一种短立井与钻孔组合抽采多采空区瓦斯的方法技术

本发明专利技术属于采空区瓦斯抽采利用领域，具体涉及一种短立井与钻孔组合抽采多采空区瓦斯的方法，解决了工作面较大的多个采空区，采用单个钻井进行抽采工程量大且需要在地面布置大量管路的问题，本发明专利技术方法首先垂直向下施工一段短立井，再在立井基础上向采空区上方10～30m处的裂隙带内施工抽采钻孔，进行瓦斯抽采。本发明专利技术针对大型采空区集群化的生产实际，可同时抽采利用多个采空区内瓦斯，经济效益非常可观，具有巨大的推广价值。

A Method of Gas Extraction from Multi-goaf by Combination of Short Vertical Shaft and Borehole

The invention belongs to the field of gas extraction and utilization in goaf, and specifically relates to a method of gas extraction in multi-goaf by combination of short vertical wells and boreholes, which solves the problems of large number of goafs in working face, large amount of pumping engineering by single drilling and large number of pipelines on the ground. The method of the invention firstly constructs a short vertical shaft vertically downward, and then mining on the basis of vertical wells. Drilling holes are constructed in the fissure zone 10-30m above the goaf for gas extraction. According to the production practice of large-scale goaf clustering, the invention can simultaneously extract and utilize gas in multiple goafs, with considerable economic benefits and great popularization value.

【技术实现步骤摘要】
一种短立井与钻孔组合抽采多采空区瓦斯的方法
本专利技术属于采空区瓦斯抽采利用领域，具体涉及一种短立井与钻孔组合抽采多采空区瓦斯的方法。
技术介绍
随着综合机械化采煤方法的推广及应用，采煤工作面的推进长度不断刷新纪录，一般综采工作面其推进长度也可达1500m以上，并且煤炭开采速度也在不断加快，这些工作面很快就形成了一大批面积巨大、规则分布的采空区群。并且我国有70%的采空区为高瓦斯采空区，这些集群化的采空区内赋存着储量极为可观的瓦斯资源。瓦斯作为一种有害气体，排放到大气中所产生的温室效应是二氧化碳的21倍，这些海量瓦斯一旦因为地表沉陷、地震等原因从采空区内逸出将会对环境造成极大破坏，但同时瓦斯也是一种清洁能源，燃烧瓦斯比燃烧煤炭造成的污染要少很多，因此若能对这些采空区群内的残留瓦斯的能源化利用，不但可以避免对环境的潜在威胁，还可有效缓解我国天然气供应不足的局面，实现良好的经济效益及环境效益。而相对规则的分布形态为大规模采集利用这些采空区群内的瓦斯创造了极为便利的条件。目前针对采空区瓦斯抽采利用的技术手段，多为在单个采空区实施地面钻井抽采，但单个地面钻井技术更适用于原工作面推进长度小于1000m的采空区，抽采能力有限。对原工作面长度超过1500m的多个采空区，若继续实施单个钻井进行抽采，工程量较大，在地面要形成集中运输所需布置的管路较多。因此研发一种专门针对多个采空区的抽采方式，集中高效地将多个大型采空区的瓦斯进行抽采利用，对当前采空区资源开采利用意义重大。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种短立井与钻孔组合抽采多采空区瓦斯的方法。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种短立井与钻孔组合抽采多采空区瓦斯的方法，包括以下步骤：1）根据原煤层工作面布置图、采掘工程平面图和矿区井上下对照图圈定采空区群边界，在距采空区群中部沿原工作面推进方向且位于地势较平坦处，选择两点A点和B点分别作为立井施工点，其中A点和B点的间距为500～650m；2）在A点由地面垂直向下施工立井A，立井A的深度为采空区顶板岩层埋深的10%～20%，立井A的直径为8～12m；3）在距立井A底部1～2m的位置范围分别向采空区上方10～30m的裂隙带内施工瓦斯抽采孔道,瓦斯抽采孔道包括位于同一平面的两处瓦斯抽采孔道A以及位于另一平面的两处瓦斯抽采孔道B，瓦斯抽采孔道A和瓦斯抽采孔道B所处的平面相互垂直，且两处瓦斯抽采孔道A和两处瓦斯抽采孔道B分别位于立井A的前后左右四个方向，采空区内的瓦斯抽采孔道A与竖直方向的夹角范围45°～60°，采空区内的瓦斯抽采孔道B与竖直方向的夹角范围75°～85°，瓦斯抽采孔道A和瓦斯抽采孔道B的直径为80～150mm；4）立井A以及瓦斯抽采孔道A和瓦斯抽采孔道B内敷设钢管防止塌孔，进一步密封立井A的地面端，在立井A的上部安装过滤装置并连接抽采管路，在高于过滤装置1m的抽采管路上安装阀门A，高于阀门A0.5m的位置安装瓦斯监测表，抽采管路连接有地面瓦斯采集装置，在抽采管路和地面瓦斯采集装置的中部设置有气体排放管且在气体排放管上设置阀门B，气体排放管连接有变压吸附室；其中，过滤装置用于将瓦斯气体中所带的水气及大颗粒杂质进行滤除，过滤装置包括类似于空气滤清器内的海绵滤网以及干燥剂，干燥剂设置为防漏设置，防止干燥剂随瓦斯气体一同进入到地面瓦斯采集装置内。5）管路整体安装完成后，预先打开阀门A和阀门B对井内气体进行抽排并通过与气体排放管连接的变压吸附室采用变压吸附技术进行提纯处理，同步利用瓦斯监测表对瓦斯浓度进行实时监控；待瓦斯浓度超过30%，关闭阀门B后进行瓦斯的抽采作业；抽采期间将井口压力保持在-10kpa～-2kpa范围；当瓦斯浓度低于30%时，关闭阀门A，静待5～10天，再进行抽采；6）在B点施工立井B并重复步骤2）、3）、4）、5），进行B点位置的瓦斯抽采作业。本专利技术相比现有技术具有的特定技术特征及有益效果是：本专利技术基于现代高强集约化开采条件下，矿井迅速产生大量规则、平整采空区的生产实际。通过施工一段短立井再在立井内施工多个抽采钻孔的方式实现同时抽采利用多个大型采空区内瓦斯。对当前采空区实际情况适用性较强，可有效开发利用这些大型采空区群内的巨量瓦斯资源，经济效益非常可观，具有巨大的推广价值。附图说明图1是本专利技术的抽采流程剖面结构示意图；图2是本专利技术的结构示意俯视图。图中：1-地面瓦斯采集装置，2-抽采管路，3-瓦斯监测表，4-阀门A，5-过滤装置，6-阀门B，7-气体排放管，8-采空区，9-瓦斯抽采孔道A，10-立井A，11-立井B,12-瓦斯抽采孔道B，13-变压吸附室。具体实施方式参照图1和图2并结合实施例对本专利技术进行进一步阐述，山西晋城某矿开采2号、3号、6号煤层，采煤方法为综合机械走向长壁式，煤层倾角平均小于8°，矿井采区准备巷道盘区式单层布置。上覆2号煤层已经回采完毕，煤层厚度1.5～2.4m，平均1.9m，2号煤为优质无烟煤，采空区内预计遗留有大量瓦斯资源。2号煤层上覆表土层厚度180～420m，平均300m，原煤层共布置两个采区，每个采区内均有十多个工作面，原工作面推进长度平均1800m。为高效抽采利用这些采空区内瓦斯资源，本专利技术提供的专利技术方法具体为:1）根据原煤层工作面布置图、采掘工程平面图和矿区井上下对照图圈定采空区8群边界，在距采空区8群中部沿原工作面推进方向且位于地势较平坦处，选择两点A点和B点分别作为立井施工点，其中A点和B点的间距为500～650m；2）在A点由地面垂直向下施工立井A10，立井A10的深度为采空区8顶板岩层埋深的10%～20%，立井A10的直径为8～12m；3）在距立井A10底部1～2m的位置范围分别向采空区8上方10～30m的裂隙带内施工瓦斯抽采孔道,瓦斯抽采孔道包括位于同一平面的两处瓦斯抽采孔道A以及位于另一平面的两处瓦斯抽采孔道B，瓦斯抽采孔道A和瓦斯抽采孔道B所处的平面相互垂直，且两处瓦斯抽采孔道A和两处瓦斯抽采孔道B分别位于立井A4的前后左右四个方向，采空区8内的瓦斯抽采孔道A9与竖直方向的夹角范围45°～60°，采空区8内的瓦斯抽采孔道B12与竖直方向的夹角范围75°～85°，瓦斯抽采孔道A9和瓦斯抽采孔道B12的直径为80～150mm；4）立井A10以及瓦斯抽采孔道A9和瓦斯抽采孔道B12内敷设钢管防止塌孔，，进一步密封立井A10的地面端，在立井A10的上部安装过滤装置并连接抽采管路2，在高于过滤装置51m的抽采管路2上安装阀门A4，高于阀门A40.5m的位置安装瓦斯监测表3，抽采管路2连接有地面瓦斯采集装置1，在抽采管路2和地面瓦斯采集装置1的中部设置有气体排放管7且在气体排放管7上设置阀门B6；5）管路整体安装完成后，预先打开阀门A4和阀门B6对井内气体进行抽排并通过气体排放管7接入变压吸附室13采用变压吸附技术进行提纯处理，同步利用瓦斯监测表3对瓦斯浓度进行实时监控；待瓦斯浓度超过30%，关闭阀门B6后进行瓦斯的抽采作业；抽采期间将井口压力保持在-2kpa～-10kpa范围；当瓦斯浓度低于30%时，关闭阀门A4，静待5～10天，再进行抽采；6）在B点施工立井B11并重复步骤2）、3）、4）、5），进行B点位置的瓦斯抽采作业。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短立井与钻孔组合抽采多采空区瓦斯的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）根据原煤层工作面布置图、采掘工程平面图和矿区井上下对照图圈定采空区（8）群边界，在距采空区（8）群中部沿原工作面推进方向且位于地势较平坦处，选择两点A点和B点分别作为立井施工点，其中A点和B点的间距为500～650m；2）在A点由地面垂直向下施工立井A（10），立井A（10）的深度为采空区（8）顶板岩层埋深的10%～20%，立井A（10）的直径为8～12m；3）在距立井A（10）底部1～2m的位置范围分别向采空区（8）上方10～30m的裂隙带内施工瓦斯抽采孔道, 瓦斯抽采孔道包括位于同一平面的两处瓦斯抽采孔道A以及位于另一平面的两处瓦斯抽采孔道B，瓦斯抽采孔道A和瓦斯抽采孔道B所处的平面相互垂直，且两处瓦斯抽采孔道A和两处瓦斯抽采孔道B分别位于立井A（4）的前后左右四个方向，采空区（8）内的瓦斯抽采孔道A（9）与竖直方向的夹角范围45°～60°，采空区（8）内的瓦斯抽采孔道B（12）与竖直方向的夹角范围75°～85°，瓦斯抽采孔道A（9）和瓦斯抽采孔道B（12）的直径为80～150mm；4）立井A（10）以及瓦斯抽采孔道A（9）和瓦斯抽采孔道B（12）内敷设钢管防止塌孔，进一步密封立井A（10）的地面端，在立井A（10）的上部安装过滤装置（5）并连接抽采管路（2），在高于过滤装置（5）1m的抽采管路（2）上安装阀门A（4），高于阀门A（4）0.5m的位置安装瓦斯监测表（3），抽采管路（2）连接有地面瓦斯采集装置（1），在抽采管路（2）和地面瓦斯采集装置（1）的中部设置有气体排放管（7）且在气体排放管（7）上设置阀门B（6），气体排放管（7）连接有变压吸附室（13）；5）管路整体安装完成后，预先打开阀门A（4）和阀门B（6）对井内气体进行抽排并通过与气体排放管（7）连接的变压吸附室（13）采用变压吸附技术进行提纯处理，同步利用瓦斯监测表（3）对瓦斯浓度进行实时监控；待瓦斯浓度超过30%，关闭阀门B（6）后进行瓦斯的抽采作业；抽采期间将井口压力保持在‑10kpa～‑2kpa范围；当瓦斯浓度低于30%时，关闭阀门A（4），静待5～10天，再进行抽采；6）在B点施工立井B（11）并重复步骤2）、3）、4）、5），进行B点位置的瓦斯抽采作业。...

【技术特征摘要】
1.一种短立井与钻孔组合抽采多采空区瓦斯的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）根据原煤层工作面布置图、采掘工程平面图和矿区井上下对照图圈定采空区（8）群边界，在距采空区（8）群中部沿原工作面推进方向且位于地势较平坦处，选择两点A点和B点分别作为立井施工点，其中A点和B点的间距为500～650m；2）在A点由地面垂直向下施工立井A（10），立井A（10）的深度为采空区（8）顶板岩层埋深的10%～20%，立井A（10）的直径为8～12m；3）在距立井A（10）底部1～2m的位置范围分别向采空区（8）上方10～30m的裂隙带内施工瓦斯抽采孔道,瓦斯抽采孔道包括位于同一平面的两处瓦斯抽采孔道A以及位于另一平面的两处瓦斯抽采孔道B，瓦斯抽采孔道A和瓦斯抽采孔道B所处的平面相互垂直，且两处瓦斯抽采孔道A和两处瓦斯抽采孔道B分别位于立井A（4）的前后左右四个方向，采空区（8）内的瓦斯抽采孔道A（9）与竖直方向的夹角范围45°～60°，采空区（8）内的瓦斯抽采孔道B（12）与竖直方向的夹角范围75°～85°，瓦斯抽采孔道A（9）和瓦斯抽采孔道B（12）的直径为80～150...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国瑞，崔家庆，李振，姜海纳，宋诚，牛小红，胡胜勇，韩艳娜，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14