一種基于膨脹材料的瓦斯抽采方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種瓦斯抽采技術(shù)，尤其涉及一種基于膨脹材料的瓦斯抽采方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤與瓦斯突出是造成煤礦生產(chǎn)過程事故的重要原因之一。隨著煤礦開采水平的延伸，地應(yīng)力增加，瓦斯壓力升高，造成局部區(qū)域瓦斯積聚，煤與瓦斯突出危險性也越來越嚴(yán)重，瓦斯防治難度也越來越大。瓦斯抽、排(瓦斯抽采和瓦斯抽采)是防治瓦斯的主要技術(shù)措施之一，但是對于低透氣性煤層，瓦斯抽、排效果較差，達(dá)不到瓦斯治理的目的。中國煤礦瓦斯抽采技術(shù)雖有很大發(fā)展，但由于我國煤礦開采采煤量大，具有瓦斯抽采系統(tǒng)礦井的產(chǎn)煤量僅占煤礦開米總產(chǎn)量的15.1 %，抽米瓦斯量僅占開米礦井瓦斯涌出量的10.2%，故抽采瓦斯工作應(yīng)進(jìn)一步加強，并且存在工程量大、作業(yè)時間長、技術(shù)要求高的問題，而且在采煤工作面作業(yè)往往帶來安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于膨脹材料的瓦斯抽采方法，該方法能有效、安全的抽采煤層中積聚的瓦斯。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明的煤層中瓦斯抽采的方法，包括對采煤工作面中的煤層進(jìn)行鉆孔，使用膨脹材料進(jìn)行煤層壓裂，再通過抽采鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。
[0006]所述的膨脹材料對煤層壓裂瓦斯抽采的步驟:
[0007]a、鉆孔階段:根據(jù)煤層的自由度及硬度，在煤層上布置膨脹鉆孔和抽采鉆孔，所述鉆孔孔徑為25-100mm，孔深為50_180m，鉆孔之間的間距為2_10m ；
[0008]b、配制階段:選用膨脹材料時，根據(jù)不同的煤層溫度和膨脹材料的特性要求進(jìn)行配比，配制膨脹劑的水灰比為0.2-0.35，根據(jù)鉆孔的傾斜度進(jìn)行配比，將膨脹材料先用紙包裝成圓柱狀，浸水后填入鉆孔；
[0009]C、填孔階段:在填裝膨脹劑前應(yīng)該保證鉆孔孔內(nèi)和孔旁潔凈，煤層鉆孔內(nèi)的殘余煤渣和水應(yīng)用高壓空氣吹洗干凈。將膨脹劑按一定比例間距壓入膨脹鉆孔內(nèi)，并用封孔材料迅速堵口，膨脹材料反應(yīng)后將煤層壓裂；
[0010]d、抽采階段:膨脹材料將煤層壓裂后，煤層透氣性增大，通過抽采鉆孔進(jìn)行抽采，瓦斯?jié)舛冉档汀?br>[0011]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的基于膨脹材料的瓦斯抽采的方法，由于使用膨脹材料對煤層進(jìn)行靜態(tài)壓裂，具有安全性高，易操作，成本低的特點，膨脹過程中不會發(fā)生震動、噪音、粉塵和有毒氣體。適用于各種煤礦的瓦斯抽采，尤其適用于低透性礦井的瓦斯抽采的處理。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的鉆孔于煤層工作面布置示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明膨脹鉆孔膨脹材料充填示意圖。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明的基于膨脹材料的瓦斯抽采方法的【具體實施方式】是，包括對采煤工作面中的煤層進(jìn)行鉆孔，在膨脹鉆孔注入膨脹劑對煤層進(jìn)行靜態(tài)壓裂，增加煤層透氣性，再通過抽米鉆孔進(jìn)行瓦斯抽米。
[0015]用膨脹材料對巖層進(jìn)行靜態(tài)壓裂時，首先根據(jù)煤層的自由面及硬度，在煤層上布置膨脹鉆孔和抽采鉆孔；
[0016]然后選用膨脹材料，并根據(jù)膨脹材料的特性要求進(jìn)行配制；
[0017]之后將配好的膨脹材料灌入膨脹鉆孔，膨脹材料反應(yīng)后將煤層破碎；
[0018]煤層被壓裂后，瓦斯可以通過抽采鉆孔和負(fù)壓設(shè)備進(jìn)行瓦斯抽采。
[0019]具體在布置膨脹鉆孔和抽采鉆孔時，最好遵循以下原則:
[0020]一般膨脹材料在施工時環(huán)境溫度高、破碎孔直徑大、水灰比小、孔距小時，開裂時間快、效力大；反之，開裂時間慢、效力小。因此，要根據(jù)現(xiàn)場條件及施工成本等綜合考慮布孔的孔距和孔徑。
[0021]具體實施，如圖1所示，在煤層上垂直于工作面布置水平膨脹鉆孔和抽采鉆孔，間隔一個或多個裝藥孔便保留一個空孔不裝靜態(tài)破碎劑，這樣不裝靜態(tài)破碎劑的空孔便作為抽采鉆孔。這種裝藥的方法可以采用從煤層兩側(cè)向內(nèi)順序破碎的方式，也可以采用一次破碎的方式。
[0022]鉆孔時，膨脹鉆孔應(yīng)較中部的抽采鉆孔適當(dāng)密集，以確保周邊介質(zhì)先被破裂。
[0023]膨脹鉆孔直徑可在25-100mm之間的范圍。按煤層實際情況進(jìn)行優(yōu)選膨脹鉆孔孔的最優(yōu)孔徑為60mm。
[0024]膨脹鉆孔的孔深最好在50-180m之間，根據(jù)煤層厚度和瓦斯積聚程度等進(jìn)行優(yōu)選尺最優(yōu)為50-100m。
[0025]膨脹鉆孔與抽采鉆孔之間的間距最好為2-10m，根據(jù)煤層硬度優(yōu)選尺寸，最優(yōu)尺寸為4-6m，在布置膨脹鉆孔的同時布置抽采鉆孔，從而進(jìn)行瓦斯抽采。
[0026]選用膨脹材料時，要根據(jù)不同的季節(jié)和溫度，選用適合的膨脹材料；對膨脹劑進(jìn)行配制時，根據(jù)破碎孔的傾斜度選擇配比:配制膨脹劑的水灰比一般為0.2-0.35。
[0027]如圖2所示，在填裝膨脹劑前應(yīng)該保證鉆孔孔內(nèi)和孔旁潔凈，煤層鉆孔內(nèi)的殘余煤渣和水應(yīng)用高壓空氣吹洗干凈。使用擠壓或灌漿栗將膨脹劑壓入孔內(nèi)，也可以將靜態(tài)破碎劑先用紙包裝成圓柱狀，浸水后填入膨脹鉆孔。對不同的膨脹鉆孔采用不同的比例間距充填，從而保證壓裂效果和充分利用膨脹材料。
[0028]實際工程中可根據(jù)膨脹材料的原理，首先對煤層進(jìn)行有針對性的實驗，根據(jù)實驗結(jié)果調(diào)整施工參數(shù)。
[0029]施工中還應(yīng)注意:
[0030]膨脹材料屬堿性，對皮膚有輕度腐蝕，操作人員必須戴防護(hù)眼鏡及乳膠手套，填充鉆孔直至裂紋發(fā)生前請勿對著孔口直視，以防偶爾發(fā)生的沖孔現(xiàn)象傷害眼睛；攪拌后的漿體應(yīng)在5分鐘內(nèi)填孔完畢；攪拌中發(fā)現(xiàn)漿體升溫迅速且燙手變干，應(yīng)將漿體倒在地下舍棄不用；不同型號的靜態(tài)破碎劑不可混用，嚴(yán)禁勾兌其它化學(xué)品；嚴(yán)格防潮，拆包后應(yīng)盡量用完。
[0031]本發(fā)明具有安全性高，易操作，成本低的特點，膨脹過程中不會發(fā)生震動、噪音、粉塵和有毒氣體。適用于各種煤礦的瓦斯抽采，尤其適用于低透性礦井的瓦斯抽采的處理。膨脹壓力大，最大可達(dá)lOOMPa。適用于各種煤層的破碎。
[0032]膨脹劑屬于水泥類的膨脹凝膠材料，與水發(fā)生水化反應(yīng)，形成固相體積倍增的結(jié)晶，從而對煤層鉆孔產(chǎn)生壓縮壓力，當(dāng)壓縮應(yīng)力、垂直方向的張拉應(yīng)力超過了煤體的抗拉強度時，便使破碎體發(fā)生發(fā)生龜裂。
[0033]膨脹劑是近年來發(fā)展起來的一種新型破碎施工技術(shù)，由于它可在無振動、無飛石，無噪音、無污染的條件下破碎或切割巖層或混凝土構(gòu)筑物，極適合于城市建設(shè)中各類鋼筋混凝土基礎(chǔ)、建筑物的拆迀及橋梁、碼頭、道路、涵洞的改擴(kuò)建。因而具有廣闊的發(fā)展前景，靜態(tài)破碎技術(shù)已成功地在地面得到應(yīng)用，但在煤層瓦斯抽采中還未有應(yīng)用的先例。本發(fā)明正是將膨脹材料應(yīng)用到煤礦的安全生產(chǎn)中。
[0034]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于膨脹材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，包括對低透性煤層中積聚的瓦斯進(jìn)行抽采，在膨脹鉆孔注入膨脹材料對煤層進(jìn)行靜態(tài)壓裂，再通過抽采鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采；利用膨脹材料對煤層壓裂瓦斯抽采的步驟包括: a、鉆孔階段:根據(jù)煤層的自由度及硬度，在煤層上布置膨脹鉆孔和抽采鉆孔； b、膨脹材料的配制:選用膨脹材料時，根據(jù)不同的煤層溫度和膨脹材料的特性要求進(jìn)行配比: C、填孔階段:將膨脹材料按一定比例間距壓入膨脹鉆孔內(nèi)，并用封孔材料迅速堵口，膨脹材料反應(yīng)后將煤層壓裂； d、抽采階段:膨脹材料將煤層壓裂后，煤層透氣性增大，通過抽采鉆孔進(jìn)行抽采，瓦斯?jié)舛冉档汀?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膨脹材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，在煤層上垂直于工作面布置水平膨脹鉆孔和抽采鉆孔，間隔一個或多個裝藥孔便保留一個空孔不裝膨脹材料，這樣不裝膨脹材料的空孔便作為抽采鉆孔，采用從煤層兩側(cè)向內(nèi)順序破碎的方式或采用一次破碎的方式。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于膨脹材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，鉆孔時，膨脹鉆孔比中部的抽采鉆孔密集，以確保周邊介質(zhì)先被破裂。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于膨脹材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，所述的膨脹鉆孔孔徑為25-100mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于膨脹材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，所述的膨脹鉆孔的孔深為50-180m。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于膨脹材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，所述的膨脹鉆孔與抽采鉆孔之間的間距2-10m。7.據(jù)權(quán)利要求2所述的基于膨脹材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，選用膨脹材料時，根據(jù)不同的季節(jié)和巖層的溫度，選用適當(dāng)?shù)呐蛎洸牧希? 對膨脹材料進(jìn)行配制時，根據(jù)鉆孔的傾斜度選擇配比的稠度: 配制膨脹材料的水灰比為0.2?0.35，將膨脹材料先用紙包裝成圓柱狀，浸水后填入鉆孔。8.根據(jù)權(quán)利要求7述的基于膨脹材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，在填裝膨脹材料前應(yīng)該保證鉆孔孔內(nèi)和孔旁潔凈，煤層鉆孔內(nèi)的殘余煤渣和水應(yīng)用高壓空氣吹洗于凈；使用擠壓或灌漿栗將膨脹材料壓入孔內(nèi)。9.據(jù)權(quán)利要求8所述的基于膨脹材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，對抽采鉆孔通過瓦斯抽采設(shè)備進(jìn)行抽采。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于膨脹材料的瓦斯抽采方法，包括對采煤工作面中的煤層進(jìn)行鉆孔，使用膨脹材料進(jìn)行煤層壓裂，再通過抽采鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。首先根據(jù)煤層的自由度及硬度，在煤層上布置膨脹鉆孔和抽采鉆孔；然后根據(jù)不同的煤層溫度和膨脹材料的特性要求進(jìn)行配比；再將煤層鉆孔內(nèi)的殘余煤渣和水應(yīng)用高壓空氣吹洗干凈，按照一定比例間距充填膨脹鉆孔；最后膨脹劑將煤層壓裂后，通過膨脹鉆孔對瓦斯進(jìn)行抽采。該方法使用膨脹材料對煤層進(jìn)行靜態(tài)壓裂，具有安全性高，易操作，成本低的特點，膨脹過程中不會發(fā)生震動、噪音、粉塵和有毒氣體。適用于各種煤礦的瓦斯抽采，尤其適用于低透性礦井的瓦斯抽采的處理。
【IPC分類】E21B43/26, E21F7/00
【公開號】CN105114117
【申請?zhí)枴緾N201510486199
【發(fā)明人】張嘉勇, 鞏學(xué)敏, 楊忠東, 常文杰, 周鳳增, 郭達(dá), 崔嘯
【申請人】華北理工大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月10日