一种用大直径钻孔实现自燃三带划分及防灭火的方法与流程

本发明涉及煤矿井下采空区灾害防治领域，特别是一种用大直径钻孔实现自燃三带划分及防灭火的方法。

背景技术：

1、矿井火灾是煤矿五大灾害之一，矿井火灾严重影响到我国煤炭工业的发展速度，严重威胁着煤矿生产人员的人身安全，并给煤炭企业带来重大的经济损失。火灾发生速度快，范围广，控制难度大，是矿井火灾发生的突出特点。目前采空区自燃“三带”划分的方法包括通过采空区内漏风风速大小、采空区内升温速度梯度大小、各带间的氧气浓度来划分，但是最为实用的为采空区提前埋设束管通过氧气浓度来划分，如果采空区出现自燃现象，通过黄泥灌浆、压注阻化剂、三相泡沫、化学泡沫以及采空区注入惰性气体等防灭火技术来治理采空区火灾。

2、采空区束管监测系统是利用在巷道内预埋束管，随着采煤工作面的不断往前推进，预埋在采空区内的束管进入采空区深部，利用真空泵，通过预埋的束管对采空区内的气体取样进行色谱分析，但在现场发现预埋的束管，随着采空区顶板的冒落，束管容易被冒落的矸石折断、擦伤、刮伤和掩埋，造成束管破坏并出现漏气，易出现真空泵抽气管路堵塞或中断的现象，造成束管监测数据不准确，而利用邻近巷道施工大直径钻孔，孔内下置护壁钢管，因大直径钻孔与采空区直接连通，且大直径钻孔内下置了护壁钢管，能保证大直径钻孔的长期稳定性以及取样工作的顺利开展，且通过伸入采空区内不同长度的取气杆，可实现采空区工作面方向不同位置的气体取样，这种取样方式更方便灵活。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种用大直径钻孔实现自燃三带划分及防灭火的方法，能够利用大直径钻孔及时准确划分采空区自燃“三带”的范围，并且提出采空区防灭火的方法，为治理采空区的火灾提供准确的依据。

2、本发明公开了一种用大直径钻孔实现自燃三带划分方法，包括：

3、在近巷道施工大直径钻孔，贯穿煤层并延伸至采空区，并在大直径钻孔内设置护壁钢管，护壁钢管内设有中空的孔口预留取气孔；

4、随着大直径钻孔的向前推进，取气杆通过孔口预留取气孔伸入至采空区不同深度位置抽取气体；

5、检测采集到的气体以确定采空区不同深度位置的氧气浓度，并基于氧气浓度确定采空区的第一临界位置和第二临界位置，其中，第一临界位置和第二临界位置的氧气浓度分别符合第一氧气临界点和第二氧气临界点；

6、基于第一临界位置和第二临界位置划分采空区的自燃三带。

7、进一步地，大直径钻孔是利用大型钻机在煤层中施工得到的，直径范围为500～800mm；

8、护壁钢管直径范围为400～600mm，用于将其深入大直径钻孔以避免堵孔；

9、孔口预留取气孔直径为20mm；护壁钢管靠近邻近巷道的一端设有法兰盘，法兰盘用于固定孔口预留取气孔。

10、进一步地，取气杆包括若干依次管连接的单节管，单节管长度为1.5m；真空泵与取气杆靠近邻近巷道的一端连接。

11、进一步地，第一氧气临界点和第二氧气临界点为分别指氧气浓度7％和18％。

12、本发明还公开了一种用大直径钻孔实现的防灭火方法，该方法根据上文所述的用大直径钻孔实现自燃三带划分方法从采空区采集气体，该方法包括：

13、将取气杆通过孔口预留取气孔深入采空区内部，通过取气杆采集气体，并监测各区域煤体温度和煤体内的气体成分，若采空区内一氧化碳浓度超过第一一氧化碳临界值；或者，煤体温度超过第一温度临界值，则判断采空区即将发生火灾，需要立即封闭大直径钻孔；

14、注气装置开始通过孔口预留取气孔向采空区机构注入指定流量的惰性气体；

15、在注入惰性气体的过程中，监测采空区的煤体温度和一氧化碳气体成分变化，若监测到一氧化碳气体浓度降低到第二一氧化碳临界值以下，则减缓惰性气体注入的流量，反之，则加大注入的流量；若监测到一氧化碳浓度和煤体温度分别达到第三一氧化碳临界值和第二温度临界值内且基本稳定，则停止注入惰性气体。

16、进一步地，注气装置包括注气泵和高压管，注气泵连有惰性气体瓶，注气泵还与高压管管连接，高压管设有阀门，高压管沿着孔口预留取气孔伸入采空区，用于将惰性气体注入采空区。

17、进一步地，惰性气体为氮气或二氧化碳。

18、进一步地，第一一氧化碳临界值为50×10-6，第一温度临界值为40℃；第二一氧化碳临界值为10×10-6；第三一氧化碳临界值为1×10-6，第二温度临界值为25℃。

19、进一步地，注气装置开始通过孔口预留取气孔向采空区机构注入惰性气体的注入流量的表达式如下：

20、

21、其中，qn为氮气流量，a为煤矿年产量，γ为煤密度，t为年工作日，η1为管路输氮效率，η2为采空区注氮效率，c1为采空区平均含氧量，c2为采空区防火惰化指数。

22、进一步地，该方法还包括：

23、持续观测确保注氮后火区温度己稳定保持在25℃，一氧化碳气体浓度降低到1×10-6以下，火区面积逐步减小至0，以防采空区遗煤复燃。

24、本发明至少具有以下有益效果：

25、由于目前所普遍采用的束管，在使用过程中随着采空区顶板的冒落，束管容易被冒落的矸石折断、擦伤、刮伤和掩埋，使束管破裂并出现漏气，不能真实采集采空区内的气体。本发明利用邻近巷道施工大直径钻孔，孔内下置护壁钢管，因大直径钻孔与采空区直接连通，且大直径钻孔内下置了护壁钢管，能保证大直径钻孔的长期稳定性，通过大直径钻孔孔口预留取气孔，将取气杆通过取气孔伸入到采空区内，利用真空泵抽取采空区内的气体，能够实现采空区内气体的取样，实现采空区自燃“三带”划分。

26、本发明基于大直径钻孔对采空区进行监测，在采空区发生火灾之后，封闭大直径钻孔，通过高压管路注入惰性气体，可以及时治理采空区火灾。

27、大直径钻孔可以完成划分采空区自燃“三带”、治理采空区火灾、抽采采空区内瓦斯，实现大直径钻孔的“一孔多用”，进而使得经济效益最大化。

28、本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。

技术特征：

1.一种用大直径钻孔实现自燃三带划分方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用大直径钻孔实现自燃三带划分方法，其特征在于，大直径钻孔是利用大型钻机在煤层中施工得到的，直径范围为500～800mm；

3.根据权利要求1所述的用大直径钻孔实现自燃三带划分方法，其特征在于，取气杆包括若干依次管连接的单节管，单节管长度为1.5m；真空泵与取气杆靠近邻近巷道的一端连接。

4.根据权利要求1所述的用大直径钻孔实现自燃三带划分方法，其特征在于，第一氧气临界点和第二氧气临界点为分别指氧气浓度7％和18％。

5.一种用大直径钻孔实现的防灭火方法，其特征在于，该方法根据权利要求1至4中任一项所述的用大直径钻孔实现自燃三带划分方法从采空区采集气体，该方法包括：

6.根据权利要求5所述的用大直径钻孔实现的防灭火方法，其特征在于，注气装置包括注气泵和高压管，注气泵连有惰性气体瓶，注气泵还与高压管管连接，高压管设有阀门，高压管沿着孔口预留取气孔伸入采空区，用于将惰性气体注入采空区。

7.根据权利要求5所述的用大直径钻孔实现的防灭火方法，其特征在于，惰性气体为氮气或二氧化碳。

8.根据权利要求5所述的用大直径钻孔实现的防灭火方法，其特征在于，第一一氧化碳临界值为50×10-6，第一温度临界值为40℃；第二一氧化碳临界值为10×10-6；第三一氧化碳临界值为1×10-6，第二温度临界值为25℃。

9.根据权利要求5所述的用大直径钻孔实现的防灭火方法，其特征在于，注气装置开始通过孔口预留取气孔向采空区机构注入惰性气体的注入流量的表达式如下：

10.根据权利要求5所述的用大直径钻孔实现的防灭火方法，其特征在于，该方法还包括：

技术总结
本发明公开了一种用大直径钻孔实现自燃三带划分及防灭火的方法，该划分方法包括：在近巷道施工大直径钻孔，贯穿煤层并延伸至采空区，并在大直径钻孔内设置护壁钢管，护壁钢管内设有中空的孔口预留取气孔；随着大直径钻孔的向前推进，取气杆通过孔口预留取气孔伸入至采空区不同深度位置抽取气体；检测气体以确定不同深度位置的氧气浓度，并基于氧气浓度确定采空区的第一临界位置和第二临界位置，两位置的氧气浓度分别符合第一氧气临界点和第二氧气临界点；基于两临界位置划分自燃三带。本发明利用邻近巷道施工大直径钻孔与采空区直接连通并设置孔口预留取气孔，使得取气杆能够伸入到采空区内抽取气体，实现采空区自燃三带划分以及防灭火。

技术研发人员：邵国安,贺昌斌,雷云,杨文江,邹永洺,宋建民,郭生,刘云岗,柴书罡,白向挺,孙亮,王斌,张春霆,王玉林,王军,杨杰,高彩斌,孟祥林,石文亮,金广东,迟羽淳,张铁严,王金成
受保护的技术使用者：中煤平朔集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13