一种煤层瓦斯抽采-注水耦合装置及方法与流程

本发明涉及一种煤层瓦斯抽采-注水耦合装置及方法，属于煤炭开采领域。

背景技术：

我国既是世界上煤炭产量最多的国家，也是世界上瓦斯灾害最频繁的国家，瓦斯喷出、煤与瓦斯突出事故时有发生。

针对上述现象，煤炭行业采取以下措施：1.煤层抽采瓦斯，有效降低开采过程中的瓦斯涌出量、防治瓦斯超限和积聚，预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故，还可变害为宝，作为煤炭伴生资源加以开发利用；2.煤层注水：向煤层高压注水，可增加透气性，降低瓦斯压力，减小瓦斯压力梯度，改变煤体的力学性质，应力分布均匀化，使其不容易发生突出，同时又能起到防尘的作用。因此，瓦斯抽采和煤层注水对于解决矿井瓦斯灾害问题具有重要意义。

目前针对这两方面，煤炭行业的现状是瓦斯抽采与注水一体化操作复杂，工序繁琐，劳动强度大，在抽采注水工艺上，现阶段普遍采用多条支管进行瓦斯抽采，管线复杂维护困难，而注水阶段则采用单孔单注，工作周期较长，注水效果差。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种煤层瓦斯抽采-注水耦合装置及方法，能够实现井下同步抽采或同步注水，简化井下抽采注水工序，有效降低或消除开采煤层突出危险性。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种煤层瓦斯抽采-注水耦合装置，包括抽注管、分路器、高压管、抽采干管和高压水管，分路器包括一条总路，在总路的同一侧间隔开设有若干个分支，每个分支接口与整组抽注孔的抽注管直接相连，在每个分支的接口处都设置一个分支阀门，总路端口通过高压管与抽采干管或高压水管连接，在总路端口上安装有总路控制阀门，在总路控制阀门与其相邻的分支之间的主路上还设有排气/水阀。

一种耦合式煤层瓦斯抽采-注水的方法，包括以下步骤：

a.从巷道向煤层施工一组抽注孔，封孔后抽注管穿过封孔段使得煤层和外界连通；

b.当进行瓦斯抽采时，将整组抽注孔的抽注管直接与分路器的各分支分别连接，使整组所有抽注管接入分路器，并将分路器的总路端口通过高压管与抽采干管相连，依次打开总路控制阀门和分支阀门，进行瓦斯抽采，实现整组抽注孔同步抽采，或通过分路器的分支阀门来对抽注孔进行选择性抽采；

c.当失去瓦斯抽采效果，或者当掘进头距抽注孔20-60m时，依次关闭总路控制阀门和分支阀门，同时拆除总路端口与抽采干管的连接，停止抽采，打开分路器上的排气/水阀消除分路器内负压；

d.将分路器的总路端口通过高压管与高压水管相连接，依次打开总路控制阀门、分支阀门，进行煤层注水，实现对整组抽注孔同步注水，或通过分支阀门对抽注孔进行选择性注水；

e.当注水达到标准后，依次关闭总路控制阀门、分支阀门，拆除抽注管与分路器各分支接口之间的连接，同时拆除总路端口与高压水管的连接，停止注水，打开分路器的排气/水阀，释放分路器内部积水，完成煤层瓦斯抽采—注水耦合。

相比现有技术，本发明的一种煤层瓦斯抽采-注水耦合装置及方法，将抽注管与分路器分支接口紧密相连，将分路器的总路端口与抽采干管紧密相连，既可实现对整组抽注孔的同步抽采，又能通过分路器分支阀门来对抽注孔进行选择性抽采，保证了瓦斯抽采效果与效率，因此可显著降低了预抽区域的瓦斯含量和压力；又通过将分路器的总路端口与高压水管紧密相连，既能实现整组抽注孔在抽采后的同步注水，又能通过分路器分支阀门对抽注孔进行选择性注水，提高了抽注孔与抽注管的利用率，使瓦斯抽采与煤层注水高效结合，结构简单方便，显著降低煤层瓦斯含量与瓦斯压力，且提高了煤体含水率，有广阔的市场前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例的布置示意图。

图2是图1中分路器的结构示意图。

图3是图1中瓦斯抽采管路的连接示意图。

图4是图1中煤层注水管路的连接示意图。

图中：1、抽注管，2、抽注孔，3、注浆管，4、分路器，5、抽采干管，6、高压水管，7、堵头ⅰ，8、堵头ⅱ，9、分支，10、分支阀门，11、排气/水阀，12、总路控制阀门，13、高压管，14、煤层，15、煤巷。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1至图4示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，图1中的一种耦合式煤层瓦斯抽采-注水耦合的方法，包括以下步骤：

a.采用常规方法从底板岩巷或者顶板岩巷或者本煤层巷道(简称煤巷15，见图1)向煤层14施工一组抽注孔2，每个抽注孔2都按照两堵一注(即图3所示的采用堵头ⅰ7和堵头ⅱ8以及通过注浆管3往它们之间注浆形成封孔)等常规的注浆方法封孔，封孔后抽注管1穿过封孔段使得煤层14和外界连通；

b.参见图3，当进行瓦斯抽采时，将整组抽注孔2的抽注管1直接与分路器4的各分支9分别连接，使整组所有抽注管1接入分路器4，并将分路器4的总路端口通过高压管13与抽采干管5相连，依次打开总路控制阀门12和分支阀门10，进行瓦斯抽采，实现整组抽注孔2同步抽采，或通过分路器4的分支阀门10来对抽注孔2进行选择性抽采；

c.当失去瓦斯抽采效果，或者当掘进头距抽注孔220-60m时，依次关闭总路控制阀门12和分支阀门10，拆除总路端口与抽采干管5的连接，停止抽采，打开分路器4上的排气/水阀11消除分路器4内负压；

d.参见图4，将分路器4的总路端口通过高压管13与高压水管6相连接，依次打开总路控制阀门12、分支阀门10，进行煤层14注水，实现对整组抽注孔2同步注水，或通过分支阀门10对抽注孔2进行选择性注水；

e.当注水达到标准后，依次关闭总路控制阀门12、分支阀门10，拆除抽注管1与分路器4各分支接口之间的连接，同时拆除总路端口与高压水管6的连接，停止注水，打开分路器4的排气/水阀11，释放分路器4内部积水，完成煤层瓦斯抽采—注水耦合。

参见图2至图4，本发明实施例的一种煤层瓦斯抽采-注水耦合装置，包括抽注管1、分路器4、抽采干管5和高压水管6，分路器4包括一条总路，在总路的同一侧间隔开设有若干个分支，通常分支设计成与总路相垂直，多个分支最好是间隔均匀地沿总路长度方向排布，每个分支接口直接与抽注孔2的抽注管1相连，抽注管1能耐20mpa的压力，满足20mpa条件下对一组钻孔同步注水；在每个分支的接口处都设置一个分支阀门10，总路端口通过高压管13与抽采干管5或高压水管6连接，在总路端口上安装有总路控制阀门12，在总路控制阀门12与其相邻的分支之间的主路上还设有排气/水阀11。

在本实施例中，所述的高压管13具备一定抗变形特性，可承受0～40mpa的压力,满足抽采瓦斯和注水需要，不同的高压管口径与其连接的管口口径相匹配，软管接头均为快速接头，可以与分路器4或其他管道快速连接；所述的分路器4具有抗水力压裂能力，其所能承受压力为0～40mpa，分路器4上可以根据使用需要设有2～20个分支9。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。