带循环瓦斯抽采泵的煤层所含瓦斯开采装置的制作方法

背景技术：
现有矿井瓦斯抽采系统，由地面瓦斯抽采泵、沿产煤的井下的矿井通风巷道铺设的瓦斯抽采收集运输管道、煤层内的多条瓦斯抽采煤孔依次连接构成。该系统利用生产煤炭的煤层中的矿井通风巷道作为钻场煤巷，直接施工煤层中的多个几百米长的瓦斯抽采煤孔，煤孔开口内插入瓦斯抽采管，管与孔壁之间的空隙充满填充材料加以封闭，构成瓦斯抽采煤孔组合。矿井通风巷道内有连接地面瓦斯抽采泵进气口的瓦斯抽采收集运输管道，该管道连接各瓦斯抽采管。开启地面瓦斯抽采泵，其进气口、瓦斯抽采收集运输管道、瓦斯抽采煤孔内的气压，均低于矿井通风巷道内的气压。而煤层所含瓦斯的气压，大于矿井通风巷道内的气压。在压差作用下，煤层所含瓦斯和钻场煤巷内的空气，同时流经不同的煤层裂隙，进入瓦斯抽采煤孔，形成瓦斯、空气的混合气。混合气依次连续流入瓦斯抽采管、瓦斯抽采收集运输管道、地面瓦斯抽采泵、瓦斯用户管道。现有矿井瓦斯抽采的问题，是需建设混合气的加压液化分离工厂，将混合气由低向高加压压缩，使混合气中的氧气和氮气先行液化分离除掉，才能得到剩余的高压气体瓦斯。

技术实现要素：
本发明带循环瓦斯抽采泵的煤层所含瓦斯开采装置的目的，在于瓦斯抽采系统自动除去现有矿井瓦斯抽采系统所产瓦斯空气混合气中的空气，解决现有技术建设混合气的加压液化分离工厂投资高、成本高的问题。

实施本发明，矿井通风巷道、等压密闭墙及其周边岩(煤)层内裂隙、煤层内施工瓦斯抽采煤孔置放钻机的钻场煤巷、煤层内多个瓦斯抽采煤孔组合依次相连接。矿井通风巷道内有监测钻场煤巷内气压和矿井通风巷道内气压的监测设备和气压数值的传输设施，并与等压密闭墙构成等压密闭墙组合。钻场煤巷内有沿其全长的瓦斯抽采收集运输管道，该管道连接各瓦斯抽采煤孔组合的瓦斯抽采管，并穿过等压密闭墙通达矿井通风巷道、沿矿井通风巷道通达地面，连接地面瓦斯抽采泵。矿井通风巷道内，有循环瓦斯抽采泵，该泵进气口依次连接循环瓦斯抽采管道、瓦斯抽采收集运输管道，该泵的出气口连接穿过等压密闭墙通达钻场煤巷的循环瓦斯注气管道。上述管道上均有总气体流量计、瓦斯流量计、空气流量计、瓦斯浓度计和流量调控阀门。

实施本发明，开启地面瓦斯抽采泵和循环瓦斯抽采泵前，钻场煤巷内、瓦斯抽采煤孔内的气压，等于矿井通风巷道的气压，因而矿井通风巷道内的空气不通过等压密闭墙周边岩(煤)层内的裂隙流入钻场煤巷。单独开启地面瓦斯抽采泵，钻场煤巷内的空气，流经煤层裂隙，被抽入各瓦斯抽采煤孔，钻场煤巷内气体体积减少、气压降低，因而矿井通风巷道内的空气流经等压密闭墙周边岩(煤)层内的裂隙，流入钻场煤巷。同时开启两泵即地面瓦斯抽采泵和循环瓦斯抽采泵，循环瓦斯抽采泵将流量等于开启两泵时流经两泵的空气流量之和的混合气注入钻场煤巷，并保持该流量微调，即保持补偿钻场煤巷漏入各瓦斯抽采煤孔的气体流量，保持钻场煤巷内的气体体积不变、气压与矿井通风巷道内的气压保持均衡相等，则停止矿井通风巷道与钻场煤巷之间的气体交换。如此，地面瓦斯抽采泵连续抽出钻场煤巷内留存的空气排入用户瓦斯管道，至钻场煤巷内的空气在计量上消失，此后流经两泵的气体为无空气的瓦斯。具体方法是：人员在矿井通风巷道内操作前述各管道的流量调控阀门，保持矿井通风巷道内和钻场煤巷内的气压监测设备所显示的气压均衡相等，即表示注入钻场煤巷的气体流量与钻场煤巷流出气体的流量相等，使钻场煤巷内气体体积不变、气压不变，使钻场煤巷和矿井通风巷道无气体交流。也可以各管道的流量调控阀门采用电磁阀门，由计算机收集各管道流量和压力参数后加以处理、向各电磁阀门发出指令，确保钻场煤巷内与矿井通风巷道内的气压均衡相等。由上，矿井内均压循环瓦斯抽采系统，由循环瓦斯抽采泵出口、循环瓦斯注气管道、钻场煤巷、连接钻场煤巷和各瓦斯抽采煤孔的煤层裂隙、各瓦斯抽采煤孔、瓦斯抽采管、瓦斯抽采收集运输管道、循环瓦斯抽采管道、循环瓦斯抽采泵进气口依次连接构成，该系统的气体流量等于钻场煤巷漏入各瓦斯抽采煤孔的气体的流量之和。

实施本发明，钻场煤巷内的瓦斯抽采收集运输管道位置低于各瓦斯抽采管，以收集各瓦斯抽采煤孔流出的水。水在瓦斯抽采收集运输管道内流至钻场煤巷低洼处的水箱，水箱内有潜水泵。钻场煤巷内低洼积水段也有潜水泵。上述潜水泵连接的电缆和排水管，通达矿井通风巷道，电缆开关在矿井通风巷道。

实施本发明，可1条矿井通风巷道和其内的循环瓦斯抽采泵，服务于其两侧的多个钻场煤巷交替开采煤层所含瓦斯。一侧的生产瓦斯钻场煤巷抽采煤层瓦斯期间，另一侧施工的接替生产瓦斯钻场煤巷及其内的多条瓦斯抽采煤孔组合的工程。为避免高瓦斯煤层内施工钻场煤巷的瓦斯危害，接替生产瓦斯钻场煤巷，位于同一侧相邻的生产瓦斯钻场煤巷的瓦斯抽采煤孔末端上方的煤层内或下方的煤层内，不与生产瓦斯钻场煤巷的瓦斯抽采煤孔相连接。

实施本发明，为提高密闭墙的可靠性，可矿井通风巷道在煤层下方的岩层内。为此，煤层下方的矿井通风巷道、岩层内的等压密闭墙组合及等压密闭墙周边岩层内的裂隙、上向等压巷道、钻场煤巷密闭墙及其周边岩层内的裂隙、煤层内的钻场煤巷、多个瓦斯抽采煤孔依次连接。连接钻场煤巷和矿井通风巷道的瓦斯抽采收集运输管道、矿井通风巷道内的循环瓦斯抽采管道、循环瓦斯抽采泵、穿过等压密闭墙通达上向等压巷道的循环瓦斯注气管道、钻场煤巷密闭墙周边岩层内的裂隙、钻场煤巷、瓦斯抽采收集运输管道构成矿井内循环瓦斯抽采系统，上述管道上均有流量调控阀门。瓦斯抽采收集运输管道沿矿井通风巷道通达地面并连接地面瓦斯抽采泵。人员在矿井通风巷道内操作各管道的流量调控阀门，保持监测等压巷道内的气压和矿井通风巷道内的气压的监测设备的示数均衡相等。有排水管连通钻场煤巷和矿井通风巷道。

实施本发明，如矿井通风巷道在煤层内，其可依次连接下向巷道、等压密闭墙及其周边岩层内裂隙、水平等压巷道、钻场煤巷密闭墙及其周边岩层内裂隙、上向岩巷、钻场煤巷、煤层内多条瓦斯抽采煤孔。钻场煤巷、瓦斯抽采井、地面瓦斯抽采运输管道、地面瓦斯抽采泵、瓦斯用户管道依次连接。矿井内等压循环瓦斯抽采系统，由矿井通风巷道内的循环瓦斯抽采泵出气口、通达水平等压巷道的循环瓦斯注气管道、水平等压巷道、钻场密闭墙周边岩层内的裂隙、钻场煤巷、连接矿井通风巷道和钻场煤巷的循环瓦斯抽采管道、循环瓦斯抽采泵进气口依次连接构成。开启地面瓦斯抽采泵和循环瓦斯抽采泵的同一时间，人员在矿井通风巷道内操作上述管道的流量调控阀门，使钻场煤巷内等于上述两泵瓦斯流量之和的混合气进入地面瓦斯抽采泵并保持此流量微调、使钻场煤巷内等于上述两泵空气流量之和的混合气进入循环瓦斯抽采泵并保持此流量微调，使水平均压巷道内与矿井通风巷道内的气压监测装置示数均衡相等。地面瓦斯抽采泵连续抽出钻场煤巷和水平均压巷道内留存的空气，直至空气消失，则矿井内均压循环瓦斯抽采系统和地面瓦斯抽采泵所流动的气体为无空气的瓦斯。

实施本发明，如煤层下方岩层含奥灰水，禁止掘进岩石巷道，可煤层上方岩层内矿井通风巷道、下向巷道、等压密闭墙及其周边岩层内的裂隙、下向均压巷道、钻场密闭墙及其周边岩层内裂隙、钻场煤巷、煤层内的多条瓦斯抽采煤孔依次相连接。瓦斯抽采收集运输管道连接矿井通风巷道和钻场煤巷，并沿矿井通风巷道通达地面，连接地面瓦斯抽采泵。矿井等压循环瓦斯抽采系统，由矿井通风巷道内的循环瓦斯抽采泵出气口、通达下向等压巷道的循环瓦斯注气管道、下向等压巷道、钻场煤巷密闭墙周边岩层内的裂隙、钻场煤巷、瓦斯抽采收集运输管道、矿井通风巷道内循环瓦斯抽采管道、循环瓦斯抽采泵的进气口依次连接构成。开启地面瓦斯抽采泵和循环瓦斯抽采泵，人员在矿井通风巷道内操纵前述各管道的流量调控阀门，保持下向均压巷道内和矿井通风巷道内的气压监测装置示数均衡相等。

实施本发明，对倾斜煤层群，由于煤炭是逐层开采，现有瓦斯抽采也是利用采煤巷通道逐层进行。为提高瓦斯产量，需所有煤层同时开采瓦斯。为此，倾斜煤层群下方岩层内的矿井通风斜井筒依次连接矿井通风岩巷、均压密闭墙组合及均压密闭墙周边岩层内裂隙、穿过煤层群各煤层的水平钻场岩巷、自水平钻场岩巷两侧于各煤层施工逞扇形布孔的多条瓦斯抽采煤孔组合依次连接。沿水平钻场岩巷全长的瓦斯抽采收集运输管道，连接各瓦斯抽采煤孔组合的瓦斯抽采管，并穿过均等密闭墙沿矿井通风岩巷和矿井通风斜井筒通达地面，连接地面瓦斯抽采泵。矿井通风岩巷内有循环瓦斯抽采泵，其进气口依次连接循环瓦斯抽采管道、瓦斯抽采收集运输管道，其出气口连接出气管口位于水平钻场岩巷内的循环瓦斯注气管。矿井内等压循环瓦斯抽采系统，由循环瓦斯抽采泵出气口、循环瓦斯注气管道、水平钻场岩巷、连接水平钻场岩巷和各瓦斯抽采煤孔的煤层裂隙、瓦斯抽采煤孔、瓦斯抽采管、瓦斯抽采收集运输管道、循环瓦斯抽采管道、循环瓦斯抽采泵进气口依次连接构成。开启地面瓦斯抽采泵和循环瓦斯抽采泵，操作循环瓦斯注气管的流量调控阀门，保持水平钻场岩巷内和矿井通风岩巷内的气体压力监测设备示数均衡相等。

实施本发明，为解决逞扇形布孔钻孔工程量大的问题，可自水平钻场岩巷两侧施工各煤层的钻场煤巷，由钻场煤巷施工煤层群各煤层内的互相平行的瓦斯抽采煤孔组合。各煤层的瓦斯抽采煤孔组合的瓦斯抽管，连接沿水平钻场岩巷和各钻场煤巷铺设的瓦斯抽采收集运输管道。

实施本发明，当矿井内不适宜安放循环瓦斯抽采泵时，可将循环瓦斯抽采泵设于地面，其进气口依次连接地面循环瓦斯抽采管道、地面的瓦斯抽采收集运输管道、地面瓦斯抽采泵的进气口，其出气口依次连通地面循环瓦斯注气管道、矿井通风巷道内的循环瓦斯注气管道。

本发明的优点，在于矿井瓦斯抽采系统自动清除瓦斯空气混合气中的空气，省去现有技术建设混合气加压液化分离厂的投资与成本。

附图说明

图1现有矿井瓦斯抽采系统的巷道与瓦斯抽采煤孔图

图中：

1：煤层

2：矿井通风巷道。此图为其用作钻场煤巷部分

3：置放钻孔机的钻场

4：瓦斯抽采煤孔组

5：有人作业的采煤工作面

6：结束产煤的采空区

图中箭头表示矿井通风风流方向。

图2钻场煤巷内瓦斯抽采煤孔组合结构图

图中：

2：矿井通风巷道。此图中为其用作钻场煤巷部分

4：瓦斯抽采煤孔

7：瓦斯抽采管

8：瓦斯抽采收集运输管道

9：管与孔壁之间空隙内的填充材料

10：煤(岩)层内的裂隙。

图中箭头为气体流动方向

图3矿井内等压循环瓦斯抽采系统图

图中：

2：矿井通风巷道

4：瓦斯抽采煤孔组合

8：瓦斯抽采收集运输管道。沿矿井通风巷道通达地面连接地面瓦斯抽采泵。

10：煤(岩)层内的裂隙

11：钻场煤巷

12：循环瓦斯抽采管道

13：循环瓦斯抽采泵

14：循环瓦斯注气管道

15：循环瓦斯注气管道上的流量调控阀门

16：均压密闭墙组合

各条管道均有气体流量计和流量调控阀门，图中未画出。

图4矿井通风巷道位于煤层下方的矿井内等压循环瓦斯抽采系统图

图中

1：煤层

2：矿井通风巷道

4：瓦斯抽采煤孔。孔口处无瓦斯抽采管连接瓦斯抽采收集运输巷道。

8：瓦斯抽采收集运输管道。图中未画出该管道沿矿井通风巷道通达地面并连接地面瓦斯抽采泵。该管道在矿井通风巷道内依次连接循环瓦斯抽采管道(图中未画出)、循环瓦斯抽采泵。

10：煤(岩)层内的裂隙

11：钻场煤巷

13：循环瓦斯抽采泵

14：循环瓦斯注气管道。该管道连接循环瓦斯抽采泵出气口，图中未画出。

16：等压密闭墙组合

17：上向均压巷道

18：钻场煤巷密闭墙

图5矿井通风巷道在煤层内的矿井内等压循环瓦斯抽采系统图

图中

1：煤层

2：矿井通风巷道

2.1：下向巷道

10：煤(岩)内的裂隙

4：瓦斯抽采煤孔。孔口处无瓦斯抽采管。

11：钻场煤巷

12：循环瓦斯抽采管道

13：循环瓦斯抽采泵

14：循环瓦斯注气管道

16：等压密封墙组合

17：水平等压巷道

17.1：上向岩巷

18：钻场煤巷密闭墙19：瓦斯抽采井

20：地面瓦斯抽采运输管道

21：地面瓦斯抽采泵

22：瓦斯用户管道

23：地面

图6矿井通风巷道在煤层上方的矿井内均压循环瓦斯抽采系统图

图中：

1：煤层

2：矿井通风巷道

2.1：下向巷道

4：瓦斯抽采煤孔。孔口处无瓦斯抽采管

8：瓦斯抽采收集运输管道。沿矿井通风巷道通达地面，连接地面瓦斯抽采泵。在矿井通风巷道内，该瓦斯抽采收集运输管道依次连接循环瓦斯抽采管道、循环瓦斯抽采泵

10：煤(岩)层内的裂隙

11：钻场煤巷

13：循环瓦斯抽采泵

14：循环瓦斯注气管道

16：均压密闭墙组合

17：下向均压巷道

18：钻场煤巷密闭墙

图7煤层群等压循环瓦斯抽采系统剖面图

图中，1为煤层；2为矿井通风巷道，其内的循环瓦斯抽采泵及其进气口依次连接的循环瓦斯抽采管道、瓦斯抽采收集运输管道和其出气口在矿井通风巷道内连接的循环瓦斯注气管道如图3，未画出；4为瓦斯抽采煤孔组合；8为瓦斯抽采收集运输管道；10为煤(岩)内的裂隙；16为等压密闭墙组合；21为地面瓦斯抽采泵；27为煤层群底板岩层内的斜井筒；28为水平钻场岩巷。

图8煤层群均压循环瓦斯抽采系统的煤层内瓦斯抽采煤孔布置图

图中，1为煤层；8为瓦斯抽采收集运输管道；11为钻场煤巷；28为水平钻场岩巷；29为扇形布孔的瓦斯抽采钻场组合30为平行布孔的瓦斯抽采煤孔组合。

图9循环瓦斯抽采泵在地面的矿井内循环瓦斯抽采系统的地面设施图

图中，2为矿井通风管道；8为瓦斯抽采运输管道；14为循环瓦斯注气管道；40为地面；41为地面瓦斯抽采泵；42为循环瓦斯抽采泵；43为地面瓦斯抽采收集运输管道；44为瓦斯用户管道45为地面循环瓦斯抽采管道；46为地面循环瓦斯注气管道。图中，箭头为管道内气体流动方向。

图10接替生产瓦斯钻场煤巷位置图

图中，1为煤层；4为瓦斯抽采煤孔；47为生产瓦斯钻场煤巷；48为接替生产瓦斯钻场煤巷；49为接替生产瓦斯钻场上方煤层内的生产瓦斯钻场煤巷的瓦斯抽采煤孔末端；50为接替生产瓦斯钻场煤巷下方煤层内的生产瓦斯钻场煤巷的瓦斯抽采煤孔末端；51为接替生产瓦斯钻场煤巷的瓦斯抽采煤孔。

具体实施方案现有煤矿瓦斯抽采系统，增建矿井内等压循环瓦斯抽采系统，改建为带循环瓦斯抽采泵的煤层所含瓦斯开采装置。现有煤矿均有矿井瓦斯抽采系统，由通达地面的矿井通风巷道、长几千米的通风的钻场煤巷、自钻场煤巷施工的多条几百米长的瓦斯抽采煤孔组合、连接各瓦斯抽采煤孔的瓦斯抽采管并沿矿井通风巷道通达地面的瓦斯抽采收集运输管道、地面瓦斯抽采泵依次连接构成。技改工程如下：

——施工矿井内等压循环瓦斯抽采系统。于矿井通风巷道内安装循环瓦斯抽采泵、循环瓦斯抽采管道、沿钻场煤巷全长的循环瓦斯注气管道。循环瓦斯注气管道在钻场煤巷内有多个出气孔。

——施工钻场煤巷排水系统。钻场煤巷内的瓦斯抽采收集运输管道低洼处连接水箱，水箱内有潜水泵。巷道低洼积水处，设潜水泵。各潜水泵的电源线、排水管通达矿井通风巷道，电源开关在矿井通风巷道。

——最后，于钻场煤巷内连接矿井通风巷道处，建设等压密闭墙组合。