煤礦井巷採氣法的製作方法

2023-11-06 03:26:47

專利名稱：煤礦井巷採氣法的製作方法
技術領域：
本發明為煤炭資源的綜合開發技術，主要為天然氣開發;它以已有採煤井巷為基礎，再根據採集煤層氣的需要，對新區進行開拓，並採取若干技術措施，以實現煤礦既採煤層氣又採煤的雙重任務。
煤層氣(瓦斯)自古以來一直作為煤礦生產的主要危險因素，通過礦井通風排放出礦井。只有當煤層的瓦斯含量太大，靠通風排放，技術上有難度或經濟上不合算時，才進行預先抽放，抽放的瓦斯才得到利用。我國自五十年代起即有抽放瓦斯的經驗。這種抽放技術的特點是中心目的是為了礦井安全;無論從全國煤礦或預先抽放瓦斯的礦井本身，被抽放和利用的瓦斯的比例均不大，抽放的時間也短;大部分瓦斯依然存在於煤體中，它們大部分通過通風系統白白排放，小部分由採出煤炭帶出礦井，也沒有利用。礦井排放的瓦斯是大氣的重要汙染源。美國自七十年代起開始從地面抽放和利用瓦斯，但這種地面鑽井採氣技術不考慮煤礦井巷的有利條件，投資很大，技術複雜，特別是對煤層的滲透率要求較高，它對滲透率低的煤層，特別是對我國的絕大多數煤層並不適用。
近年來，為了利用煤層氣，有的礦井除預抽瓦斯外，還開始從採空區抽放瓦斯。有的煤炭公司要求各礦務局、煤礦抽放利用瓦斯，但至今未能實現利用大部分瓦斯的目標。有的城市煤氣公司為尋找氣源，也對煤層氣利用寄與厚望，但引用外國地面採氣技術，遇到了煤層滲透率過低、產氣量沒有商品價值的難題。總之，由於沒有理想的採氣方法，煤層氣始終存在利用率過低或根本不利用的情況。
本發明的目的是提供一種適用於在煤礦中採集煤層氣的方法，此方法的主要特徵在於利用採煤巷道的有利條件，以較簡單的技術充分開發利用煤層氣資源。生產礦井採用這種採氣技術，不影響煤礦正常的採煤生產與安全。本發明是這樣實現的在現有礦井巷道的基礎上，根據所需煤層氣量(m3)、煤層含氣量(m3/t煤)、煤層厚度和通過試驗確定的採氣期內的產氣率(%)計算出需提前開拓區域的面積;
根據以後採煤的需要，併兼顧當前採氣需要，決定採氣巷道的延伸方向和長度(一般為採區長)及它們的間距(一般為回採工作面長度);
根據煤層滲透率、實際瓦斯湧出速度和強化採氣手段的影響半徑等，選定鑽孔密度，鑽孔由巷道向兩側順層或斜交布置，相鄰兩巷道在同一煤體的鑽孔呈長短交錯狀布置，必要時亦可等深布置，鑽孔間距為兩倍的壓裂半徑;孔深小於或等於煤體寬度的1/2，孔徑100mm;
根據煤層的物理、化學特徵，選擇適宜的強化採氣手段，如壓裂、割孔、酸洗等等，增強煤層的滲透性能;
在掘進過程、特別是有突出危險的煤層的掘進過程，要有專門的防突措施。除常規方法外，為確保單巷掘進安全，還應有與掘進同步延伸的內徑不小於250mm的管子(「多用管」);巷道用耐腐蝕、有防靜電措施的玻璃鋼支架支護，可維護20年;
多用管由玻璃鋼管制成，具防靜電性能，每隔15m有一特製三通，它有可收折和展開的把手，它展開時把手接長，可方便地將三通擰開。多用管的用途為掘進時送風用;巷道某段被堵時，兩端的三通擰開後可通過管子由鐵線牽引的專用罐實現對飲食品、藥物和液化空氣等的傳送;在巷道封閉後一般不再啟封進人，多用管在封閉巷道前已把各三通打開，它可保證在巷道局部有冒落時仍然使巷道對流體暢通無阻;
巷道起始端用密封牆密閉，它的周緣均嵌入煤、巖體內，其強度應足以耐幾十個(正、負)大氣壓，即在負壓抽氣或正壓對煤體壓氣體時均能承受，並有3倍的安全係數;牆上有氣壓表、溫度計、安全減壓閥、排水閥和專門用於連接集氣管路的帶閥門接頭、氣體流量計。
採氣過程可視煤層氣湧出速度和需氣量採取以下減增氣措施1.當湧出氣量大於需氣量時，適當關小閥門，使巷道內煤層氣壓力升高，巷道起貯氣罐的作用，較高的壓力還使煤層氣湧出量減小;
2.當自然湧出量小於正常需氣量時，可採取增加採氣面積，如在同煤層內再按正常間距增加採氣巷道，或向鄰近煤層或老空區打採氣鑽孔等等;
3.將採氣巷道分為A、B兩組。集氣管a連通所有採氣巷道A組和B組。管路b可通過多用管向巷道B內供給具有低於200℃溫度、壓力為5大氣壓的煤層氣。這時煤層被加熱且熱量緩慢向裡傳導，長時期後可使整個煤體升溫。壓力使熱氣進入微裂隙，使微裂隙擴大，且熱氣還能溶解部分充填於微裂隙中的礦物質，使煤層透氣性增強，也有利於相鄰巷道之間壓裂圈與鑽孔之間的連通。煤體溫度增高，增大氣體分子的熱運動，大大有利於吸咐煤層氣解吸。為使加熱加壓煤層氣在巷道內分布較均勻，即流入量較均勻，三通的開啟量由巷道起始端很小漸變到終端很大。熱煤層氣加熱煤體後，部分滲透到相鄰巷道，大部分回流集氣管a;
附圖
為採氣巷道的一部分。圖中，A1、A2、……和B1、B2、……均為平巷，C為上山，這些巷道都開掘於同一煤層之中;c1、c2、……為各平巷起始端的密封牆;d1、d2、……為多用管;e1、e2、……為順煤層鑽孔，它遍布每塊煤體，等距排列;f1、f2、……為各孔的壓裂圈;a管路為煤層氣集氣管，根據需要它還可並聯別的煤層的集氣管，由它採集煤層氣送到地面;b管路為回氣管，對需要給煤層加熱的煤礦才設置，它的一端只與B1、B2、……巷道的多用管相連通，另一端從集氣管取回小部分煤層氣，將煤層氣加熱、加壓後送回B1、B2、……各巷道。
4.必要時巷道(A)由常溫常壓改為常溫負壓，以加快煤層氣解吸。
當累計採氣量接近預計極限時，即5～10年後，應啟用已準備好的新的採氣區，這採完的舊區可打開密封牆，將採氣巷道適當改造、維修後，轉入採煤生產。
本發明有巨大的經濟效益和社會效益，對煤層氣含量為30m3/t煤的礦井，可使噸煤儲量增值約10元;由於採氣中利用採煤巷道，所以採氣費用很少;使礦井免受瓦斯威脅，大大提高安全性;為社會提供清潔、方便之能源;避免煤成氣對大氣的汙染。本發明有廣泛的實用性，含氣量低的煤層和滲透率小的煤層均適用，在這種情況下可加大開拓面積、巷道長度和鑽孔密度以及採取多種強化採氣手段。構造複雜和巖漿巖侵入的礦井，由於煤、巖破碎，反而有利於煤層氣(及煤成氣)的採集。在採煤技術條件許可的條件下，有的巷道可有目的地布置在煤、巖較破碎地段。各種原因停產、關閉的礦井，包括實施本發明已完成採煤任務的「報廢」礦井，在參照採用本發明的各種技術措施、並保持礦井排水的條件下，可以改為煤層氣井，繼續採集煤層氣和煤系內的煤成氣。
權利要求
1.以礦井現有巷道為基礎，在新區按採煤、採氣要求施工巷道和井下鑽孔，以實現新區先採氣後採煤，整個礦井同時產煤、產氣的一種開採煤層氣的方法，其特徵在於a.根據所需煤層氣量以及煤層含氣量、煤層厚度和採氣期內的產氣率計算出需提前開拓區域的面積；b.兼顧採煤和採氣需要布置巷道，選擇手段；c.由採氣巷道向兩側的煤體打順層或斜交鑽孔；d.採氣巷道設多用管；e.採氣巷道內的設施應有大於正常採氣期的使用壽命；f.採氣巷道起始端設密封牆；g.當煤層氣將採盡時，該區域可轉入採煤工序。
2.根據權利要求1所述特徵，採氣巷道大致平行，一般長度為採區長，間距為採煤工作面長;
3.根據權利要求1所述特徵，鑽孔長等於或小於1/2煤體寬，鑽孔間距等於兩倍的壓裂影響半徑，孔徑100mm;
4.根據權利要求1所述特徵，多用管和支架均由防靜電和腐蝕的玻璃鋼製作;
5.根據權利要求1所述特徵，多用管每隔15m有一帶可收折和展開的手柄的可開閉的特製三通;
6.根據權利要求1所述特徵，密閉牆可耐幾十個大氣壓，牆上有監測採氣巷道內情況的氣壓表和溫度計，有安全減壓閥和專門用於連接採氣管路的帶閥門接頭、流量計;
7.根據權利要求1所述特徵，採氣巷道分為A、B兩組，它們相間排列，集氣管a連通所有A、B巷道;
8.根據權利要求1所述特徵，管路b連接B組採氣巷道，另一端由集氣管a回流部分煤層氣，管中段有加熱加壓裝置，向B組供氣;
9.根據權利要求1所述特徵，集氣管a也可負壓集氣;
10.根據權利要求1所述特徵，各種停產、關閉礦井，參照採用本發明的各種技術措施後改為煤層氣井。
全文摘要
一種在煤礦原有巷道基礎上對新開拓區採集煤層氣的方法。本發明充分利用巷道的有利條件，高效、低投資地開發煤層氣資源；在新開拓區先採氣、後採煤，礦井同時產煤產氣。為社會提供乾淨、方便的能源；可使噸煤增值5～10元，使瓦斯不再威脅礦井安全，不再汙染大氣。
文檔編號E21B43/295GK1082660SQ9310132
公開日1994年2月23日 申請日期1993年2月10日 優先權日1993年2月10日
發明者鍾顯亮, 鍾音 申請人:鍾顯亮