專利名稱：低滲透性難抽采煤層的立體化瓦斯抽采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦瓦斯抽采的方法，尤其是低滲透性難抽采煤層的瓦斯抽采方法。
背景技術(shù)：
瓦斯，在煤炭界是指煤層氣或礦井瓦斯，瓦斯是無色、無味、無臭的氣體，對(duì)空氣的 相對(duì)密度是0. 554，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下瓦斯的密度為0. 7Wkg，瓦斯的滲透能力是空氣的1. 6倍， 難溶于水，不助燃也不能維持呼吸，達(dá)到一定濃度時(shí)，能使人因缺氧而窒息，并能發(fā)生燃燒 或爆炸。瓦斯在煤體或圍巖中是以游離狀態(tài)和吸著狀態(tài)存在的。當(dāng)空氣中氧氣濃度達(dá)到 10%時(shí)，若瓦斯?jié)舛仍?-16%之間，就會(huì)發(fā)生爆炸，濃度在30%左右時(shí)，就能安靜的燃燒。 因此對(duì)于煤礦生產(chǎn)來說瓦斯直接威脅著礦工的生命安全，但如果利用得當(dāng)，不僅能促進(jìn)煤 礦安全生產(chǎn)，還能開拓利用能源。大力開發(fā)煤層氣，既可以充分利用地下資源，又可以改善 礦井安全條件和提高經(jīng)濟(jì)效益，并有利于改善地方環(huán)境質(zhì)量和全球大氣環(huán)境。因此，我國(guó)煤 礦在防治瓦斯災(zāi)害方面應(yīng)徹底轉(zhuǎn)變觀念，煤礦企業(yè)應(yīng)從采掘部署上把瓦斯抽取與利用納入 正規(guī)生產(chǎn)的工藝流程，從時(shí)間和空間上給予充分保證，促進(jìn)煤層氣開發(fā)達(dá)到規(guī)?；a(chǎn)。只 有這樣，我國(guó)煤炭瓦斯災(zāi)害才會(huì)得到有效控制，高瓦斯礦井才會(huì)隨著治理瓦斯災(zāi)害費(fèi)用的 減低、生產(chǎn)效率的提高而獲得新生?，F(xiàn)有技術(shù)中普遍采用地面鉆井瓦斯抽采系統(tǒng)，在煤層開采前先行抽取井下瓦斯， 減低井下瓦斯?jié)舛取NlO 1672196A(CN200910233072. X)公開了一種提高地面鉆井抽采采動(dòng) 卸壓瓦斯量的方法，適用于地面鉆井抽采采空區(qū)瓦斯時(shí)提高抽采采動(dòng)卸壓煤層的瓦斯量。 通過向布置在地面鉆井中的抽采瓦斯管內(nèi)投入沙袋以封堵地面鉆井與采空區(qū)溝通的裂隙， 使地面鉆井減少抽采采空區(qū)的瓦斯，主要抽采上部被保護(hù)層的采動(dòng)卸壓瓦斯，從而大幅度 提高抽采瓦斯?jié)舛群统椴闪?，降低被保護(hù)層的瓦斯含量，同時(shí)降低保護(hù)層采空區(qū)的煤炭自 燃威脅。此方法不僅提高了地面鉆井抽采采動(dòng)卸壓瓦斯量，而且延長(zhǎng)了地面鉆井的有效抽 采瓦斯時(shí)間。CN101644166A(CN200910182121. 1)提供一種高瓦斯低透氣性煤層沖孔割縫卸壓 增透瓦斯抽采方法，當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)到煤層預(yù)定位置后，在鉆孔內(nèi)用一定壓力和流量的高壓水 射流對(duì)鉆孔兩側(cè)的煤體進(jìn)行切割，在鉆孔兩側(cè)形成一定寬度和高度的扁平縫槽；利用高壓 水射流將切割下來的煤體帶出孔外。大大增加了鉆孔內(nèi)割縫處煤體暴露面積，所形成的扁 平縫槽相當(dāng)于局部范圍內(nèi)開采了一層極薄的保護(hù)層，使鉆孔內(nèi)煤體卸壓、增透和瓦斯排放 有效影響范圍擴(kuò)大，煤體透氣性提高了 200 300倍左右，單孔瓦斯抽采量平均可達(dá)0. 3m3/ min,瓦斯抽采濃度可達(dá)30 60%，回采工作面瓦斯抽放率達(dá)到50%以上，割縫卸壓增透 后，瓦斯抽放鉆孔數(shù)減少10 20%。實(shí)現(xiàn)高瓦斯低透氣性突出煤層瓦斯的安全、高效、均勻 抽采，變高瓦斯突出危險(xiǎn)煤層為低瓦斯無突出危險(xiǎn)煤層。CN101251028A(CN200810023383. 9)提供一種高瓦斯煤層群開采沿空留巷Y型通 風(fēng)卸壓瓦斯抽采方法，其特征是在高瓦斯煤層群首采煤層采煤工作面沿空留巷采空區(qū)頂板 卸壓區(qū)和底板卸壓區(qū)，對(duì)于來自鄰近卸壓層通過采空區(qū)頂板煤巖層和底板煤巖層受采動(dòng)影響形成的裂隙通道匯集到頂板卸壓裂隙圈和底板卸壓裂隙圈內(nèi)的解吸游離瓦斯，在沿空留 巷內(nèi)由分別布置在頂板卸壓裂隙圈中的上向抽采瓦斯鉆孔和布置在底部卸壓裂隙圈中的 下向抽采瓦斯鉆孔進(jìn)行抽采。本發(fā)明從根本上解決高瓦斯低透氣性煤層群抽采率低的問 題，同時(shí)解決高瓦斯煤層群首采煤層采煤工作面上隅角和回風(fēng)巷風(fēng)流瓦斯超限問題，實(shí)現(xiàn) 了高濃度瓦斯的抽采利用、實(shí)現(xiàn)高瓦斯煤層群的無煤柱、高效及安全開采。CN101319615A(CN200710054520. 0)公開了一種煤礦回采工作面采空區(qū)瓦斯抽放 方法，具體步驟是先在回采工作面上風(fēng)道布置鉆孔，鉆孔的落底在回采工作面的煤層頂 板，等回采到鉆孔落底的位置時(shí)，由于煤層頂板自動(dòng)冒落，采空區(qū)的瓦斯向上移動(dòng)，通過預(yù) 先布置的鉆孔抽放進(jìn)入上風(fēng)道排出，該方法是瓦斯突出礦井的回采工作面采空區(qū)瓦斯治理 的一種有效方法。以上現(xiàn)有技術(shù)從不同的側(cè)面提出了瓦斯抽采的技術(shù)方案，但迄今為止尚未有綜合 性全方位立體化瓦斯抽采方法的報(bào)道，而對(duì)于低滲透性難抽采煤層，煤層的低滲透率特點(diǎn) 決定了瓦斯抽采的難度很大，只能通過立體化、全方位解決瓦斯抽采問題，才能達(dá)到安全生 產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前限制我國(guó)高瓦斯礦井井下瓦斯抽放的主要原因是煤層的低滲透 率和高可塑性，提供一種立體化瓦斯抽采方法。本發(fā)明立體化瓦斯抽采方法，包括在時(shí)間上為采前、采中、采后全過程的瓦斯抽 采，在空間上采用地面瓦斯抽采與井下瓦斯抽采相結(jié)合，在抽采方式上實(shí)現(xiàn)固定抽采瓦斯 方式與移動(dòng)抽采瓦斯方式相結(jié)合，在技術(shù)目標(biāo)上實(shí)現(xiàn)以安全為目的的抽采與以瓦斯再利用 為目的抽采相結(jié)合。術(shù)語說明煤層孔在煤層中施工的鉆孔。高位孔在煤層頂板施工的鉆孔。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種立體化瓦斯抽采方法，包括地面鉆井瓦斯抽采、井下掘進(jìn)瓦斯抽采和采空區(qū) 瓦斯抽采，其特征在于，步驟如下
1、采前瓦斯抽采在煤炭開采前全方位進(jìn)行煤層瓦斯的預(yù)抽，從地面鉆瓦斯抽采井，通過該抽采井 超前抽采煤層的瓦斯，使煤層的瓦斯?jié)舛冉档偷?0%以下。在巷道掘進(jìn)過程中，邊掘進(jìn)邊抽瓦斯，同時(shí)在煤層打好預(yù)抽瓦斯鉆孔，與地面瓦斯 抽采井聯(lián)通，在礦井采煤開始前1-2天，再次預(yù)抽煤層瓦斯使煤層的瓦斯?jié)舛冉档偷?5% 以下。2、采中瓦斯抽采在采煤工作面回采過程中全方位進(jìn)行瓦斯的邊采邊抽；利用采煤面推進(jìn)過程的卸 壓區(qū)抽采卸壓瓦斯；利用各種方式，在回采過程中抽采裂隙帶瓦斯；在回采過程中通過回風(fēng)隅角對(duì)采空區(qū)進(jìn)行瓦斯抽采；
在回采過程中通過地面鉆井動(dòng)壓采空區(qū)瓦斯抽采。3、采后瓦斯抽采在采煤工作回采之后，為減少已采區(qū)積存瓦斯對(duì)鄰近采面的影響，對(duì)已采區(qū)瓦斯 的繼續(xù)抽采，一是封閉抽采瓦斯；二是利用裂隙抽采工程對(duì)已采區(qū)瓦斯的抽采；三是利用 地面鉆井對(duì)已采區(qū)瓦斯的抽采。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)如下(1)地面與井下相結(jié)合的瓦斯抽采地面提前抽采瓦斯是實(shí)現(xiàn)高瓦斯向低瓦斯轉(zhuǎn)變的根本之路，即只有采取地面提前 抽采的措施，才能解決整個(gè)抽采與生產(chǎn)的良好銜接，實(shí)現(xiàn)由開采前的高瓦斯向開采時(shí)的低 瓦斯轉(zhuǎn)變。開展了地面鉆孔煤層壓裂瓦斯抽采、在地面鉆井到動(dòng)壓采空區(qū)瓦斯抽采為實(shí)現(xiàn) 立體化抽采瓦斯，建立了礦井瓦斯抽采系統(tǒng)，在礦井下建立了移動(dòng)式瓦斯抽采系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn) 開采煤層的地面超前預(yù)抽和井下超前預(yù)抽、隨采隨抽，形成地面與井下相結(jié)合的瓦斯抽采 體系，如

圖1所示(2)采前、采中、采后全過程的瓦斯抽采對(duì)于低透氣性松軟單一煤層的瓦斯防治，只有采取綜合措施，實(shí)現(xiàn)采前、采中、采 后全過程的瓦斯抽采，才能實(shí)現(xiàn)由高瓦斯區(qū)到低瓦斯區(qū)的轉(zhuǎn)化，為礦井生產(chǎn)創(chuàng)建本質(zhì)安全 型環(huán)境。采前瓦斯抽采是在煤炭開采前全方位進(jìn)行煤層瓦斯的預(yù)抽。一是地面利用各種方 式的瓦斯抽采井，按礦井生產(chǎn)銜接規(guī)劃，超前抽采煤層的瓦斯，降低煤層的瓦斯含量；二是 在礦井采煤準(zhǔn)備時(shí)，預(yù)抽煤層瓦斯。在巷道掘進(jìn)過程中，開展邊掘邊抽的掘進(jìn)瓦斯抽采的同 時(shí)，按設(shè)計(jì)在掘進(jìn)過程中提前完成煤層預(yù)抽瓦斯鉆孔，與礦井瓦斯抽采系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行煤層 瓦斯的預(yù)抽。在掘進(jìn)過程中沒有完成采前煤層瓦斯預(yù)抽工程的，在采煤前完成煤層瓦斯預(yù) 抽工程，按設(shè)計(jì)預(yù)抽時(shí)間對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽；三是實(shí)施井下模塊化瓦斯抽采，盡可能超前 預(yù)抽煤層瓦斯。采中瓦斯抽采是在采煤工作面回采過程中全方位進(jìn)行瓦斯的邊采邊抽。一 是利用采煤面推進(jìn)過程的卸壓區(qū)抽采卸壓瓦斯；二是利用各種方式在回采過程中抽采裂隙 帶瓦斯；三是在回采過程中通過回風(fēng)隅角對(duì)采空區(qū)進(jìn)行瓦斯抽采；四是在回采過程中通過 地面鉆井動(dòng)壓采空區(qū)瓦斯抽采。采后瓦斯抽采是在采煤工作回采之后，為減少已采區(qū)積存 瓦斯對(duì)鄰近采面的影響，對(duì)已采區(qū)瓦斯的繼續(xù)抽采。一是封閉抽采瓦斯；二是利用裂隙抽采 工程對(duì)已采區(qū)瓦斯的抽采；三是利用地面鉆井對(duì)已采區(qū)瓦斯的抽采。(3)固定與移動(dòng)相配合的瓦斯抽采固定與移動(dòng)相配合的瓦斯抽采是以礦井地面瓦斯抽采系統(tǒng)為主，配合井下移動(dòng)瓦 斯抽采系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際瓦斯抽采條件，用移動(dòng)瓦斯抽采系統(tǒng)的臨時(shí)性和簡(jiǎn)便性，輔助實(shí) 現(xiàn)煤層瓦斯的抽采。作為礦井瓦斯抽采系統(tǒng)的補(bǔ)充，一是礦井瓦斯抽采系統(tǒng)不能及時(shí)到位 的井下抽采地點(diǎn)；二是瓦斯涌出量相對(duì)較小的采掘點(diǎn)；三是對(duì)礦井瓦斯抽采系統(tǒng)的抽采效 果有較大影響的抽采地點(diǎn)；四是井下臨時(shí)進(jìn)行瓦斯抽采地點(diǎn)。鑒于我國(guó)煤層的賦存特點(diǎn)，我國(guó)煤層氣開發(fā)生產(chǎn)的重點(diǎn)應(yīng)放在井下，利用煤礦井 下的采掘巷道，并充分利用礦山壓力的采動(dòng)影響，通過打鉆孔和其它各種有效技術(shù)強(qiáng)化煤 層的瓦斯抽放，同時(shí)應(yīng)進(jìn)一步研究和不斷完善提高煤層滲透率的技術(shù)和鉆孔技術(shù)，研究提 高氣體質(zhì)量的技術(shù)，研究井下煤炭和瓦斯的協(xié)調(diào)開采配套技術(shù)以及煤礦瓦斯利用技術(shù)，使 之與井下煤層氣開發(fā)產(chǎn)業(yè)配套?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定和實(shí)驗(yàn)研究表明，采動(dòng)后支承壓力變化對(duì)開采煤層的滲透系數(shù)變化起主要作用，采場(chǎng)前方應(yīng)力集中帶中煤層的滲透系數(shù)極低而瓦斯壓力在 增大，故其內(nèi)部瓦斯涌出量會(huì)下降；當(dāng)開采煤層卸壓、圍巖松動(dòng)后瓦斯涌出量會(huì)急劇增加， 滲透系數(shù)值增大很多，可達(dá)數(shù)百倍，并使解吸流量也增加很多，搞清采動(dòng)裂隙帶的分布規(guī)律 即已清楚瓦斯的運(yùn)移通道。因此，搞清采動(dòng)裂隙帶的分布規(guī)律則可進(jìn)一步研究瓦斯在覆巖 采動(dòng)裂隙帶內(nèi)的運(yùn)移規(guī)律。這為采動(dòng)影響下的瓦斯抽放與利用提供了強(qiáng)有力的理論依據(jù)。本發(fā)明針對(duì)低透氣性松軟單一煤層條件，建立了全方位立體化的動(dòng)態(tài)瓦斯抽采體 系。在時(shí)間上實(shí)現(xiàn)采前、采中、采后全過程的瓦斯抽采，在空間上實(shí)現(xiàn)地面與井下瓦斯抽采 相結(jié)合，在抽采方式上實(shí)現(xiàn)固定抽采瓦斯方式與移動(dòng)抽采瓦斯方式相結(jié)合，在效益上實(shí)現(xiàn) 由安全抽采向利用抽采相結(jié)合。隨著該體系的全面建立和完善，實(shí)現(xiàn)了煤礦安全集約高效 生產(chǎn)，同時(shí)也促進(jìn)了瓦斯的綜合利用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1)地面與井下相結(jié)合的瓦斯抽采地面提前抽采瓦斯是實(shí)現(xiàn)高瓦斯向低瓦斯轉(zhuǎn)變的根本之路，即只有采取地面提前 抽采的措施，才能解決整個(gè)抽采與生產(chǎn)的良好銜接，實(shí)現(xiàn)由開采前的高瓦斯向開采時(shí)的低 瓦斯轉(zhuǎn)變。開展了地面鉆孔煤層壓裂瓦斯抽采、在地面鉆井到動(dòng)壓采空區(qū)瓦斯抽采為實(shí)現(xiàn) 立體化抽采瓦斯，建立了礦井瓦斯抽采系統(tǒng)，在礦井下建立了移動(dòng)式瓦斯抽采系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn) 開采煤層的地面超前預(yù)抽和井下超前預(yù)抽、隨采隨抽，形成地面與井下相結(jié)合的瓦斯抽采 體系。(2)全過程的瓦斯抽采對(duì)于低透氣性松軟單一煤層的瓦斯防治，只有采取綜合措施，實(shí)現(xiàn)采前、采中、采 后全過程的瓦斯抽采，才能實(shí)現(xiàn)由高瓦斯區(qū)到低瓦斯區(qū)的轉(zhuǎn)化，為礦井生產(chǎn)創(chuàng)建本質(zhì)安全 型環(huán)境。采前瓦斯抽采是在煤炭開采前全方位進(jìn)行煤層瓦斯的預(yù)抽。一是地面利用各種方 式的瓦斯抽采井，按礦井生產(chǎn)銜接規(guī)劃，超前抽采煤層的瓦斯，降低煤層的瓦斯含量；二是 在礦井采煤準(zhǔn)備時(shí)，預(yù)抽煤層瓦斯。在巷道掘進(jìn)過程中，開展邊掘邊抽的掘進(jìn)瓦斯抽采的同 時(shí)，按設(shè)計(jì)在掘進(jìn)過程中提前完成煤層預(yù)抽瓦斯鉆孔與礦井瓦斯抽采系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行煤層瓦 斯的預(yù)抽。在掘進(jìn)過程中沒有完成采前煤層瓦斯預(yù)抽工程的，在采煤前完成煤層瓦斯預(yù)抽 工程，按設(shè)計(jì)預(yù)抽時(shí)間對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽；三是實(shí)施井下模塊化瓦斯抽采，盡可能超前預(yù) 抽煤層瓦斯。采中瓦斯抽采是在采煤工作面回采過程中全方位進(jìn)行瓦斯的邊采邊抽。一是 利用采煤面推進(jìn)過程的卸壓區(qū)抽采卸壓瓦斯；二是利用各種方式在回采過程中抽采裂隙帶 瓦斯；三是在回采過程中通過回風(fēng)隅角對(duì)采空區(qū)進(jìn)行瓦斯抽采；四是在回采過程中通過地 面鉆井動(dòng)壓采空區(qū)瓦斯抽采。采后瓦斯抽采是在采煤工作回采之后，為減少已采區(qū)積存瓦 斯對(duì)鄰近采面的影響，對(duì)已采區(qū)瓦斯的繼續(xù)抽采。一是封閉抽采瓦斯；二是利用裂隙抽采工 程對(duì)已采區(qū)瓦斯的抽采；三是利用地面鉆井對(duì)已采區(qū)瓦斯的抽采。(3)固定與移動(dòng)相配合的瓦斯抽采固定與移動(dòng)相配合的瓦斯抽采是以礦井地面瓦斯抽采系統(tǒng)為主，配合井下移動(dòng)瓦 斯抽采系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際瓦斯抽采條件，用移動(dòng)瓦斯抽采系統(tǒng)的臨時(shí)性和簡(jiǎn)便性，輔助實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯的抽采。作為礦井瓦斯抽采系統(tǒng)的補(bǔ)充，一是礦井瓦斯抽采系統(tǒng)不能及時(shí)到位 的井下抽采地點(diǎn)；二是瓦斯涌出量相對(duì)較小的采掘點(diǎn)；三是對(duì)礦井瓦斯抽采系統(tǒng)的抽采效 果有較大影響的抽采地點(diǎn)；四是井下臨時(shí)進(jìn)行瓦斯抽采地點(diǎn)。
權(quán)利要求
1. 一種低滲透性難抽采煤層的立體化瓦斯抽采方法，包括地面鉆井瓦斯抽采、井下掘 進(jìn)瓦斯抽采和采空區(qū)瓦斯抽采，其特征在于，步驟如下 第一步采前瓦斯抽采在煤炭開采前全方位進(jìn)行煤層瓦斯的預(yù)抽，從地面鉆瓦斯抽采井，通過該抽采井超前 抽采煤層的瓦斯，使煤層的瓦斯?jié)舛冉档偷?0%以下；在巷道掘進(jìn)過程中，邊掘進(jìn)邊抽瓦斯，同時(shí)在煤層打好預(yù)抽瓦斯鉆孔與地面瓦斯抽采 井聯(lián)通，在礦井采煤開始前1-2天，再次預(yù)抽煤層瓦斯使煤層的瓦斯?jié)舛冉档偷?5%以下； 第二步采中瓦斯抽采在采煤工作面回采過程中全方位進(jìn)行瓦斯的邊采邊抽，利用采煤面推進(jìn)過程的卸壓區(qū) 抽采卸壓瓦斯；具體如下利用各種方式，在回采過程中抽采裂隙帶瓦斯； 在回采過程中通過回風(fēng)隅角對(duì)采空區(qū)進(jìn)行瓦斯抽采； 在回采過程中通過地面鉆井動(dòng)壓采空區(qū)瓦斯抽采； 第三步采后瓦斯抽采在采煤工作回采之后，為減少已采區(qū)積存瓦斯對(duì)鄰近采面的影響，對(duì)已采區(qū)瓦斯繼續(xù) 抽采，一是封閉抽采瓦斯；二是利用裂隙抽采工程對(duì)已采區(qū)瓦斯的抽采；三是利用地面鉆 井對(duì)已采區(qū)瓦斯的抽采。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低滲透性難抽采煤層的立體化瓦斯抽采方法，它在時(shí)間上為采前、采中、采后全過程的瓦斯抽采，在空間上采用地面瓦斯抽采與井下瓦斯抽采相結(jié)合，在抽采方式上實(shí)現(xiàn)固定抽采瓦斯方式與移動(dòng)抽采瓦斯方式相結(jié)合，在技術(shù)目標(biāo)上實(shí)現(xiàn)以安全為目的的抽采與以瓦斯再利用為目的抽采相結(jié)合。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了煤礦安全集約高效生產(chǎn)，同時(shí)也促進(jìn)了瓦斯的綜合利用。
文檔編號(hào)E21F7/00GK102094671SQ20111004939
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月27日
發(fā)明者何希霖, 劉德春, 劉永祿, 張勝文, 湛厚星, 陳民, 高明濤 申請(qǐng)人:山東新礦趙官能源有限責(zé)任公司