一种基于膨胀材料的瓦斯抽采方法.pdf

本发明公开了一种基于膨胀材料的瓦斯抽采方法，包括对采煤工作面中的煤层进行钻孔，使用膨胀材料进行煤层压裂，再通过抽采钻孔进行瓦斯抽采。首先根据煤层的自由度及硬度，在煤层上布置膨胀钻孔和抽采钻孔；然后根据不同的煤层温度和膨胀材料的特性要求进行配比；再将煤层钻孔内的残余煤渣和水应用高压空气吹洗干净，按照一定比例间距充填膨胀钻孔；最后膨胀剂将煤层压裂后，通过膨胀钻孔对瓦斯进行抽采。该方法使用膨胀材料对煤层进行静态压裂，具有安全性高，易操作，成本低的特点，膨胀过程中不会发生震动、噪音、粉尘和有毒气体。适用于各种煤矿的瓦斯抽采，尤其适用于低透性矿井的瓦斯抽采的处理。

1.  一种基于膨胀材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，包括对低透性煤层中积聚的瓦斯进行抽采，在膨胀钻孔注入膨胀材料对煤层进行静态压裂，再通过抽采钻孔进行瓦斯抽采；利用膨胀材料对煤层压裂瓦斯抽采的步骤包括：
a、钻孔阶段：根据煤层的自由度及硬度，在煤层上布置膨胀钻孔和抽采钻孔；
b、膨胀材料的配制：选用膨胀材料时，根据不同的煤层温度和膨胀材料的特性要求进行配比：
c、填孔阶段：将膨胀材料按一定比例间距压入膨胀钻孔内，并用封孔材料迅速堵口，膨胀材料反应后将煤层压裂；
d、抽采阶段：膨胀材料将煤层压裂后，煤层透气性增大，通过抽采钻孔进行抽采，瓦斯浓度降低。

2.  根据权利要求1所述的基于膨胀材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，在煤层上垂直于工作面布置水平膨胀钻孔和抽采钻孔，间隔一个或多个装药孔便保留一个空孔不装膨胀材料，这样不装膨胀材料的空孔便作为抽采钻孔，采用从煤层两侧向内顺序破碎的方式或采用一次破碎的方式。

3.  根据权利要求1或2所述的基于膨胀材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，钻孔时，膨胀钻孔比中部的抽采钻孔密集，以确保周边介质先被破裂。

4.  根据权利要求1或2所述的基于膨胀材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，所述的膨胀钻孔孔径为25-100mm。

5.  根据权利要求1或2所述的基于膨胀材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，所述的膨胀钻孔的孔深为50-180m。

6.  根据权利要求1或2所述的基于膨胀材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，所述的膨胀钻孔与抽采钻孔之间的间距2-10m。

7.  据权利要求2所述的基于膨胀材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，选用膨胀材料时，根据不同的季节和岩层的温度，选用适当的膨胀材料；
对膨胀材料进行配制时，根据钻孔的倾斜度选择配比的稠度：
配制膨胀材料的水灰比为0.2～0.35，将膨胀材料先用纸包装成圆柱状，浸水后填入钻孔。

8.  根据权利要求7述的基于膨胀材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，在填装膨胀材料前应该保证钻孔孔内和孔旁洁净，煤层钻孔内的残余煤渣和水应用高压空气吹洗于净；使用挤压或灌浆泵将膨胀材料压入孔内。

9.  据权利要求8所述的基于膨胀材料的瓦斯抽采方法，其特征在于，对抽采钻孔通过瓦斯抽采设备进行抽采。

一种基于膨胀材料的瓦斯抽采方法
技术领域
本发明涉及一种瓦斯抽采技术，尤其涉及一种基于膨胀材料的瓦斯抽采方法。
背景技术
煤与瓦斯突出是造成煤矿生产过程事故的重要原因之一。随着煤矿开采水平的延伸，地应力增加，瓦斯压力升高，造成局部区域瓦斯积聚，煤与瓦斯突出危险性也越来越严重，瓦斯防治难度也越来越大。瓦斯抽、排(瓦斯抽采和瓦斯抽采)是防治瓦斯的主要技术措施之一，但是对于低透气性煤层，瓦斯抽、排效果较差，达不到瓦斯治理的目的。中国煤矿瓦斯抽采技术虽有很大发展，但由于我国煤矿开采采煤量大，具有瓦斯抽采系统矿井的产煤量仅占煤矿开采总产量的15.1％，抽采瓦斯量仅占开采矿井瓦斯涌出量的10.2％，故抽采瓦斯工作应进一步加强，并且存在工程量大、作业时间长、技术要求高的问题，而且在采煤工作面作业往往带来安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于膨胀材料的瓦斯抽采方法，该方法能有效、安全的抽采煤层中积聚的瓦斯。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的煤层中瓦斯抽采的方法，包括对采煤工作面中的煤层进行钻孔，使用膨胀材料进行煤层压裂，再通过抽采钻孔进行瓦斯抽采。
所述的膨胀材料对煤层压裂瓦斯抽采的步骤：
a、钻孔阶段：根据煤层的自由度及硬度，在煤层上布置膨胀钻孔和抽采钻孔，所述钻孔孔径为25-100mm，孔深为50-180m，钻孔之间的间距为2-10m；
b、配制阶段：选用膨胀材料时，根据不同的煤层温度和膨胀材料的特性要求进行配比，配制膨胀剂的水灰比为0.2-0.35，根据钻孔的倾斜度进行配比，将膨胀材料先用纸包装成圆柱状，浸水后填入钻孔；
c、填孔阶段：在填装膨胀剂前应该保证钻孔孔内和孔旁洁净，煤层钻孔内的残余煤渣和水应用高压空气吹洗干净。将膨胀剂按一定比例间距压入膨胀钻孔内，并用封孔材料迅速堵口，膨胀材料反应后将煤层压裂；
d、抽采阶段：膨胀材料将煤层压裂后，煤层透气性增大，通过抽采钻孔进行抽采，瓦斯浓度降低。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的基于膨胀材料的瓦斯抽采的方法，由于使用膨胀材料对煤层进行静态压裂，具有安全性高，易操作，成本低的特点，膨胀过程中不会发生震动、噪音、粉尘和有毒气体。适用于各种煤矿的瓦斯抽采，尤其适用于低透性矿井的瓦斯抽采的处理。
附图说明
图1为本发明的钻孔于煤层工作面布置示意图；
图2是本发明膨胀钻孔膨胀材料充填示意图。
具体实施方式
本发明的基于膨胀材料的瓦斯抽采方法的具体实施方式是，包括对采煤工作面中的煤层进行钻孔，在膨胀钻孔注入膨胀剂对煤层进行静态压裂，增加煤层透气性，再通过抽采钻孔进行瓦斯抽采。
用膨胀材料对岩层进行静态压裂时，首先根据煤层的自由面及硬度，在煤层上布置膨胀钻孔和抽采钻孔；
然后选用膨胀材料，并根据膨胀材料的特性要求进行配制；
之后将配好的膨胀材料灌入膨胀钻孔，膨胀材料反应后将煤层破碎；
煤层被压裂后，瓦斯可以通过抽采钻孔和负压设备进行瓦斯抽采。
具体在布置膨胀钻孔和抽采钻孔时，最好遵循以下原则：
一般膨胀材料在施工时环境温度高、破碎孔直径大、水灰比小、孔距小时，开裂时间快、效力大；反之，开裂时间慢、效力小。因此，要根据现场条件及施工成本等综合考虑布孔的孔距和孔径。
具体实施，如图1所示，在煤层上垂直于工作面布置水平膨胀钻孔和抽采钻孔，间隔一个或多个装药孔便保留一个空孔不装静态破碎剂，这样不装静态破碎剂的空孔便作为抽采钻孔。这种装药的方法可以采用从煤层两侧向内顺序破碎的方式，也可以采用一次破碎的方式。
钻孔时，膨胀钻孔应较中部的抽采钻孔适当密集，以确保周边介质先被破裂。
膨胀钻孔直径可在25-100mm之间的范围。按煤层实际情况进行优选膨胀钻孔孔的最优孔径为60mm。
膨胀钻孔的孔深最好在50-180m之间，根据煤层厚度和瓦斯积聚程度等进行优选尺最优为50-100m。
膨胀钻孔与抽采钻孔之间的间距最好为2-10m，根据煤层硬度优选尺寸，最优尺寸为4-6m，在布置膨胀钻孔的同时布置抽采钻孔，从而进行瓦斯抽采。
选用膨胀材料时，要根据不同的季节和温度，选用适合的膨胀材料；对膨胀剂进行配制时，根据破碎孔的倾斜度选择配比：配制膨胀剂的水灰比一般为0.2-0.35。
如图2所示，在填装膨胀剂前应该保证钻孔孔内和孔旁洁净，煤层钻孔内的残余煤渣和水应用高压空气吹洗干净。使用挤压或灌浆泵将膨胀剂压入孔内，也可以将静态破碎剂先用纸包装成圆柱状，浸水后填入膨胀钻孔。对不同的膨胀钻孔采用不同的比例间距充填，从而保证压裂效果和充分利用膨胀材料。
实际工程中可根据膨胀材料的原理，首先对煤层进行有针对性的实验，根据实验结果调整施工参数。
施工中还应注意：
膨胀材料属碱性，对皮肤有轻度腐蚀，操作人员必须戴防护眼镜及乳胶手套，填充钻孔直至裂纹发生前请勿对着孔口直视，以防偶尔发生的冲孔现象伤害眼睛；搅拌后的浆体应在5分钟内填孔完毕；搅拌中发现浆体升温迅速且烫手变干，应将浆体倒在地下舍弃不用；不同型号的静态破碎剂不可混用，严禁勾兑其它化学品；严格防潮，拆包后应尽量用完。
本发明具有安全性高，易操作，成本低的特点，膨胀过程中不会发生震动、噪音、粉尘和有毒气体。适用于各种煤矿的瓦斯抽采，尤其适用于低透性矿井的瓦斯抽采的处理。膨胀压力大，最大可达100MPa。适用于各种煤层的破碎。
膨胀剂属于水泥类的膨胀凝胶材料，与水发生水化反应，形成固相体积倍增的结晶，从而对煤层钻孔产生压缩压力，当压缩应力、垂直方向的张拉应力超过了煤体的抗拉强度时，便使破碎体发生发生龟裂。
膨胀剂是近年来发展起来的一种新型破碎施工技术，由于它可在无振动、无飞石，无噪音、无污染的条件下破碎或切割岩层或混凝土构筑物，极适合于城市建设中各类钢筋混凝土基础、建筑物的拆迁及桥梁、码头、道路、涵洞的改扩建。因而具有广阔的发展前景，静态破碎技术已成功地在地面得到应用，但在煤层瓦斯抽采中还未有应用的先例。本发明正是将膨胀材料应用到煤矿的安全生产中。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。