[發明專利]地面高效抽采多層位老空區煤層氣的防滅火抽采方法

有效

• 申請號: 202111104123.6
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113756857B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 李振;楊鵬;楊曉軍;馮國瑞;劉繼勇;康天慧;張慧芳;余奕睿;劉一鳴;楊潔;張純旺;王志偉
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B33/13;E21F17/103;E21F17/18;E21F5/00;E21F5/04
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種地面高效抽采多層位老空區煤層氣的防滅火抽采方法，其特征在于：通過向最上部同一水平層位多個老空區卸壓解吸帶的上部邊界處注入大量漿體-聚氨酯材料，形成覆蓋整個老空區的隔氧層，同時在老空區相鄰的生產礦井靠近老空區邊界煤柱一側施工煤柱密閉墻和上覆巖層密閉墻隔絕相鄰生產礦井的空氣涌入老空區，施工完畢后，用SF₆示蹤氣體驗證老空區的密閉性；然后從地面向中央老空區內部施工垂直井，抽采多層位老空區的煤層氣；抽采過程中，根據老空區不同位置處的CO傳感器和溫度傳感器的示數變化判斷老空區內部可能已發生火源的位置，注入氮氣或噴灑阻化劑撲滅可能已發生的局部火災，保證煤層氣的安全抽采；

所述的地面高效抽采多層位老空區煤層氣的防滅火抽采方法，包括以下步驟：

（1）根據礦井采掘資料以及煤層地質柱狀圖，結合物理勘探手段確定井下已開挖煤層形成的多層位老空區的開挖范圍、煤柱分布、導氣裂隙帶、卸壓解吸帶高度的參數以及最上部老空區與地面之間的漏風通道；

（2）以最上部老空區橫向塑性破壞發育區正投影到地面位置的區域作為注漿區A₁，在A₁基礎上分別向四周邊界各外延10~20m作為最終注漿區域A；在注漿區域A內部設置地面注漿鉆孔；鉆孔孔徑90-110mm，鉆孔橫向及縱向排距20-30m，鉆孔施工至卸壓解吸帶上部；

在注漿區域A內布置地面端注漿管路，即：注漿站設置有泥漿泵，連接注漿干管，注漿干管上設有放漿閘閥，注漿干管通過三通連接伸入注漿鉆孔中的注漿支管；

（3）啟動地面注漿泵站，將漿液經鉆孔注入卸壓解吸帶上部邊界，形成0.5m-1m的漿液層，注漿壓力1-3MPa；注漿完成后，清洗注漿管路，再次經由注漿管路向卸壓解吸帶上部邊界的漿液層上方注入聚氨酯，聚氨酯厚度0.1m-0.2m，形成漿液-聚氨酯構筑的隔氧層結構；

（4）在老空區相鄰礦井的生產巷道中，對緊靠老空區邊界煤柱處的頂底板以及兩巷道壁進行掏槽處理，掏槽深度0.2m-0.5m，寬度1-2m，清理槽內浮煤，然后在此處施工煤柱隔氧密閉墻；煤柱隔氧密閉墻自煤壁側向相鄰礦井生產巷道方向延伸依次由水泥砂漿-密封橡膠-聚氨酯構筑而成；其中水泥砂漿厚0.8m-1.5m，密封橡膠厚0.1m-0.3m，聚氨酯厚0.1m-0.3m，三層結構構筑完成后使用鋼筋網進行加固；同時隔氧密閉墻構筑完成后由密閉墻位置處向巷道壁施工鉆場，在鉆場向已施工密閉墻上方巖層施工斜向鉆孔，注入漿液和聚氨酯，形成上覆巖層隔氧密閉墻，同已施工的巷道中的煤柱隔氧密閉墻一起阻止生產礦井的空氣在老空區地面抽采負壓的作用下涌入老空區；

（5）在老空區相鄰的生產礦井中，在靠近老空區邊界煤柱的一側施工鉆孔，鉆孔穿透老空區煤柱以及煤柱隔氧密閉墻，終孔位置位于老空區的導氣裂隙帶內，并且距離邊界煤柱5-10m；

將溫度傳感器、CO傳感器和O₂濃度傳感器經鉆孔置于老空區內，傳感器經線路接入地面的監測監控裝置；

（6）在地面向老空區施工垂直井，垂直井施工至距上層老空區底板1-3m處停止施工，然后向垂直井鋪設套管固井，由地面經垂直井口向老空區導氣裂隙帶內放入溫度傳感器和CO傳感器；繼續延伸垂直井至距下層老空區底板1-3m，鋪設套管固井后，再次從地面將溫度傳感器和CO傳感器經垂直井口放至老空區導氣裂隙帶內；溫度傳感器和CO傳感器經線路接入地面的監測監控裝置；利用電纜輸送套管槍至距上層老空區底板1-3米處，由套管槍向套管壁發射聚能射孔彈，自上層老空區底板向上高度為5-10m的套管上形成多個孔眼；

（7）垂直井近地面端進行密封，地面有密封裝置；垂直井地面端的管路由三通分為兩部分，一部分為注氮管，設置有閥門Ⅲ，連接氮氣儲集罐；一部分為抽氣管路，設置有閥門Ⅱ，連接煤層氣儲集罐；

（8）在地面裂縫處釋放SF₆氣體，利用SF₆良好的擴散性，能在擾動的流場中迅速均勻分布，可作為示蹤氣體，驗證老空區的漏風通道；

（9）打開閥門Ⅱ，通過抽采管進行煤層氣抽采；

①若測得抽采煤層氣中含有SF₆，則關閉閥門Ⅱ，停止煤層氣抽采；再次經地面鉆孔向上層老空區卸壓解吸帶上部邊界注入聚氨酯；注入完成后，循環釋放SF₆氣體、取樣測定SF₆氣體濃度、停抽注漿的步驟，直至抽采的煤層氣中不再含有SF₆氣體；

②若抽采煤層氣過程中，監控裝置中顯示O₂濃度持續升高，則關閉閥門Ⅱ后，在相鄰生產礦井向密閉墻上噴射聚氨酯加固，待氧氣濃度下降后再次打開閥門Ⅱ，繼續煤層氣抽采；

③若測得抽采煤層氣中不含SF₆氣體且O₂濃度無明顯變化，則繼續抽采煤層氣；

（10）抽采煤層氣過程中實時關注地面監控裝置中CO濃度、和溫度的示數變化；①若經地面垂直井下放于老空區的CO傳感器顯示CO體積分數達到24-150ppm之間的某一確定值且有穩定增加的趨勢或溫度傳感器顯示溫度達到60℃-80℃時，則關閉閥門Ⅱ，打開閥門Ⅲ，向老空區內持續注入氮氣；待CO濃度和溫度降到臨界值以下時，繼續向老空區內注入氮氣12h；然后，關閉閥門Ⅲ，再次打開閥門Ⅱ，繼續煤層氣抽采;②若經邊界煤柱上的鉆孔放置于老空區的CO傳感器顯示CO體積分數達到24-150ppm之間的某一確定值且有穩定增加的趨勢或溫度傳感器顯示溫度達到60℃-80℃時，關閉閥門Ⅱ，然后通過鉆孔向來老空區噴灑阻化劑，阻化劑采用濃度為10%-20%的CaCl₂溶液，流量為35-50L/min，待CO濃度和溫度降到臨界值以下時，再次打開閥門Ⅱ進行煤層氣抽采；③若經地面垂直井和邊界煤柱上的鉆孔放置于老空區的CO傳感器同時顯示CO體積分數達到24-150ppm之間的某一確定值且有穩定增加的趨勢或溫度傳感器同時顯示溫度達到60℃-80℃時，關閉閥門Ⅱ，同時由地面垂直井以及邊界煤柱上的鉆孔分別向老空區注入氮氣和噴灑阻化劑，待CO濃度和溫度降到臨界值以下后，再打開閥門Ⅱ進行煤層氣抽采。