地面高效抽采多层位老空区煤层气的防灭火抽采方法技术

本发明专利技术公开了一种地面高效抽采多层位老空区煤层气的防灭火抽采方法，通过向最上部同一水平层位多个老空区卸压解吸带的上部边界处注入大量浆体材料及聚氨酯材料，形成覆盖整个老空区的隔氧层，同时在老空区相邻的生产矿井靠近老空区边界煤柱一侧施工密闭墙隔绝相邻生产矿井的空气涌入老空区，施工完毕后，用SF6示踪气体、氧气传感器验证老空区的密闭性。然后从地面向中央老空区内部施工垂直井，抽采多层位老空区煤层气；抽采过程中，针对老空区不同位置处的温度传感器和CO传感器的示数变化，及时采取相应的灭火措施，消除了煤层气抽采过程中的火灾隐患。该方法解决了老空区煤层气地面抽采时遗煤自燃及爆炸事故，保证了煤层气抽采的安全进行。气抽采的安全进行。气抽采的安全进行。

【技术实现步骤摘要】
地面高效抽采多层位老空区煤层气的防灭火抽采方法


[0001]本专利技术涉及一种地面高效抽采多层位老空区煤层气的防灭火抽采方法，属于煤层气抽采防灭火


技术介绍

[0002]随着煤炭行业持续淘汰落后产能，一大批开采技术落后的小煤窑以及煤炭资源枯竭的煤矿陆续关闭，而这些关闭的矿井仍然残存着大量的瓦斯资源。从2010年以来，全国累计关闭煤矿近3万处，预计2030年达15000处。预计全国关闭煤矿残存煤层气5000亿立方米，仅山西就有2000亿立方米。煤层气作为一种优质的清洁能源和化工原料，对其进行合理抽采对于我国调整能源结构，缓解天然气供应压力具有重要意义。
[0003]然而我国煤矿老空区煤层气抽采尚处于起步阶段，且现有老空区煤层气抽采以地面抽采为主。对于我国大多数煤矿开采后形成的垮落式老空区，随着上覆岩层的垮落极易在地面形成裂隙，构成连通老空区的漏风通道。再加之开采过程受制于技术条件限制，煤矿开采率较低，老空区留有较多遗煤。因此，老空区地面抽采过程中易受遗煤自燃影响，严重制约着老空区煤层气的安全高效开采。
[0004]目前针对老空区煤层气抽采过程中的防火研究甚少。中国专利CN105971563A公布了一种上、下部都为刀柱法开采形成的复合老空区的煤层气抽采方法；中国专利CN106014345A公布了一种下部垮落法形成的复合老空区的煤层气的抽采方法。但上述抽采技术仅适用于自然发火倾向性小、地表与老空区未沟通的简单工况。并不能用来解决老空区存在地面漏风通道以及遗煤自然发火性较强的复杂工况。中国专利CN110486079B公布了一种特厚煤层分层开采的瓦斯抽采方法，该方法运用沿空留巷技术，在沿空留巷巷道向下区段工作面回风巷施工钻孔，待工作面每经过一组钻孔，经钻孔对采空区瓦斯抽采完成后，便向已抽采瓦斯的采空区内注入氮气用于防灭火。虽然上述方法在一定程度上探索了在采空区瓦斯抽采过程防灭火，但这是在生产矿井边采边抽的前提下以及对采空区的情况有细致的了解和掌握的情况下进行的防灭火技术探索。而老空区瓦斯抽采防灭火属于矿井闭坑后全封闭空间内的防灭火，地面无法得知老空区内部情况，其内部不具备人员和设备可由井下巷道到达的条件。正由于此，老空区防灭火和生产矿井采动采空区防灭火有本质区别。因此，上述方法并不能完全适用于老空区瓦斯的抽采。综上所述，目前没有老空区地面抽采瓦斯的过程中如何防灭火的针对性方法。
[0005]事实上，煤层开采后，上覆岩层垮落，经过长时间充分发育，地面易形成裂缝，进而造成地表空气在地面钻井抽采负压的作用下进入老空区。尤其是对于埋藏比较浅的煤层，煤层开采后，极易形成地面裂缝。极大程度造成了满足遗煤自然发火条件，造成严重火灾事故（爆炸），进而造成地面钻井失效。对于老空区发生火灾，不同于采动采空区发火，各种灭火设备及人员不可由矿井原有巷道、硐室运输到老空区内部。因此，现有的采动采空区灭火技术无法应用到老空区防灭火中，当前老空区防灭火措施尚处于空白状态。因此，研究如何防止在瓦斯抽采过程中老空区发生火灾迫在眉睫。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术从防治老空区火灾以及安全高效抽采老空区煤层气的角度出发，提出了地面抽采高效多层位老空区煤层气的防灭火抽采技术，在保证安全的前提下，考虑经济成本，最大程度的利用了废弃煤层气资源。
[0007]本专利技术提供了一种地面高效抽采多层位老空区煤层气的防灭火抽采方法，包括以下步骤：1) 根据矿井采掘资料以及煤层地质柱状图，结合物理勘探手段确定井下已开挖煤层形成的多层位老空区的开挖范围、煤柱分布、导气裂隙带、卸压解吸带高度等参数以及最上部老空区与地面之间的漏风通道；2) 以最上部老空区横向塑性破坏发育区正投影到地面位置的区域作为注浆区A1，在A1基础上分别向四周边界各外延10~20m作为最终注浆区域A。在注浆区域A内部设置钻孔。钻孔孔径90
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110mm，钻孔横向及纵向排距20
‑
30m，钻孔施工至卸压解吸带上部。
[0008]在注浆区域A内布置地面端注浆管路，即：注浆站设置有泥浆泵，连接注浆干管，注浆干管上设有放浆闸阀，注浆干管通过三通连接伸入注浆钻孔中的注浆支管；3) 启动地面注浆泵站，将浆液经钻孔注入卸压解吸带上部边界，形成0.5m
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1m的浆液层，注浆压力1
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3MPa；注浆完成后，清洗注浆管路，再次经由注浆管路向卸压解吸带上部边界的浆液层上方注入聚氨酯，聚氨酯厚度0.1m
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0.2m，形成浆液
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聚氨酯构筑的隔氧层结构；4) 在老空区相邻矿井的生产巷道中，对紧靠老空区边界煤柱处的顶底板以及两巷道壁进行掏槽处理，掏槽深度0.2m
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0.5m，宽度1
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2m，清理槽内浮煤，然后在此处施工煤柱隔氧密闭墙。煤柱隔氧密闭墙自煤壁侧向相邻矿井生产巷道方向延伸依次由水泥砂浆
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密封橡胶
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聚氨酯构筑而成。其中水泥砂浆厚0.8m
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1.5m，密封橡胶厚0.1m
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0.3m，聚氨酯厚0.1m
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0.3m，三层结构构筑完成后使用钢筋网进行加固；同时隔氧密闭墙构筑完成后由密闭墙位置处向巷道壁施工钻场，在钻场向已施工密闭墙上方岩层施工斜向钻孔，注入浆液和聚氨酯，形成上覆岩层隔氧密闭墙，同已施工的巷道中的煤柱隔氧密闭墙一起阻止生产矿井的空气在老空区地面抽采负压的作用下涌入老空区；5) 在老空区相邻的生产矿井中，在靠近老空区边界煤柱的一侧施工钻孔，钻孔穿透老空区煤柱以及煤柱隔氧密闭墙，终孔位置位于老空区的导气裂隙带内，并且距离边界煤柱5
‑
10m；将温度传感器、CO传感器和O2浓度传感器经钻孔置于老空区内，传感器经线路接入地面的监测监控装置；6) 在地面向老空区施工垂直井，垂直井施工至距上层老空区底板1
‑
3m处停止施工，然后向垂直井铺设套管固井，由地面经垂直井口向老空区导气裂隙带内放入温度传感器和CO传感器；继续延伸垂直井至距下层老空区底板1
‑
3m，铺设套管固井后，再次从地面将温度传感器和CO传感器经垂直井口放至老空区导气裂隙带内；温度传感器和CO传感器经线路接入地面的监测监控装置；利用电缆输送套管枪至距上层老空区底板1
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3米处，由套管枪向套管壁发射聚能射孔弹，自上层老空区底板向上高度为5
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10m的套管上形成多个孔眼；7) 垂直井近地面端进行密封，地面有密封装置；垂直井地面端的管路由三通分为两部分，一部分为注氮管，设置有阀门Ⅲ，连接氮气储集罐；一部分为抽气管路，设置有阀门
Ⅱ
，连接煤层气储集罐；8) 在地面裂缝处释放SF6气体，利用SF6良好的扩散性，能在扰动的流场中迅速均匀分布，可作为示踪气体，验证老空区的漏风通道；9) 打开阀门Ⅱ，通过抽采管进行煤层气抽采；
①
若测得抽采煤层气中含有SF6，则关闭阀门Ⅱ，停止煤层气抽采；再次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地面高效抽采多层位老空区煤层气的防灭火抽采方法，其特征在于：通过向最上部同一水平层位多个老空区卸压解吸带的上部边界处注入大量浆体
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聚氨酯材料，形成覆盖整个老空区的隔氧层，同时在老空区相邻的生产矿井靠近老空区边界煤柱一侧施工煤柱密闭墙和上覆岩层密闭墙隔绝相邻生产矿井的空气涌入老空区，施工完毕后，用SF6示踪气体验证老空区的密闭性；然后从地面向中央老空区内部施工垂直井，抽采多层位老空区的煤层气；抽采过程中，根据老空区不同位置处的CO传感器和温度传感器的示数变化判断老空区内部可能已发生火源的位置，注入氮气或喷洒阻化剂扑灭可能已发生的局部火灾，保证煤层气的安全抽采。2.根据权利要求1所述的地面高效抽采多层位老空区煤层气的防灭火抽采方法，其特征在于包括以下步骤：（1）根据矿井采掘资料以及煤层地质柱状图，结合物理勘探手段确定井下已开挖煤层形成的多层位老空区的开挖范围、煤柱分布、导气裂隙带、卸压解吸带高度的参数以及最上部老空区与地面之间的漏风通道；（2）以最上部老空区横向塑性破坏发育区正投影到地面位置的区域作为注浆区A1，在A1基础上分别向四周边界各外延10~20m作为最终注浆区域A；在注浆区域A内部设置地面注浆钻孔；钻孔孔径90
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110mm，钻孔横向及纵向排距20
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30m，钻孔施工至卸压解吸带上部；在注浆区域A内布置地面端注浆管路，即：注浆站设置有泥浆泵，连接注浆干管，注浆干管上设有放浆闸阀，注浆干管通过三通连接伸入注浆钻孔中的注浆支管；（3）启动地面注浆泵站，将浆液经钻孔注入卸压解吸带上部边界，形成0.5m
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1m的浆液层，注浆压力1
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3MPa；注浆完成后，清洗注浆管路，再次经由注浆管路向卸压解吸带上部边界的浆液层上方注入聚氨酯，聚氨酯厚度0.1m
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0.2m，形成浆液
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聚氨酯构筑的隔氧层结构；（4）在老空区相邻矿井的生产巷道中，对紧靠老空区边界煤柱处的顶底板以及两巷道壁进行掏槽处理，掏槽深度0.2m
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0.5m，宽度1
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2m，清理槽内浮煤，然后在此处施工煤柱隔氧密闭墙；煤柱隔氧密闭墙自煤壁侧向相邻矿井生产巷道方向延伸依次由水泥砂浆
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密封橡胶
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聚氨酯构筑而成；其中水泥砂浆厚0.8m
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1.5m，密封橡胶厚0.1m
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0.3m，聚氨酯厚0.1m
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0.3m，三层结构构筑完成后使用钢筋网进行加固；同时隔氧密闭墙构筑完成后由密闭墙位置处向巷道壁施工钻场，在钻场向已施工密闭墙上方岩层施工斜向钻孔，注入浆液和聚氨酯，形成上覆岩层隔氧密闭墙，同已施工的巷道中的煤柱隔氧密闭墙一起阻止生产矿井的空气在老空区地面抽采负压的作用下涌入老空区；（5）在老空区相邻的生产矿井中，在靠近老空区边界煤柱的一侧施工钻孔，钻孔穿透老空区煤柱以及煤柱隔氧密闭墙，终孔位置位于老空区的导气裂隙带内，并且距离边界煤柱5
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10m；将温度传感器、CO传感器和O2浓度传感器经钻孔置于老空区内，传感器经线路接入地面的监测监控装置；（6）在地面向老空区施工垂直井，垂直井施工至距上层老空区底板1
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3m处停止施工，然后向垂直井铺设套管固井，由地面经垂直井口向老空区导气裂隙带内放入温度传感器和CO传感器；继续延伸垂直井至距下层老空区底板1
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3m，铺设套管固井后，再次从地面将温度传感器和CO传感器经垂直井口放至老空区导气裂隙带内；温度传感器和CO传感器经线路接入地面的监测监控装置；利用电缆输送套管枪至距上层老空区底板1
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3米处，由套管枪向套管
壁发射聚能射孔弹，自上层老空区底板向上高度为5
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10m的套管上形成多个孔眼；（7）垂直井近地面端进行密封，地面有密封装置；垂直井地面端的管路由...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振，杨鹏，杨晓军，冯国瑞，刘继勇，康天慧，张慧芳，余奕睿，刘一鸣，杨洁，张纯旺，王志伟，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：