一种三位一体式瓦斯抽采方法及其结构与流程

本发明涉及一种三位一体式瓦斯抽采方法及其结构，属于煤矿瓦斯抽采技术领域和煤层气开采技术领域。

背景技术：

我国是产煤大国，大多煤矿都是高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井，对于瓦斯矿井，国家煤矿安全监察局规定，应当进行瓦斯抽采的煤层必须先抽采瓦斯，抽采效果达到标准要求后方可安排采掘作业；煤矿采掘作业中，如果不先对瓦斯进行抽放，那么在开采煤层时，煤体受到破坏或采动的影响，贮存在煤体内的部分瓦斯就会离开煤体而涌入采掘空间，当瓦斯达到一定浓度后，如遇明火，即会燃烧、爆炸，这不仅会破坏巷道和器材设施，更是会直接造成矿工的伤亡。矿井瓦斯事故一直是威胁煤矿安全生产的头号大敌。随着煤矿开采深度的增加和开发强度的提高，瓦斯灾害日趋严重，特别是一些地方小型煤矿。同时，瓦斯属于可利用能源，为实现资源的充分利用、为我国煤矿生产提供安全保障，应遵循着"应抽尽抽、多措并举、抽掘采平衡"的原则，进一步深化瓦斯的抽采技术措施。然而，在瓦斯抽采上主要遇到两个技术难题，一是煤层中瓦斯抽出率不高，表现为瓦斯抽采后，仍有极大含量的瓦斯残留于煤层中或是因为瓦斯抽放管理安装方式不当，煤层里的瓦斯抽不出的情况，这时，残留的瓦斯仍对矿工的生命安全造成威胁。二是抽出的瓦斯浓度不高，因现有技术，在煤层中进行打孔，上下巷同时埋管堵孔抽放，因为堵孔无意中降低了煤层的透气性，这样就造成了所抽出的瓦斯含量变低，而低浓度的瓦斯抽采到地面，因达不到日常使用标准，最终只能排放到大气中，这造成了资源的浪费、增加了大气环境中温室气体的含量。综合上述，现煤矿瓦斯抽采，缺少一种综合的技术，来全部实现有效的提高抽出的瓦斯浓度、提高煤层中瓦斯的抽出率，减少瓦斯事故隐患的目标。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种三位一体式瓦斯抽采方法及其结构，可提高煤层瓦斯抽出率、可有效的提高抽出瓦斯浓度，有效的减少瓦斯事故的发生，克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种三位一体式瓦斯抽采方法及其结构，该方法是在未开采的煤层中掘进巷道20-25m为一个掘进单位，在掘进单位所对应的准备采面上开设一个以上的钻孔，并在掘进单位的巷道内设置带多个吸入口的瓦斯抽管，同时在掘进单位的巷道入口设置密封巷道口的活动板墙，在活动板墙上设置连接瓦斯抽管的瓦斯抽放系统。该结构包括巷道及巷道所对应的准备采面，在准备采面上开设有卸压钻孔，在巷道内设有带多个吸入口的瓦斯抽管，在巷道上设有密封巷道口的活动板墙，在活动板墙上设置连接瓦斯抽管的瓦斯抽放系统。

上述的所述卸压钻孔的直径为0.075-0.3m，全煤巷掘进工作面卸压钻孔的个数为7-13个,所述的在掘进工作面上，在下部钻有3个向下偏5°的钻孔，两邦各钻有两个向其邦偏5°角的钻孔，钻孔深度为3m-500m，准备采面卸压钻孔的深度为50-200m，卸压钻孔在距上巷2米的煤层内不能开设钻孔。

上述的瓦斯抽放系统由拼接管道、控制阀门、泵及瓦斯存储罐构成。

上述的钻孔，当煤层为松软煤层时，开上至顶板1 m下至钻孔1 m上下两排的钻孔，沿着采煤面方向两孔之间距离为1.8-2.0m,当为半松软煤层时，同样开上下两排的钻孔，沿着采煤面方向两孔之间距离为1.6-1.8m,对于硬质煤层，则开上至顶板0.7 m中至上钻孔0.7 m下至中钻孔0.6 m的上中下三排钻孔，沿着采煤面方向两孔之间距离为1.2-1.4m。

上述的瓦斯抽管吸入口设有瓦斯浓度监测传感器，瓦斯浓度监测传感器通过数据线与瓦斯抽放系统相连。

前述的活动板墙根据巷道断截面面积的尺寸，由多块木板进行组装而成，活动板墙与巷道形成的空隙设有海绵和密封的胶布，活动板墙上设有拉手。

现有技术比较，本发明三位一体式瓦斯抽采方法及其结构，该方法是在未开采的煤层中掘进巷道20-25m为一个掘进单位，在掘进单位所对应的准备采面上开设一个以上的钻孔，并在掘进单位的巷道内设置带多个吸入口的瓦斯抽管，同时在掘进单位的巷道入口设置密封巷道口的活动板墙，这样活动板墙与掘进工作面前的20-25m巷道内围成一个200㎡-300㎡的瓦斯储存空间，这样经过多次试验证明，这样的空间足够储存从煤层内扩散出的瓦斯，而且通过利用掘进工作面前20-25m的巷道，避免了重新开新的巷道，这样能极大的节省人力物力、节约经济成本；活动板墙可由多块木板拼接而成，这样能对应具体的巷道的大小，进行相应的组装，轻便的木质方便在矿井中的卸载和搬运，同时用这样的活动板墙来代替现有的穿层钻孔，钻场抽放的方式更加高效，更重要的是这样有利于快速封锁瓦斯，实现有效的提高瓦斯储存空间中瓦斯的含量和浓度；其中，卸压钻孔在距上巷2米的煤层内不能开设钻孔，这为了确保要留有安全抽采瓦斯的煤柱，防止煤层中瓦斯扩散到上巷从而造成安全事故的发生；掘进工作面上，在下部钻有3个向下偏5°的钻孔，两邦各钻有两个向其邦偏5°角的钻孔，这样从几个方向钻孔，能使煤层中的钻孔相互交错，克服了单一的垂直于煤层面打孔从而错过某些瓦斯空间的情况，这样更能保证安全掘进，预防煤与瓦斯突出的有效措施;在准备采面卸压钻孔的深度为50-200m，这样有利于在抽取瓦斯后，进行分段式卸压和掘进，在打钻过程中可以根据具体煤层的疏松情况，在决定穿孔的密度，当煤层为松软煤层时，钻上下两排的钻孔，每一排中，沿着采煤面方向两孔之间距离为1.8-2.0m,当为半松软煤层时，同样钻上下两排的钻孔，每一排中，沿着采煤面方向两孔之间距离为1.6-1.8m,对于硬质煤层，则钻上中下三排钻孔，每一排中，沿着采煤面方向两孔之间距离为1.2-1.4m，这能保证煤层良好的透气性，从而提高了煤层瓦斯含量的抽取率；卸压钻孔的直径为0.075-0.3m，全煤巷掘进工作面卸压钻孔深度为3m-500m，准备采面卸压钻孔的深度为50-200m，卸压钻孔在距上巷2米的煤层内不能开设钻孔，这是申请人多次试验后得出的数据，这样尺寸的孔能得到一个较为合理的瓦斯扩散速度，同时，提高了煤层的透气性，有利于瓦斯扩散到储存空间内；全煤巷掘进工作面卸压钻孔深度为3m-500m，这样能根据具体情况释放出掘进面的瓦斯，有利于掘进巷道20-25m为一个掘进单位的安全生产；在掘进单位的巷道内设置带多个吸入口的瓦斯抽管，这样能避免储存瓦斯空间内因局部瓦斯浓度过高而可能导致的瓦斯事故，重要的是这比现有的本煤层上下巷同时埋管顺层抽放的技术更具有效益性；在瓦斯抽放系统安装控制阀门，这样能实现对瓦斯的抽放操作的控制；在瓦斯抽管吸入口设有瓦斯浓度监测传感器，瓦斯浓度监测传感器通过数据线与瓦斯抽放系统相连，这样能对瓦斯储存空间内瓦斯进行检测，通过控制器计算瓦斯的浓度，从而可以把握储存空间内的浓度；在活动板墙与巷道形成的空隙设有海绵和密封的胶布，活动板墙上设有拉手，因为掘进的巷道面不是平整，而组装的活动板墙本身也存在一定的空隙，所以，先用海绵可以堵塞缺口，再用胶布可以实现密封，从而有效控制瓦斯在储存空间内，拉手可以有利于板墙的安装和拆卸过程。

附图说明

图1为巷道入口示意图。

图2为图1的剖视图。

图3为活动板墙示意图。

具体实施方式

实施例1.如图1至图3所示，一种三位一体式瓦斯抽采方法及其结构，该方法是在未开采的煤层中掘进巷道20-25m为一个掘进单位，在掘进单位的巷道1准备采面2上开设一个以上的钻孔，并在掘进单位的巷道内设置带多个吸入口的瓦斯抽管3，同时在掘进单位的巷道1入口设置密封巷道口的活动板墙5，在活动板墙5上设置连接瓦斯抽管3的瓦斯抽放系统，其结构包括巷道1及巷道1所对应的准备采面2，在准备采面2上开设有卸压钻孔3，在巷道1内设有带多个吸入口的瓦斯抽管4，在巷道1上设有密封巷道口的活动板墙5，在活动板墙5上设置连接瓦斯抽管的瓦斯抽放系统。所述卸压钻孔3的直径为0.075-0.3m，全煤巷掘进工作面7卸压钻孔3深度为3m-500m，准备采面2卸压钻孔的深度为50-200m，卸压钻孔在距上巷2米的煤层内不能开设钻孔，瓦斯抽放系统由拼接管道、控制阀门6泵及瓦斯存储罐构成，在瓦斯抽管3吸入口设有瓦斯浓度监测传感器，瓦斯浓度监测传感器通过数据线与瓦斯抽放系统相连，所述的活动板墙5根据巷道断截面面积的尺寸，由多块木板进行组装而成，活动板墙5与巷道1形成的空隙设有海绵和密封的胶布，活动板墙5上设有拉手。

其中，活动板墙5的设计与组装是根据井下实际的瓦斯抽放巷道1的断面积尺寸在地面木工房进行组装。组装的目的就是要让木工板组装都木工架上，形成活动板墙，如图3，组装好后的活动板墙5上下都有左右两块木工板，在活动板墙5木工板组装时，其顺序是先将海绵长带从巷道左邦底部往上，沿巷道周边拉到左上邦第一块木工板的位置后暂停，待装好第一块木板木工板后再继续往前拉。将上部左边木板的反面粘胶布对准左上邦木工架正面贴胶布后，压住周边的海绵带，后用劲往上推使得木板和木架子粘到一起。接着往右边拉海绵带，按安装左上木工板的操作方法安装上部右边木工板，在木工板与木板上的粘胶布对准后使之粘合，粘合后接着拉周边的海绵带，一直拉到左巷下邦，按上述安装木工板的操作方法将下部左右两块木工板粘贴到木板架上，再用封口胶布封住木工板之间的缝隙，即整个活动板墙5组装结束。同时，按活动板墙5组装的相反方向操作，即可将组装好的活动板墙5拆开并运到井下瓦数抽采巷道待使用。而木工架的固定方面，底部设有长为2m未钻眼的木方，木方密集地放在安装好的木架上，将300块空心水泥砖砌墙式地错缝压在木板上方，便能使整套木板墙得到固定。

瓦斯抽放管路安装要方面，矿井若只有一个采区抽采瓦斯，要求从瓦斯抽采罐到采煤区或准备采面的瓦斯抽采巷的管路直径都是相同的，且要有一到三个准备采面的瓦斯卸压巷道轮着抽；矿井若有两个采区的抽采瓦斯，如果两个采区轮换着抽取瓦斯，则其管路直径和采面瓦斯抽采巷道的个数与一个采区抽放瓦斯的管径和采面瓦斯抽采巷道的个数相同；两个以上的采区同时抽采瓦斯的矿井，要求两支管或者多支管的总断面积大于或等于主管的断面面积。

在使用时，首先对规划设计好石门巷道的掘进工作面距煤层中部3m的岩石上均匀钻孔16个，孔深要求正向打穿煤层，待卸压揭煤，煤层揭开后其次是走向全煤巷道的卸压和掘进，当掘进进尺到20m-25m时，再打与其对应的准备采面2的卸压钻孔。在打钻时如遇到瓦斯喷孔或有较大的响声等动力现象，说明钻孔3已经打入高瓦斯区域，这时应该停止打钻，进行瓦斯抽管4与活动板墙5的安装，安装好后，待巷道瓦斯储存空间中的瓦斯达到使用浓度后才进行瓦斯的抽采，抽采后，瓦斯降到较低的浓度（10%以下）且不再变化，才拆掉活动板墙5，排除剩余无法利用的瓦斯，待全巷道的瓦斯浓度降到1%以下，再根据煤层中瓦斯的剩余多少情况决定打钻或者掘进，如剩余多，进行再次打钻、安装活动板墙5、抽放，而如果煤层中瓦斯剩余少，不足以造成瓦斯事故，则进行掘进进尺作业。