本發(fā)明屬于煤礦采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于催化變性原理的變載抽采管道及抽采方法。

背景技術(shù)：

近年來，我國政府和煤礦企業(yè)對瓦斯抽采防治瓦斯災(zāi)害高度重視，高瓦斯礦井瓦斯抽采全覆蓋已成為保證煤礦安全生產(chǎn)的基本要求，采空區(qū)瓦斯涌出是煤礦瓦斯治理工作中的重點和難點。

目前，治理采空區(qū)瓦斯涌出最有效、最常用的方法為上隅角埋管抽采，該方法實質(zhì)是在工作面回風(fēng)巷預(yù)先鋪設(shè)抽采管路，工作面頂板垮落后抽采管路被埋入采空區(qū)，抽采因采空區(qū)漏風(fēng)涌向工作面瓦斯，依靠人工拆卸管路實現(xiàn)抽采口沿工作面推進方向移動。由于受到井下工作面空間(采空區(qū)人員無法進入)的限制，人工拆卸管路需要臨時關(guān)停工作面抽采系統(tǒng)，造成抽采中斷，缺乏連續(xù)性，若要保證抽采連續(xù)性則需要在回風(fēng)巷另外鋪設(shè)一趟接替管路，使得原本有限的井下工作面空間更加擁擠，不僅造成資源浪費，還影響煤炭和材料的運輸，缺乏科學(xué)性；另外，受抽采管路材質(zhì)、單節(jié)長度(一般為4-6m)的限制，人工拆卸管路難以實現(xiàn)對抽采口位置的精準(zhǔn)控制，而抽采口位置是決定抽采效果的關(guān)鍵因素，抽采口距離工作面較遠會影響工作面瓦斯治理效果，對自燃煤層來講，還有可能引起采空區(qū)遺煤自燃，引發(fā)礦井火災(zāi)；抽采口距離工作面較近會降低抽采濃度，影響抽采效果，還給工作面人員、設(shè)備帶來安全隱患，缺乏高效性、安全性。

因此，需要提供一種針對上述現(xiàn)有技術(shù)不足的改進技術(shù)方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種能夠保證煤礦井下采空區(qū)瓦斯抽采的連續(xù)性強、科學(xué)性高、安全性強、效率高的基于催化變性原理的變載抽采管道及抽采方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于催化變性原理的變載抽采管道，所述變載抽采管道用于煤礦采空區(qū)瓦斯抽采系統(tǒng)中；所述變載抽采管道包括原始段、過渡段和衰減段；其中，所述原始段的抗壓載荷為p1，所述衰減段的抗壓載荷為p2，所述過渡段的抗壓載荷為p3，且p1＞p3＞p2。

在如上所述的變載抽采管道，優(yōu)選地，所述p2為0.5～0.6倍p4，所述p3為0.7～0.8倍p1，且p3＞p4；其中，所述p4為所述抽采系統(tǒng)中工作面頂板周期來壓壓力值，mpa。

在如上所述的變載抽采管道，優(yōu)選地，所述過渡段的長度值為0～1m。

一種采用所述的變載抽采管道的抽采系統(tǒng)的抽采方法，所述抽采方法包括以下步驟：

1)在所述抽采系統(tǒng)中的工作面回風(fēng)巷內(nèi)鋪設(shè)抗壓載荷為p1的抽采管路；

2)在所述抽采系統(tǒng)正常工作前的t2天時，在距離工作面3.5s處沿工作面推進方向的步驟1)中的所述抽采管路的表面上涂抹降荷載催化劑，涂抹長度為0.5～0.7s；

3)步驟2)中所述涂抹降荷載催化劑長度為0.5～0.7s的抽采管路為衰減段，當(dāng)衰減段的表面涂抹降載荷催化劑后，衰減段抗壓載荷逐漸衰減，經(jīng)過時間t1天后抗壓載荷從p1衰減到p2；且t2＞t1；

4)步驟3)中衰減段的抗壓荷載衰減到p2后，抗壓荷載降至工作面頂板周期來壓壓力的50％-60％，工作面周期來壓頂板垮落，所述變載抽采管路的衰減段會直接被壓斷；沿工作面回采方向過渡段和原始段的所述變載抽采管路的抗壓荷載大于周期來壓壓力值，不會被壓斷；從而實現(xiàn)抽采系統(tǒng)與采空區(qū)深部抽采管路的自動分離，使抽采口處于最佳抽采位置。

在如上所述的抽采方法，優(yōu)選地，t2＝t1～k×s/l，s為工作面頂板周期來壓步距，m；k為超前系數(shù)取3～4；l為工作面日推進長度，m。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下優(yōu)異效果：

1、本發(fā)明通過催化變性原理使變載抽采管道抗壓載荷發(fā)生變化，利用井下工作面頂板垮落效應(yīng)，能實現(xiàn)抽采系統(tǒng)與采空區(qū)深部抽采管路的自動分離，保證抽采口處于最佳抽采位置，能夠?qū)崿F(xiàn)瓦斯抽采的連續(xù)性、科學(xué)性、高效性，整個過程除人工提前涂抹降載荷催化劑外，其余過程靠頂板垮落壓力作用實現(xiàn)，無需人工干預(yù)，保證了工作面人員的安全性。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案能夠節(jié)省工作面工作空間和材料，解放部分勞動力，降低安全管理成本，大幅提升工作面生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于催化變性原理的變載抽采管道及抽采方法的井下工作面示意圖。

圖2是本發(fā)明一種基于催化變性原理的變載抽采管道及抽采方法的抽采管路布置平面圖。

圖3是本發(fā)明一種基于催化變性原理的變載抽采管道及抽采方法的抽采管路布置的a-a剖面圖。

圖中：1、抽采連接系統(tǒng)2、變載抽采管道3、回風(fēng)巷4、回采工作面5、采空區(qū)6、進風(fēng)巷7、第二原始段8、過渡段9、第二抽采口10、衰減段11、第一抽采口12、回風(fēng)巷底板13、支撐架14、袋子墻15、第一原始段。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明中使用的術(shù)語“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接；可以是直接相連，也可以通過中間部件間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

如圖1-3所示，本發(fā)明提供的基于催化變性原理的變載抽采管道2，該變載抽采管道2用于煤礦采空區(qū)5瓦斯抽采系統(tǒng)中；變載抽采管道2包括原始段、過渡段8和衰減段10；其中，原始段的抗壓載荷為p1，衰減段10的抗壓載荷為p2，過渡段8的抗壓載荷為p3，且p1＞p3＞p2。進一步優(yōu)選，p2為0.5～0.6倍p4，p3為0.7～0.8倍p1，且p3＞p4；其中，p4為抽采系統(tǒng)中工作面頂板周期來壓壓力值，mpa。過渡段8的長度值為0～1m。

本發(fā)明實施例是具體如下：在表面不使用降載荷催化劑情況下，基于催化變性原理的變載抽采管道2原始抗壓載荷達到p1；表面涂抹降載荷催化劑后，衰減段10抗壓載荷逐漸衰減，經(jīng)過一定時間t1衰減到p2；未衰減段10抗壓載荷不變，過渡段8長度小于1m，過渡段8抗壓載荷不低于p3；其中：同型號變載抽采管道2原始抗壓載荷p1值參考sy/t5037-2000、gbt_20801-2006、gbt_3091-2001、gbt_9163-1999，mpa；p2為0.5-0.6倍p4；p3為0.7-0.8倍p1；且p3＞p4，p4為使用該管路工作面頂板周期來壓壓力值，mpa；p1、p2和p3的單位也均為mpa。

本發(fā)明中過渡段8抗壓載荷小于原始段抗壓載荷，且大于衰減段10抗壓荷載，其原因是雖然過渡段8上并沒有涂降載荷催化劑，但是受其相鄰的衰減段10涂降載荷催化劑的影響，過渡段8抗壓載荷也會稍微下降，但是控制在p1＞p3＞p2范圍內(nèi)。

本發(fā)明中衰減段10抽采管路經(jīng)過t1時間的衰減，抗壓荷載降至工作面頂板周期來壓壓力的50％-60％，工作面周期來壓頂板垮落，衰減段10抽采管路會直接被壓斷，沿工作面回采方向過渡段8及原始段的抽采管路抗壓荷載大于周期來壓壓力值，保存完好，實現(xiàn)抽采系統(tǒng)與采空區(qū)5深部抽采管路的自動分離，保證抽采口處于最佳抽采位置，能夠?qū)崿F(xiàn)瓦斯抽采的連續(xù)性、科學(xué)性、高效性，整個過程除人工提前涂抹降載荷催化劑外，其余過程靠頂板垮落壓力作用實現(xiàn)，無需人工干預(yù)，保證了工作面人員的安全性。

本發(fā)明中在工作面回風(fēng)巷3預(yù)先鋪設(shè)抗壓荷載為p1的新材料抽采管路，抽采系統(tǒng)正常工作前，提前t2天在距離工作面3.5s處沿工作面推進方向涂抹催化劑，涂抹長度為0.5-0.7s，t2＝t1-k×s/l，其中，s為工作面頂板周期來壓步距，m；k為超前系數(shù)取3-4，l為工作面日推進長度，m。

本發(fā)明中提前t2天涂抹降載荷催化劑是為讓催化劑與變載管路充分反應(yīng)，修正系數(shù)k1取值主要考慮修正由于環(huán)境濕度、溫度等不確定因素對催化效果造成的影響；超前系數(shù)k2指下一抽采口與衰減段10之間的距離，即抽采管路與采空區(qū)5的最長距離，該距離長度可以結(jié)合礦井漏風(fēng)帶寬度進行修正；

t2＝k1(t1-k2×s/l)，s為工作面頂板周期來壓步距，m，k1為修正系數(shù)取1-1.5，k2為超前系數(shù)取3-4，l為工作面日推進長度，m。

又如圖1所示，煤礦井下工作面由進風(fēng)巷6、回采工作面4、回風(fēng)巷3、采空區(qū)5、變載抽采管道2和抽采連接系統(tǒng)1組成；采空區(qū)5位于煤礦井下工作面的右側(cè)，進風(fēng)巷6和回風(fēng)巷3組成的通風(fēng)巷道位于采空區(qū)5的左側(cè)，且該通風(fēng)巷道圍繞在回采工作面4的外圍，變載抽采管道2設(shè)置在回風(fēng)巷3內(nèi)且一端伸入到采空區(qū)5內(nèi)，變載抽采管道2的另一端與抽采連接系統(tǒng)1抵接。

又如圖2和圖3所示，變載抽采管道2由左至右依次為第二原始段7、過渡段8、衰減段10和第一原始段15，第一原始段15的一端穿過袋子墻14伸入到第一抽采口11處，衰減段10整段位于第二抽采口9處，利于當(dāng)?shù)谝怀椴煽?1抽取完畢后，來自工作面周期來壓頂板垮落，使衰減段10會直接被壓斷，而沿工作面回采方向的過渡段8、第一原始段15和第二原始段7的變載抽采管路的抗壓荷載大于周期來壓壓力值，不會被壓斷；從而實現(xiàn)抽采系統(tǒng)與采空區(qū)5深部抽采管路的自動分離，使抽采口處于最佳抽采位置即第二抽采口9處。

實施例1

本發(fā)明在實施時，回采工作面4形成后在回風(fēng)巷3預(yù)先鋪設(shè)變載抽采管道2，變載抽采管道2距回風(fēng)巷底板12間距為1.5m，采用支撐架13鋪設(shè)，鋪設(shè)間距為4m，回采工作面4正常生產(chǎn)期間，每間隔1.5sm施工一組寬3m的袋子墻1414，提前t2天在衰減段10涂抹降載催化劑，經(jīng)過t1天衰減，衰減段10抗壓載荷降低為p2，過渡段8抗壓載荷降低為p3，原始段抗壓載荷不變?yōu)閜1，在頂板垮落作用力p4作用下衰減段10被砸斷，支撐架13自動變?yōu)橄乱怀椴煽?，整個過程除人工提前涂抹降載荷催化劑外，其余過程靠頂板垮落作用實現(xiàn)，無需人工干預(yù)，該過程只需要重點監(jiān)測工作面頂板周期來壓壓力值p4，根據(jù)p4值計算p2值，結(jié)合降載荷催化劑效率，確定衰減時間t1，工作面回采初期暫無該工作面頂板周期來壓數(shù)值時，參考其臨近工作面數(shù)據(jù)(正常情況下，相同開采工藝的臨近工作面，頂板周期來壓數(shù)值變化較小)，具有實測條件后進行修正，本發(fā)明具有瓦斯抽采的連續(xù)性、科學(xué)性、安全性、高效性，能夠節(jié)省工作面工作空間和材料，解放部分勞動力，降低安全管理成本，大幅提升工作面生產(chǎn)效率的優(yōu)點。

實施例2

本發(fā)明實施例中只需要重點監(jiān)測工作面頂板周期來壓步距值s，根據(jù)s值，結(jié)合工作面日推進度l，確定衰減時間t2，工作面回采初期暫無該工作面頂板周期來壓步距值時，參考其臨近工作面數(shù)據(jù)(正常情況下，相同開采工藝的臨近工作面；頂板周期來壓步距值變化較小)，具有實測條件后進行修正，本發(fā)明具有瓦斯抽采的連續(xù)性、科學(xué)性、安全性、高效性，能夠節(jié)省工作面工作空間和材料，解放部分勞動力，降低安全管理成本，大幅提升工作面生產(chǎn)效率的優(yōu)點。其他設(shè)置與實施例1中相同，在此不再贅述。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均在本發(fā)明待批權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。