CN114575792A - 一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，属于瓦斯防治工程领域，包括：抽采钻孔成孔施作并记录钻孔参数；依据钻孔参数确认抽采对象煤层的层数及层间距，并设置所定长度和数量的抽采管及封孔装置，再对钻孔自内向外依次封孔施作；对钻孔中所设定的各抽采对象煤层采取抽采初期的瓦斯预抽及抽采中后期的瓦斯边采边抽、卸压强抽，并分别标记、观测、记录各抽采对象煤层的抽采瓦斯参数；根据各抽采对象煤层的抽采周期和抽采瓦斯参数，并结合钻孔布置情况，对各抽采对象煤层开展瓦斯抽采达标评判。本发明在确定各抽采对象煤层钻孔参数和抽采瓦斯参数等前提下实现分源抽采，保证瓦斯抽采效果的同时实现溯源计量。

Description

一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法

技术领域

本发明属于瓦斯防治工程技术领域，涉及一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法。

背景技术

煤层群赋存的矿井在国内所占的比重较大，这类矿井的煤层瓦斯抽采无论是在开采前期的预抽、开采期间的边采边抽，还是开采后期的卸压瓦斯抽采相对单一煤层都要复杂的多，而突出煤层群更进一步增加了瓦斯抽采的难度。为有效缓解煤层群开采期间的瓦斯抽采问题，经过长期的基础研究与现场实践，通过顶(底)板岩巷施工穿层钻孔对煤层群瓦斯联合抽采是一种经济有效的技术措施。

然而，煤层群瓦斯联合抽采期间各煤层瓦斯抽采溯源计量、瓦斯抽采达标评判、瓦斯抽采效果考察一直是困扰行业发展的技术难题。究其原因，主要是煤层群瓦斯联合抽采期间，单一钻孔依次穿透多个煤层进行联合抽采，钻孔中的瓦斯抽采浓度为各煤层的混合浓度、瓦斯抽采量为各煤层的混合量，导致联合抽采期间不能有效判识各煤层的瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采量。《煤层瓦斯抽采达标暂行规定》要求煤矿企业应当建立瓦斯抽采达标评价工作体系，制定矿井瓦斯抽采达标评判细则；同时，要求将钻孔间距基本相同和预抽时间基本一致的区域划为一个评价单元，且对同一评价单元预抽瓦斯效果评价时，首先应根据抽采计量等参数计算抽采后的残余瓦斯含量或残余瓦斯压力、可解吸瓦斯量，当满足规定的预期达标指标要求后，再进行现场实测预抽瓦斯效果指标。由于暂没有行之有效的方法进行有效判识，给煤层群瓦斯联合抽采达标评判、瓦斯抽采效果考察造成了极大困扰。

目前，已知的一种煤层群瓦斯联合抽采达标预评判方法(CN104612635B)，该发明通过软件数值计算获得各煤层理论抽采量、残余瓦斯含量和可解吸瓦斯含量后，对各煤层瓦斯抽采达标情况进行预评判。而已知的一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法(CN110286003A)，该发明公开了一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，采用同位素地球化学方法，通过测定控制区域内各个目标煤层控制点瓦斯气体中常规气体组分含量及其同位素值、稀有气体组分含量及其同位素值，划分出表征不同目标煤层的主控气体组分，拟合得到主控气体组分含量及其同位素等值线图，采用插值法得到联合抽采钻孔各个目标煤层主控气体组分含量及其同位素值，基于化学组成质量守恒原则，建立计算模型，定量确定混源瓦斯气体中来自各个目标煤层的混合比。

综上所述，目前在煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方面开展了一定的研究，但理论计算与现场实际情况有一定差异，采用同位素判识的方法虽较为先进，但需要开展大量的基础工作且周期较长；同时，混源气体中单一煤层的分源计量模型也有待进一步优化。基于此，本着发现问题、提出问题并解决问题的思路，提出一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，旨在解决煤层群瓦斯联合抽采期间的各抽采对象煤层瓦斯抽采达标评判和瓦斯抽采效果评价的准确性和可靠性提升的问题。

本发明的工作原理：该方法适用于煤层群瓦斯联合抽采期间，在确定各抽采对象煤层钻孔参数和抽采瓦斯参数的前提下实现分源抽采，以保证瓦斯抽采效果的同时实现溯源计量。同时，可通过合理调控各抽采对象煤层的抽采工况参数，将单一钻孔(上向或下向穿层钻孔)对煤层群瓦斯联合抽采的生命周期转变为采前预抽+边采边抽+卸压强抽，并实现一孔分源、一孔多用，延长单一钻孔对煤层群瓦斯联合抽采的效果和生命周期。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，具体包括如下步骤：抽采钻孔成孔施作并记录钻孔参数；依据钻孔参数确认抽采对象煤层的层数及层间距，并基于瓦斯抽采钻孔的两堵一注封孔工艺设置所定长度和数量的抽采管及封孔装置，再对钻孔自内向外依次封孔施作；对钻孔中所设定的各抽采对象煤层采取抽采初期的瓦斯预抽及抽采中后期的瓦斯边采边抽、卸压强抽，并分别标记、观测、记录各抽采对象煤层的抽采瓦斯参数；根据各抽采对象煤层的抽采周期和抽采瓦斯参数，并结合钻孔布置情况，对各抽采对象煤层开展瓦斯抽采达标评判。

进一步，钻孔参数包括：钻孔倾角、方位角及长度，煤孔段长度，岩孔段长度。

进一步，抽采对象煤层的层数为n(n≥2)时，分别定义为：第n抽采对象煤层、第n-1抽采对象煤层、……、第1抽采对象煤层，且钻孔施工期间的首次穿透煤层为第1抽采对象煤层。

进一步，位于任意两个抽采对象煤层之间布置一个封孔装置，且单个封孔装置由单向阀、封孔囊袋、爆破阀、注浆管组成，注浆管为一趟并与抽采管平行设置，注浆管上设置两个封孔囊袋、一个爆破阀和两个单向阀。

进一步，注浆管的长度根据不同抽采对象煤层的煤孔段长度和任意两个抽采对象煤层之间的岩孔段长度进行调整。

进一步，封孔囊袋的长度设置为800-1000mm。

进一步，抽采管的管径根据钻孔孔径的大小确定，且抽采管数量与抽采对象煤层层数相同。

进一步，抽采管穿透封孔囊袋，且抽采管进气端设置在与之对应的抽采对象煤层的钻孔煤孔段。

进一步，还包括：根据各抽采对象煤层卸压瓦斯参数，开展各抽采对象煤层的卸压抽采效果考察。

进一步，抽采瓦斯参数和泄压瓦斯参数均包括各自的抽采浓度，抽采负压和抽采流量。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提及的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，实现单一钻孔穿透煤层群联合抽采期间，各抽采对象煤层的瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采量来源单一，不再是多煤层联合抽采的混合抽采浓度、混合抽采量，进而实现煤层群瓦斯联合抽采期间各抽采对象煤层的分源抽采与溯源计量；可准确掌握钻孔控制范围内煤体瓦斯抽采实际情况，为瓦斯抽采达标评判、抽采效果考察提供直观的考察依据。

2、本发明提及的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，实现煤层群瓦斯联合抽采初期各抽采对象煤层的瓦斯预抽、抽采中后期各抽采对象煤层的边采边抽、卸压瓦斯抽采，将单一钻孔对煤层群瓦斯联合抽采的生命周期转变为采前预抽+边采边抽+卸压强抽，真正实现一孔分源、一孔多用，延长单一钻孔对煤层群瓦斯联合抽采的效果和生命周期。

3、本发明提及的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，通过抽采管、注浆管、封孔囊袋、单向阀、爆破阀的有效配置，充分利用钻孔成孔空间，保证各抽采对象煤层的密实封孔。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法封孔装置剖面图(二层煤)；

图2为一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法钻孔内部剖面图(二层煤)；

图3为一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法剖面图(二层煤)；

图4为一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法封孔装置剖面图(三层煤)；

图5为一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法钻孔内部剖面图(三层煤)；

图6为一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法剖面图(三层煤)；

图7为一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法封孔装置剖面图(四层煤)；

图8为一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法钻孔内部剖面图(四层煤)；

图9为一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法剖面图(四层煤)；

附图标记：抽采管1、单向阀2、封孔囊袋3、爆破阀4、注浆管5。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如图1-9所示，本发明提及的一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，用于煤层群瓦斯联合抽采期间，根据抽采对象煤层的层数、层间距合理布置抽采管1、注浆管5、封孔囊袋3、单向阀2、爆破阀4的数量和长度，实现煤层群瓦斯联合抽采期间各煤层之间相互独立的分源抽采与溯源计量。具体包括如下步骤：抽采钻孔成孔施作并记录钻孔参数；依据钻孔参数确认抽采对象煤层的层数及层间距，并基于瓦斯抽采钻孔的两堵一注封孔工艺设置所定长度和数量的抽采管1及封孔装置，再对钻孔自内向外依次封孔施作；对钻孔中所设定的各抽采对象煤层采取抽采初期的瓦斯预抽及抽采中后期的瓦斯边采边抽、卸压强抽，并分别标记、观测、记录各抽采对象煤层的抽采瓦斯参数；根据各抽采对象煤层的抽采周期和抽采瓦斯参数，并结合钻孔布置情况，对各抽采对象煤层开展瓦斯抽采达标评判，还根据各抽采对象煤层卸压瓦斯参数，开展各抽采对象煤层的卸压抽采效果考察。

本实施例中，钻孔参数包括但不限于：钻孔倾角、方位角及长度，煤孔段长度，岩孔段长度等。而抽采对象煤层的层数为n(n≥2)时，分别定义为：第n抽采对象煤层、第n-1抽采对象煤层、……、第1抽采对象煤层，且钻孔施工期间的首次穿透煤层为第1抽采对象煤层。位于任意两个抽采对象煤层之间布置一个封孔装置，且单个封孔装置由单向阀2、封孔囊袋3、爆破阀4、注浆管5组成，注浆管为一趟并与抽采管1平行设置，注浆管5上设置两个封孔囊袋3、一个爆破阀4和两个单向阀2；即由两个封孔囊袋3、两个单向阀2、一个爆破阀4，且均安装在注浆管5上，构成一个封孔装置整体；封孔囊袋3的两端分别用专用卡箍紧固在注浆管5上；单向阀2、爆破阀4则通过在注浆管5上设置孔洞，在孔洞上包裹不同爆破压力值的橡胶软片后在孔洞两侧用专用卡箍紧固在注浆管5上。封孔囊袋3的长度可设置为800-1000mm；注浆管5外径、内径分别为16mm、12mm，注浆管5的长度可根据不同抽采对象煤层的煤孔段长度(见煤长度)和任意两个抽采对象煤层之间的岩孔段长度进行调整。

可选地，为实现煤层群瓦斯联合抽采期间各煤层瓦斯溯源抽采与计量，抽采管1的管径根据钻孔孔径的大小确定，并结合行业发展趋势，按照孔径≥113mm来设置；而抽采管1应穿透封孔囊袋3，期进气端设置在与之对应的抽采对象煤层的钻孔煤孔段，出气端则设置在钻孔外部用于连接抽采管路；而抽采管1的管径根据钻孔孔径的大小确定，且抽采管数量与抽采对象煤层层数相同，即抽采管1根据钻孔穿透各抽采对象煤层的数量以及煤孔段和岩孔段长度设置。具体为：

如图1-3所示，当二层煤联合抽采时，抽采管1设置两趟，一趟管径为50mm，一趟管径为40mm；管径50mm的抽采管1进气端设置在第2抽采对象煤层对应的钻孔煤孔段，管径40mm的抽采管1进气端则设置在第1抽采对象煤层对应的钻孔煤孔段；且分别设置两套由一趟注浆管5、两个封孔囊袋3、两个单向阀2、一个爆破阀4组成的整体封孔装置，一套设置在第2抽采对象煤层与第1抽采对象煤层之间的岩孔段，一套设置在第1抽采对象煤层与钻孔孔口之间的岩孔段。

如图4-6所示，当三层煤联合抽采时，抽采管设置三趟，管径均为40mm；一趟管径40mm的抽采管1设置在第3抽采对象煤层对应的钻孔煤孔段，一趟管径40mm的抽采管1设置在第2抽采对象煤层对应的钻孔煤孔段，一趟管径40mm的抽采管1设置在第1抽采对象煤层对应的钻孔煤孔段；且分别设置三套由一趟注浆管5、两个封孔囊袋3、两个单向阀2、一个爆破阀4组成的整体封孔装置，一套设置在第3抽采对象煤层与第2抽采对象煤层之间的岩孔段，一套设置在第2抽采对象煤层与第1抽采对象煤层之间的岩孔段，一套设置在第1抽采对象煤层与钻孔孔口之间的岩孔段。

如图7-9所示，当四层煤联合抽采时，抽采管设置四趟，管径均为32mm；一趟管径32mm的抽采管1设置在第4抽采对象煤层对应的钻孔煤孔段；一趟管径32mm的抽采管1设置在第3抽采对象煤层对应的钻孔煤孔段；一趟管径32mm的抽采管1设置在第2抽采对象煤层对应的钻孔煤孔段；一趟管径32mm的抽采管1设置在第1抽采对象煤层对应的钻孔煤孔段；且分别设置四套由一趟注浆管5、两个封孔囊袋3、两个单向阀2、一个爆破阀4组成的整体封孔装置，一套设置在第4抽采对象煤层与第3抽采对象煤层之间的岩孔段，一套设置在第3抽采对象煤层与第2抽采对象煤层之间的岩孔段，一套设置在第2抽采对象煤层与第1抽采对象煤层之间的岩孔段，一套设置在第1抽采对象煤层与钻孔孔口之间的岩孔段。

此外，实际生产时，抽采管1应分别与瓦斯抽采汇流管或瓦斯抽采管密封连接，并配备测定瓦斯抽采浓度、抽采负压、抽采压差、温度、大气压等参数的装置或安装有瓦斯抽采工况参数多参数测定仪器。

下面详细阐述一下本煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法的具体步骤：

步骤1：抽采钻孔成孔，根据现场实际情况与钻孔参数施工钻孔，并记录钻孔倾角、方位角、煤孔段长度、岩孔段长度、钻孔长度、穿透抽采对象煤层层数等详细参数；

步骤2：封孔装置设置，根据钻孔参数沿钻孔依次向第n抽采对象煤层、第n-1抽采对象煤层、…、第1抽采对象煤层下放合理长度和数量的抽采管以及由注浆管、封孔囊袋、单向阀、爆破阀组成的整体封孔装置；

步骤3：抽采钻孔封孔，根据各抽采对象煤层之间以及第1抽采对象煤层与钻孔孔口之间注浆管、封孔囊袋、单向阀、爆破阀组成的整体封孔装置，从钻孔内部向外，依次对封孔囊袋进行注浆，直到封孔囊袋膨胀、爆破阀冲开并使浆液注满两个封孔囊袋之间的气室；

步骤4：抽采钻孔预抽，分别将各抽采对象煤层对应的抽采管连接到瓦斯抽采汇流管或瓦斯抽采管路，并分别标记、观测、记录各抽采对象煤层的瓦斯抽采浓度、抽采负压、抽采流量等关键参数；

步骤5：抽采达标评判，根据各抽采对象煤层的抽采周期、抽采参数等，结合钻孔布置情况，对各抽采对象煤层开展瓦斯抽采达标评判；

步骤6：煤层瓦斯卸压抽采，结合采掘接替部署，当第n抽采对象煤层(上向钻孔)、第1抽采对象煤层(下向钻孔)经抽采后安全回采期间，可对第n抽采对象煤层、第1抽采对象煤层的超前钻孔可进行相对周期较短的边采边抽，对开采煤层之外的其他抽采对象煤层可进行相对周期较长的卸压抽采；

步骤7：卸压抽采效果考察，根据开采煤层之外的其他抽采对象煤层在经过相对周期较长的卸压抽采后，可根据卸压瓦斯抽采浓度、抽采负压、抽采流量等关键参数，开展各抽采对象煤层的卸压抽采效果考察。

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 (10)

1.一种煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

抽采钻孔成孔施作并记录钻孔参数；

依据钻孔参数确认抽采对象煤层的层数及层间距，并基于瓦斯抽采钻孔的两堵一注封孔工艺设置所定长度和数量的抽采管(1)及封孔装置，再对钻孔自内向外依次封孔施作；

对钻孔中所设定的各抽采对象煤层采取抽采初期的瓦斯预抽及抽采中后期的瓦斯边采边抽、卸压强抽，并分别标记、观测、记录各抽采对象煤层的抽采瓦斯参数；

根据各抽采对象煤层的抽采周期和抽采瓦斯参数，并结合钻孔布置情况，对各抽采对象煤层开展瓦斯抽采达标评判。

2.根据权利要求1所述的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，其特征在于，钻孔参数包括：钻孔倾角、方位角及长度，煤孔段长度，岩孔段长度。

3.根据权利要求2所述的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，其特征在于，抽采对象煤层的层数为n(n≥2)时，分别定义为：第n抽采对象煤层、第n-1抽采对象煤层、……、第1抽采对象煤层，且钻孔施工期间的首次穿透煤层为第1抽采对象煤层。

4.根据权利要求3所述的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，其特征在于，位于任意两个抽采对象煤层之间布置一个封孔装置，且单个封孔装置由单向阀(2)、封孔囊袋(3)、爆破阀(4)、注浆管(5)组成，注浆管为一趟并与抽采管平行设置，注浆管上设置两个封孔囊袋、一个爆破阀和两个单向阀。

5.根据权利要求4所述的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，其特征在于，注浆管的长度根据不同抽采对象煤层的煤孔段长度和任意两个抽采对象煤层之间的岩孔段长度进行调整。

6.根据权利要求4所述的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，其特征在于，封孔囊袋的长度设置为800-1000mm。

7.根据权利要求4所述的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，其特征在于，抽采管的管径根据钻孔孔径的大小确定，且抽采管数量与抽采对象煤层层数相同。

8.根据权利要求7所述的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，其特征在于，抽采管穿透封孔囊袋，且抽采管进气端设置在与之对应的抽采对象煤层的钻孔煤孔段。

9.根据权利要求1所述的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，其特征在于，还包括：根据各抽采对象煤层卸压瓦斯参数，开展各抽采对象煤层的卸压抽采效果考察。

10.根据权利要求9所述的煤层群瓦斯联合抽采溯源计量方法，其特征在于，抽采瓦斯参数和泄压瓦斯参数均包括各自的抽采浓度，抽采负压和抽采流量。

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