对上述问题，本发明在煤矿开采前就将瓦斯抽采干管利用进、回风巷的便利铺设进去，在地质条件清楚、稳定的情况下，随着工作面的推进逐一布管、钻孔，这样一体化的布置在对本煤层做到瓦斯防治的同时，可以在上部煤层开采完成后，对下部多水平煤层开采前进行瓦斯预抽采，且采煤结束之后形成的多水平采空区依然可以利用本发明的管道系统进行瓦斯抽采，从而做到多水平煤层瓦斯的全周期性抽采，内置的瓦斯浓度、压力传感器的电子阀门将相应区域的瓦斯数据显示到位于地面的电子阀智能实时调控台进行瓦斯状态分析，并结合矿上的实际需求统一控制瓦斯抽采，可操控性高、高效节能、安全可靠，提高了瓦斯抽采的安全性和有效性。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法。
本发明的目的是从抽采煤层气资源最大化的同时，考虑经济成本以及从安全开采的角度出发，提出了一种上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，该方法适用于同时存在两层以及两层以上的多水平煤层情况，实现了对多水平煤层从上到下依次进行开采过程中的全周期瓦斯抽采。本发明有效解决了多水平煤层及采空区的瓦斯灾害和现有煤层气资源弃采造成的大量资源浪费，而且对下部煤层开采的安全性提供了一定的保障。
本发明提供了一种上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，在上部首煤层开采前将两根抽采干管沿进、回风巷铺设，采煤开始后维护进、回风巷道形成沿空巷道，在沿空巷道内分别将两根抽采干管的抽采支管铺设延伸至采空区“O”型圈范围内并沿工作面推进方向每隔30米交错布置直到工作面结束，抽采支管使用三通连接到抽采干管，三通另一端设置配套下水平多煤层预抽钻孔的瓦斯抽采管，三通的两个支路都安装止回阀和可控电子阀；利用抽采支管抽采本煤层采空区瓦斯，利用预抽钻孔对下部多水平煤层采前瓦斯进行预抽，利用位于地面的电子阀智能实时调控台综合控制上部采空区、下部多煤层以及采后形成的多水平采空区瓦斯的全周期抽采工艺，安全有序地抽采瓦斯。
上述方法主要包括以下步骤：
（1）首煤层采煤工作面开采前，首先沿着采煤工作面的进风巷和回风巷分别铺设一条直径为80-160mm的瓦斯抽采干管，将进风巷和回风巷铺设的抽采干管引出并连接至矿井瓦斯抽采总干路；抽采干管铺设高度距地面300-400mm，距进、回风巷道墙壁100-200mm以上。
（2）煤层开挖后随着工作面的推进对进、回风巷道进行维护形成沿空巷道防止坍塌；回采工作面每推进60m则在沿空巷道分别由进风巷、回风巷铺设的两根抽采干管向本煤层采空区“O”型圈高瓦斯区内各依次交错铺设一根直径为50-80mm的抽采支管，两边抽采支管布置的水平间距都为30m，所有抽采支管都以此方式布置直至采煤工作面结束；
所有抽采支管顶端与三通连接处均安装止回阀防止瓦斯倒吸；抽采支管末端抽采口均设置金属防护网罩以起到防尘和防止采空区再次垮落破坏管道的作用，所有抽采支管与三通之间均安装弯头，抽采支管倾斜插入采空区内，抽采支管与水平方向的夹角为20°-60°，抽采支管口末端高度为本煤层的煤层厚度，抽采支管口末端位于“O”型圈高瓦斯区范围内。
（3）每根抽采支管都运用三通与抽采干管连接，三通的另一端分支与下部煤层预抽钻孔配套的瓦斯抽采管相连；由抽采支管顶端三通位置向下部计划开采的多水平煤层的掘进巷道方向施工直径为60-120mm的钻孔，由钻孔位置下放套管至首煤层下部最邻近煤层的掘进巷道上方以稳定钻孔，向钻孔内插入筛孔直径为1-3mm、管径为60-90mm的抽采管，抽采管的多个筛孔段分别位于下方各煤层位置处的采高范围内，运用水泥砂浆将抽采管与钻孔孔口连接处进行密封处理；
将所有安装到抽采干管的三通的两个支路先用密封盖进行密封处理，随着工作面的推进逐个拆开密封端口，再将三通的两个支路分别与本煤层抽采支管和下部抽采管进行连接，施工期间关闭抽采干管总阀门；
（4）将上部抽采支管和下部抽采管均安装止回阀和内置瓦斯浓度、压力传感器的电子阀门后，再分别连接到三通的两端，电源引入线选用直径8-12mm的橡胶电缆，拧紧接线口的压紧螺母，使密封圈、电缆线与进线口内壁不存在间隙，接线牢固可靠并令电子阀门接地以保证防爆性能；所有电子阀门均与位于地面的电子阀智能实时调控台连接；当计划开采煤层为n层时，所有安装至首层煤采空区三通上部抽采支管的电子阀门统称为第一电子阀门，安装于三通下部抽采管的为第二电子阀门；所有安装至第二层煤采空区抽采支管的电子阀门统称为第三电子阀门；所有安装至第三层煤采空区抽采支管的电子阀门统称为第四电子阀门……所有安装至第n层煤采空区抽采支管的电子阀门统称为第n+1电子阀门；
（5）采煤工作面每推进60m，对进风巷和回风巷进行一次密封。本煤层采煤工作结束、管道布置完成后，将进风巷和回风巷的抽采干管引出至瓦斯抽采总干路，然后使用河砂或黏土对进风巷和回风巷进行永久性密封。
（6）运用位于地面的电子阀智能实时调控台远程控制全周期瓦斯抽采，具体抽采及施工步骤如下：
①在首层煤开采过程中，利用电子阀门内置的瓦斯浓度、压力传感器监测本煤层已安装好抽采装置的采空区区域，当瓦斯浓度≥25%时由电子阀智能实时调控台智能控制开启所有对应区域的第一电子阀门，并保持所有第二电子阀门关闭，对开采过程中本煤层采空区高浓度瓦斯区域进行抽采；本煤层开采结束且对采空区密闭后，使用电子阀门内置的瓦斯浓度、压力传感器监测本煤层采空区所有布置了抽采装置区域的瓦斯浓度和气体压力，当电子阀门总控制台读数显示瓦斯浓度≥25%、气体压力为正压时智能控制开启对应区域的第一电子阀门，此时保持所有第二电子阀门关闭，仅抽采本煤层采空区瓦斯；
②在开采下部煤层前，当首层采空区第一电子阀门内置的瓦斯浓度传感器读数在电子阀智能实时调控台显示瓦斯浓度低于25%时关闭对应区域的第一电子阀门，打开第二电子阀门对下部所有煤层瓦斯进行第一阶段预抽采，当下部煤层瓦斯压力传感器示数为零时由电子阀智能实时调控台控制该位置处第二电子阀门关闭并停止抽采，其余瓦斯压力传感器示数不为零的由该位置处的下部抽采管继续抽采，直至所有压力传感器示数均为零时由电子阀智能实时调控台控制关闭所有第二电子阀门，停止下部所有煤层瓦斯的第一阶段预抽采；
③下部所有煤层第一阶段预抽采结束后，保持所有第一电子阀门关闭，打开所有第二电子阀门，由抽采干管向钻孔中的下部抽采管内注入6-12MPa高压氮气并通过钻孔内抽采管筛孔对下部所有煤层进行增透压裂，压裂时间为2-4d，增透结束后关闭所有第二电子阀门，待监测到下方煤层瓦斯浓度大于等于25%后打开对应区域的第二电子阀门开始下部所有煤层瓦斯第二阶段预抽采，待监测到下方煤层瓦斯浓度小于25%时停止抽采；
④首层煤下方第一层煤（即自上而下第二层煤）开始掘进进风巷、回风巷时，持续使用第二电子阀门内置的瓦斯浓度、压力传感器监测瓦斯浓度与气体压力，当瓦斯浓度大于等于25%且为正压时由电子阀智能实时调控台智能控制开启对应区域第二电子阀门对第二层煤层瓦斯进行抽采，浓度小于25%后关闭该区域第二电子阀门停止抽采；
⑤第二层煤掘进开始后，该层位掘进巷道内的抽采管将不可避免发生破断，因此当第二层采场掘进巷道推进完成后，运用三通和相同管径抽采管将第一层煤和第三层煤之间所对应的被破断的抽采管重新连接起来并保证气密性，三通的另一端设置第二层煤采空区抽采支管，管径为20-50mm，在连接抽采支管前先用密封盖对三通这一支路进行密封处理；煤层开挖后对进、回风巷道进行维护形成沿空巷道防止坍塌，随着第二层煤回采工作面推进，逐个打开三通密封盖端口并连接上第二层煤采空区抽采支管，二者连接处均安装止回阀和连接到地面电子阀智能实时调控台的第三电子阀门，工作面每推进60m，则将抽采支管由两边沿空巷道内三通支路端口向该煤层采空区“O”型圈高瓦斯区内依次各交错布置一次，直到第二层煤回采工作结束；所有抽采支管末端距抽采口500mm-1000mm处的抽采支管管段设置为带有5-10mm筛孔的管道，且在该管段上均设置金属防护网罩以起到防尘和防止采空区再次垮落破坏管道的作用，所有抽采支管与三通之间均安装弯头，令抽采支管以与水平夹角20°-60°的角度倾斜插入采空区内，抽采支管口末端高度为本煤层的煤层厚度，抽采支管口末端位于“O”型圈高瓦斯区范围内；施工过程中关闭对应区域的第二电子阀门；当总共计划开采煤层大于两层共为n+1层时，从第二层煤开采工作开始一直循环此步骤直到第n+1层煤的瓦斯抽采管道布置完毕后停止；从第二层煤到第n层煤施工步骤中除了循环上述步骤外需增加一个步骤：在第n层煤施工连接第n-1与n+1层煤之间对应的被破断的抽采管前，由第n层煤的钻孔位置下放套管至第n+1层煤上方以稳定钻孔，并运用密封装置将抽采管与第n层煤的顶板和底板的钻孔孔口连接处进行密封处理；为保证第n煤层的瓦斯有序抽采特别运用以下抽采工艺：在第n层煤开采过程中，利用电子阀门内置的瓦斯浓度、压力传感器监测第n煤层已安装好抽采装置的采空区区域，当瓦斯浓度≥25%时由电子阀智能实时调控台智能控制开启所有对应区域的第n+1电子阀门，并配合开启所有对应区域的第二电子阀门以便抽采的瓦斯顺利进入抽采干管，对开采过程中第n煤层采空区高浓度瓦斯区域进行抽采；第n煤层开采结束且对采空区密闭后，使用电子阀门内置的瓦斯浓度、压力传感器监测第n煤层采空区所有布置了抽采装置区域的瓦斯浓度和气体压力，电子阀门总控制台读数显示瓦斯浓度≥25%、气体压力为正压时智能控制开启对应区域的第n+1电子阀门，并配合开启所有对应区域的第二电子阀门以顺利抽采本煤层采空区瓦斯；
⑥采煤结束后将形成的多水平采空区全都密闭形成多水平老空区后，继续使用此管道系统对瓦斯进行抽采，抽采过程中运用电子阀智能实时调控台设置传感器瓦斯浓度≥25%且为正压时智能开启对应区域电子阀门进行瓦斯抽采，低于25%时关闭对应电子阀门停止抽采。
本发明从多煤层瓦斯灾害能够安全高效解决的角度出发，将多煤层及采空区产生的大量煤层气资源同时考虑在内，提出了一种新型的上采区埋管与向下部多煤层钻孔的一体化布置方式及全周期瓦斯抽采方法，带来的有益效果：
(1)本发明在第一层煤开采前就利用已经修建好的进、回风巷便利埋管并随着采煤工作面的推进逐一确定多煤层瓦斯抽采一体化装置布置的位置，和传统地面钻井穿透采空区相比，避免了钻井过程中的施工难度大、安全性差、成孔率低等难题；
（2）本发明设计的一体化抽采装置能够做到及时、合理地抽采本煤层开采过程中和开采后采空区产生的瓦斯并对下部多水平煤层做到充分的瓦斯预抽，为下部煤层的开采提供了安全保障。与传统地面钻井钻孔抽采瓦斯的工艺相比，本发明的一体化抽采装置使得瓦斯抽采范围更广，钻孔服务年限更长，避免了多水平煤层需要瓦斯抽采时的多次钻孔，很大程度上降低了多水平煤层瓦斯抽采的成本；
（3）本发明中的全周期瓦斯抽采方法，是利用内置瓦斯浓度、压力传感器的电子阀门传回到地面控制台的瓦斯相关数据并配合多水平煤层采煤进程的实际情况，控制多水平煤层在逐层开采过程中瓦斯的全周期性抽采。全周期瓦斯抽采大大延长了本发明中这套管道系统的有效服务时长，且该方法有效提升了瓦斯的抽采量与浓度，高浓度的瓦斯抽采为抽采系统的安全性提供了保障，减少了温室气体的排放和后续瓦斯气体工业化利用时分离提纯的成本；
（4）本发明通过分析内置瓦斯浓度、压力传感器的电子阀门传回到位于地面的电子阀智能实时调控台的瓦斯相关数据，能够实现在提高瓦斯抽采效率的同时合理分配抽采泵的能量。与现有地面向下钻井统一抽采的方案比较，降低了抽采泵分配在瓦斯浓度较低无需过分抽采区域的能耗，节省了大量人力物力；地面控制台人工操作安全简单且抽采效果良好，易于现场推广。
附图说明
图1为本发明上采区瓦斯抽采管道布置示意图。
图2为沿图1中A-A线的剖面图。
图3为沿图2中B-B线的剖面图。
图中：1.煤层，2.采空区，3.回风巷，4.止回阀，5.抽采干管，6.进风巷，7.抽采支管，8.采面推进方向，9. 金属防护网罩，10.截止阀；11.弯头，12.套管，13.三通，14.抽采管，15.第一电子阀门，16.第二电子阀门，17.直接顶。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例
本发明提供了一种上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，主要包括以下步骤：在上部首煤层开采前将两根抽采干管沿进风巷6、回风巷3铺设，采煤开始后维护进、回风巷道，在沿空巷道分别将两根抽采干管5的抽采支管7铺设延伸至采空区“O”型圈范围内并沿工作面推进方向每隔30米交错布置直到工作面结束，抽采支管7使用三通13连接到抽采干管5，三通13另一端设置配套下水平多煤层预抽钻孔的瓦斯抽采管14，三通13的两个支路都安装止回阀4和可控电子阀；利用抽采支管7抽采本煤层采空区瓦斯，利用预抽钻孔对下部多水平煤层采前瓦斯进行预抽，利用位于地面的电子阀智能实时调控台综合控制上部采空区、下部多煤层以及采后形成的多水平采空区瓦斯的全周期抽采工艺，安全有序地抽采瓦斯。
具体地，如图1~3所示，以晋煤集团晋圣煤矿某工作面为例，在具体实施时首先根据已经探明的煤层地质材料和计算设计好的采煤工作面实际长度以及宽度，确定“O”型圈的实际范围和计划要开采的煤层数量和深度，为解决多水平煤层瓦斯全周期性抽采，然后进行包含以下内容的步骤：
1.首煤层采煤工作面开采前，首先沿着采煤工作面的进风巷6和回风巷3分别铺设一条直径为80-160mm的瓦斯抽采干管5，抽采干管5铺设高度距地面300-400mm，距进、回风巷道墙壁100-200mm以上。
2. 煤层开挖后随着工作面的推进对进、回风巷道进行维护形成沿空巷道防止坍塌；回采工作面每推进60m则在沿空巷道分别由进风巷、回风巷铺设的两根抽采干管5向本煤层采空区“O”型圈高瓦斯区内各依次交错铺设一根直径为50-80mm的抽采支管7，两边抽采支管7布置的水平间距都为30m，所有抽采支管7都以此方式布置直至采煤工作面结束。所有抽采支管7顶端与三通13连接处均安装止回阀4防止瓦斯倒吸；抽采支管7末端抽采口均设置金属防护网罩9以起到防尘和防止采空区再次垮落破坏管道的作用，所有抽采支管7与三通13之间均安装弯头，抽采支管7倾斜插入采空区内，抽采支管7与水平方向的夹角为20°-60°，抽采支管口末端高度为本煤层的煤层厚度，抽采支管口末端位于“O”型圈高瓦斯区范围内。
3.每根抽采支管7都运用三通13与抽采干管5连接，三通13的另一端分支与下部煤层预抽钻孔配套的瓦斯抽采管14相连；由抽采支管7顶端三通13位置向下部计划开采的多水平煤层的掘进巷道方向施工直径为60-120mm的钻孔，由钻孔位置下放套管至首煤层下部最邻近煤层的掘进巷道上方以稳定钻孔，向钻孔内插入筛孔直径为1-3mm、管径为60-90mm的抽采管14，抽采管14的多个筛孔段分别位于下方各煤层位置处的采高范围内；运用水泥砂浆将抽采管14与钻孔孔口连接处进行密封处理；将所有安装到抽采干管5的三通13的两个支路先用密封盖进行密封处理，随着工作面的推进逐个拆开密封端口，再将三通13的两个支路分别与本煤层抽采支管7和下部抽采管14进行连接，施工期间关闭抽采干管总阀门；
4. 将上部抽采支管7和下部抽采管14均安装止回阀4和内置瓦斯浓度、压力传感器的电子阀门后，再分别连接到三通13的两端，电源引入线选用直径8-12mm的橡胶电缆，拧紧接线口的压紧螺母，使密封圈、电缆线与进线口内壁不存在间隙，接线牢固可靠并令电子阀门接地以保证防爆性能。所有电子阀门均与位于地面的电子阀智能实时调控台连接；当计划开采煤层为n层时，所有安装至首层煤采空区三通上部抽采支管7的电子阀门统称为第一电子阀门15，安装于三通下部抽采管14的为第二电子阀门16；所有安装至第二层煤采空区抽采支管的电子阀门统称为第三电子阀门；所有安装至第三层煤采空区抽采支管的电子阀门统称为第四电子阀门……所有安装至第n层煤采空区抽采支管的电子阀门统称为第n+1电子阀门；
5.采煤工作面每推进60m，对进风巷6和回风巷3进行一次密封。本煤层采煤工作结束、管道布置完成后，将进风巷6和回风巷3的抽采干管5引出至瓦斯抽采总干路，然后使用河砂或黏土对进风巷6和回风巷3充实密封并修建永久性的密闭。
6、运用位于地面的电子阀智能实时调控台远程控制全周期瓦斯抽采，具体抽采及施工步骤如下：
①在首层煤开采过程中，利用电子阀门内置的瓦斯浓度、压力传感器监测本煤层已安装好抽采装置的采空区区域，当瓦斯浓度≥25%时由电子阀智能实时调控台智能控制开启所有对应区域的第一电子阀门15，并保持所有第二电子阀门16关闭，对开采过程中本煤层采空区高浓度瓦斯区域进行抽采；本煤层开采结束且对采空区密闭后，使用电子阀门内置的瓦斯浓度、压力传感器监测本煤层采空区所有布置了抽采装置区域的瓦斯浓度和气体压力，当电子阀门总控制台读数显示瓦斯浓度≥25%、气体压力为正压时智能控制开启对应区域的第一电子阀门，此时保持所有第二电子阀门关闭，仅抽采本煤层采空区瓦斯；
②在开采下部煤层前，当首层采空区第一电子阀门内置的瓦斯浓度传感器读数在电子阀智能实时调控台显示瓦斯浓度低于25%时关闭对应区域的第一电子阀门15，打开第二电子阀门16对下部所有煤层瓦斯进行第一阶段预抽采，当下部煤层瓦斯压力传感器示数为零时由电子阀智能实时调控台控制该位置处第二电子阀门关闭并停止抽采，其余瓦斯压力传感器示数不为零的由该位置处的下部抽采管继续抽采，直至所有压力传感器示数均为零时由电子阀智能实时调控台控制关闭所有第二电子阀门，停止下部所有煤层瓦斯的第一阶段预抽采；
③下部所有煤层第一阶段预抽采结束后，保持所有第一电子阀门15关闭，打开所有第二电子阀门16，由抽采干管5向钻孔中的下部抽采管14内注入6-12MPa高压氮气并通过钻孔内抽采管14筛孔对下部所有煤层进行增透压裂，压裂时间为2-4d，增透结束后关闭所有第二电子阀门16，待监测到下方煤层瓦斯浓度大于等于25%后打开对应区域的第二电子阀门开始下部所有煤层瓦斯第二阶段预抽采，待监测到下方煤层瓦斯浓度小于25%时停止抽采；
④首层煤下方第一层煤（即自上而下第二层煤）开始掘进进风巷、回风巷时，持续使用第二电子阀门16内置的瓦斯浓度、压力传感器监测瓦斯浓度与气体压力，当瓦斯浓度大于等于25%且为正压时由电子阀智能实时调控台智能控制开启对应区域第二电子阀门对第二层煤层瓦斯进行抽采，浓度小于25%后关闭该区域第二电子阀门停止抽采；
⑤第二层煤掘进开始后，该层位掘进巷道内的抽采管将不可避免发生破断，因此当第二层采场掘进巷道推进完成后，运用三通和相同管径抽采管将第一层煤和第三层煤之间所对应的被破断的抽采管14重新连接起来并保证气密性，三通的另一端设置第二层煤采空区抽采支管，管径为20-50mm，在连接抽采支管前先用密封盖对三通这一支路进行密封处理；煤层开挖后对进、回风巷道进行维护形成沿空巷道防止坍塌，随着第二层煤回采工作面推进，逐个打开三通密封盖端口并连接上第二层煤采空区抽采支管，二者连接处均安装止回阀和连接到地面电子阀智能实时调控台的第三电子阀门，工作面每推进60m，则将抽采支管由两边沿空巷道内三通支路端口向该煤层采空区“O”型圈高瓦斯区内依次各交错布置一次，直到第二层煤回采工作结束；所有抽采支管末端距抽采口500mm-1000mm处的抽采支管管段设置为带有5-10mm筛孔的管道，且在该管段上均设置金属防护网罩以起到防尘和防止采空区再次垮落破坏管道的作用，所有抽采支管与三通之间均安装弯头，令抽采支管以与水平夹角20°-60°的角度倾斜插入采空区内，抽采支管口末端高度为本煤层的煤层厚度，抽采支管口末端位于“O”型圈高瓦斯区范围内；施工过程中关闭对应区域的第二电子阀门；当总共计划开采煤层共为n+1层时，从第二层煤开采工作开始一直循环此步骤直到第n+1层煤的瓦斯抽采管道布置完毕后停止；
从第二层煤到第n层煤施工步骤中除了循环上述步骤外需增加一个步骤：在第n层煤施工连接第n-1与n+1层煤之间对应的被破断的抽采管前，由第n层煤的钻孔位置下放套管至第n+1层煤上方以稳定钻孔，并运用密封装置将抽采管与第n层煤的顶板和底板的钻孔孔口连接处进行密封处理；为保证第n煤层的瓦斯有序抽采特别运用以下抽采工艺：在第n层煤开采过程中，利用电子阀门内置的瓦斯浓度、压力传感器监测第n煤层已安装好抽采装置的采空区区域，当瓦斯浓度≥25%时由电子阀智能实时调控台智能控制开启所有对应区域的第n+1电子阀门，并配合开启所有对应区域的第二电子阀门以便抽采的瓦斯顺利进入抽采干管，对开采过程中第n煤层采空区高浓度瓦斯区域进行抽采；第n煤层开采结束且对采空区密闭后，使用电子阀门内置的瓦斯浓度、压力传感器监测第n煤层采空区所有布置了抽采装置区域的瓦斯浓度和气体压力，电子阀门总控制台读数显示瓦斯浓度≥25%、气体压力为正压时智能控制开启对应区域的第n+1电子阀门，并配合开启所有对应区域的第二电子阀门以顺利抽采本煤层采空区瓦斯；
⑥采煤结束后形成的多水平采空区全都密闭形成多水平老空区后，继续使用此管道系统对瓦斯进行抽采，抽采过程中运用电子阀智能实时调控台设置传感器瓦斯浓度≥25%且为正压时打开对应区域电子阀门进行瓦斯抽采，低于25%时关闭对应电子阀门停止抽采。此时控制抽采负压小于等于5个标准大气压以防止抽采负压过大使空气进入采空区造成安全隐患。
Claims (6)
1.一种上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，其特征在于：在上部首煤层开采前将两根抽采干管沿进风巷、回风巷铺设，采煤开始后维护进风巷、回风巷道形成沿空巷道，在沿空巷道内分别将两根抽采干管的抽采支管铺设延伸至采空区“O”型圈范围内并沿工作面推进方向每隔30米交错布置直到工作面结束，抽采支管使用三通连接到抽采干管，三通另一端设置配套下水平多煤层预抽钻孔的瓦斯抽采管，三通的两个支路都安装止回阀和可控电子阀；利用抽采支管抽采本煤层采空区瓦斯，利用预抽钻孔对下部多水平煤层采前瓦斯进行预抽，利用位于地面的电子阀智能实时调控台综合控制上部采空区、下部多煤层以及采后形成的多水平采空区瓦斯的全周期抽采工艺，安全有序地抽采瓦斯；
所述的上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，包括以下步骤：
（1）首煤层采煤工作面开采前，首先沿着采煤工作面的进风巷和回风巷分别铺设一条瓦斯抽采干管，将进风巷和回风巷铺设的抽采干管引出并连接至矿井瓦斯抽采总干路；
（2）煤层开挖后随着工作面的推进对进风巷、回风巷道进行维护防止坍塌；回采工作面每推进60m则在沿空巷道分别由进风巷、回风巷铺设的两根抽采干管向本煤层采空区“O”型圈高瓦斯区内各依次交错铺设一根直径为50-80mm的抽采支管，两边抽采支管布置的水平间距都为30m，所有抽采支管都以此方式布置直至采煤工作面结束；
（3）每根抽采支管都运用三通与抽采干管连接，三通的另一端分支与下部煤层预抽钻孔配套的瓦斯抽采管相连；由支管顶端三通位置向下部计划开采的多水平煤层的掘进巷道方向施工钻孔，由钻孔位置下放套管至首煤层下部最邻近煤层的掘进巷道上方以稳定钻孔，向钻孔内插入抽采管，运用水泥砂浆将抽采管与钻孔孔口连接处进行密封处理；
（4）将上部抽采支管和下部抽采管均安装止回阀和内置瓦斯浓度传感器、压力传感器的电子阀门后，再分别连接到三通的两端，电源引入线选用直径8-12mm的橡胶电缆，拧紧接线口的压紧螺母，使密封圈、电缆线与进线口内壁不存在间隙，接线牢固可靠并令电子阀门接地以保证防爆性能；所有电子阀门均与位于地面的电子阀智能实时调控台连接；当计划开采煤层为n层时，所有安装至首层煤采空区三通上部抽采支管的电子阀门统称为第一电子阀门，安装于三通下部抽采管的为第二电子阀门；所有安装至第二层煤采空区抽采支管的电子阀门统称为第三电子阀门；所有安装至第三层煤采空区抽采支管的电子阀门统称为第四电子阀门……所有安装至第n层煤采空区抽采支管的电子阀门统称为第n+1电子阀门；
（5）采煤工作面每推进60m，对后方进风巷和回风巷进行一次密封；本煤层采煤工作结束、管道布置完成后，使用河砂或黏土对进风巷和回风巷进行永久性密封；
（6）运用位于地面的电子阀智能实时调控台远程控制全周期瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，其特征在于：步骤（1）中，瓦斯抽采干管直径为80-160mm，抽采干管铺设高度距地面300-400mm，距进风巷、回风巷道墙壁100-200mm以上。
3.根据权利要求1所述的上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，其特征在于：步骤（2）中，所有抽采支管顶端与三通连接处均安装止回阀防止瓦斯倒吸；抽采支管末端距抽采口500mm-1000mm处的抽采支管管段设置为带有5-10mm筛孔的管道，且在该管段上均设置金属防护网罩以起到防尘和防止采空区再次垮落破坏管道的作用，所有抽采支管与三通之间均安装弯头，抽采支管倾斜插入采空区内，抽采支管与水平方向的夹角为20°-60°，抽采支管口末端高度为本煤层的煤层厚度，抽采支管口末端位于“O”型圈高瓦斯区范围内。
4.根据权利要求1所述的上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，其特征在于：步骤（3）中，将所有安装到抽采干管的三通的两个支路先用密封盖进行密封处理，随着工作面的推进逐个拆开密封端口，再将三通的两个支路分别与本煤层抽采支管和下部抽采管进行连接，施工期间关闭抽采干管总阀门；下向钻孔的直径为60-120mm，向钻孔内插入筛孔直径为1-3mm、管径为60-90mm的抽采管，抽采管的多个筛孔段分别位于下方各煤层位置处的采高范围内。
5.根据权利要求1所述的上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，其特征在于：步骤（6）具体抽采及施工步骤如下：
①在首层煤开采过程中，利用电子阀门内置的瓦斯浓度传感器、压力传感器监测本煤层已安装好抽采装置的采空区区域，当瓦斯浓度≥25%时由电子阀智能实时调控台智能控制开启所有对应区域的第一电子阀门，并保持所有第二电子阀门关闭，对开采过程中本煤层采空区高浓度瓦斯区域进行抽采；本煤层开采结束且对采空区密闭后，使用电子阀门内置的瓦斯浓度传感器、压力传感器监测本煤层采空区所有布置了抽采装置区域的瓦斯浓度和气体压力，当电子阀门总控制台读数显示瓦斯浓度≥25%、气体压力为正压时智能控制开启对应区域的第一电子阀门，此时保持所有第二电子阀门关闭，仅抽采本煤层采空区瓦斯；
②在开采下部煤层前，当首层采空区第一电子阀门内置的瓦斯浓度传感器读数在电子阀智能实时调控台显示瓦斯浓度低于25%时关闭对应区域的第一电子阀门，打开第二电子阀门对下部所有煤层瓦斯进行第一阶段预抽采，当下部煤层瓦斯压力传感器示数为零时由电子阀智能实时调控台控制对应区域第二电子阀门关闭并停止抽采，其余瓦斯压力传感器示数不为零的由该区域的下部抽采管继续抽采，直至所有压力传感器示数均为零时由电子阀智能实时调控台控制关闭所有第二电子阀门，停止下部所有煤层瓦斯的第一阶段预抽采；
③下部所有煤层第一阶段预抽采结束后，保持所有第一电子阀门关闭，打开所有第二电子阀门，由抽采干管向钻孔中的下部抽采管内注入6-12MPa高压氮气并通过钻孔内抽采管筛孔对下部所有煤层进行增透压裂，压裂时间为2-4d，增透结束后关闭所有第二电子阀门，待监测到下方煤层瓦斯浓度大于等于25%后打开对应区域的第二电子阀门开始下部所有煤层瓦斯第二阶段预抽采，待监测到下方煤层瓦斯浓度小于25%时停止抽采；
④首层煤下方第一层煤开始掘进进风巷、回风巷时，持续使用第二电子阀门内置的瓦斯浓度传感器、压力传感器监测瓦斯浓度与气体压力，当瓦斯浓度大于等于25%且为正压时由电子阀智能实时调控台智能控制开启对应区域第二电子阀门对第二层煤层瓦斯进行抽采，浓度小于25%后关闭该区域第二电子阀门停止抽采；
⑤第二层煤掘进开始后，该层掘进巷道内的抽采管将不可避免发生破断，因此当第二层采场掘进巷道推进完成后，运用三通和相同管径抽采管将第一层煤和第三层煤之间所对应的被破断的抽采管重新连接起来并保证气密性，三通的另一端设置第二层煤采空区抽采支管，管径为20-50mm，在连接抽采支管前先用密封盖对三通这一支路进行密封处理；煤层开挖后对进风巷、回风巷道进行维护形成沿空巷道防止坍塌，随着第二层煤回采工作面推进，逐个打开三通密封盖端口并连接上第二层煤采空区抽采支管，二者连接处均安装止回阀和连接到地面电子阀智能实时调控台的第三电子阀门，工作面每推进60m，则将抽采支管由两边沿空巷道内三通支路端口向该煤层采空区“O”型圈高瓦斯区内依次各交错布置一次，直到第二层煤回采工作结束；所有抽采支管末端距抽采口500mm-1000mm处的抽采支管管段设置为带有5-10mm筛孔的管道，且在该管段上均设置金属防护网罩以起到防尘和防止采空区再次垮落破坏管道的作用，所有抽采支管与三通之间均安装弯头，令抽采支管以与水平夹角20°-60°的角度倾斜插入采空区内，抽采支管口末端高度为本煤层的煤层厚度，抽采支管口末端位于“O”型圈高瓦斯区范围内；施工过程中关闭对应区域的第二电子阀门；当总共计划开采煤层大于两层共为n+1层时，从第二层煤开采工作开始一直循环此步骤直到第n+1层煤的瓦斯抽采管道布置完毕后停止；
⑥采煤结束后将形成的多水平采空区全都密闭形成多水平老空区后，继续使用此管道系统对瓦斯进行抽采，抽采过程中运用电子阀智能实时调控台设置传感器瓦斯浓度≥25%且为正压时智能开启对应区域电子阀门进行瓦斯抽采，低于25%时关闭对应电子阀门停止抽采。
6.根据权利要求5所述的上采区埋管与下向钻孔一体化布置及全周期瓦斯抽采方法，其特征在于：步骤⑤中，从第二层煤到第n层煤施工步骤中除了循环上述步骤外还包括以下步骤：在第n层煤施工连接第n-1与n+1层煤之间对应的被破断的抽采管前，由第n层煤的钻孔位置下放套管至第n+1层煤上方以稳定钻孔，并运用密封装置将抽采管与第n层煤的顶板和底板的钻孔孔口连接处进行密封处理；为保证第n煤层的瓦斯有序抽采特别运用以下抽采工艺：在第n层煤开采过程中，利用电子阀门内置的瓦斯浓度传感器、压力传感器监测第n煤层已安装好抽采装置的采空区区域，当瓦斯浓度≥25%时由电子阀智能实时调控台智能控制开启所有对应区域的第n+1电子阀门，并配合开启所有对应区域的第二电子阀门以便抽采的瓦斯顺利进入抽采干管，对开采过程中第n煤层采空区高浓度瓦斯区域进行抽采；第n煤层开采结束且对采空区密闭后，使用电子阀门内置的瓦斯浓度传感器、压力传感器监测第n煤层采空区所有布置了抽采装置区域的瓦斯浓度和气体压力，电子阀门总控制台读数显示瓦斯浓度≥25%、气体压力为正压时智能控制开启对应区域的第n+1电子阀门，并配合开启所有对应区域的第二电子阀门以顺利抽采本煤层采空区瓦斯。
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