烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法.pdf

《烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法.pdf（8页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910246707.3 (22)申请日 2019.03.29 (71)申请人 中国矿业大学 地址 221116 江苏省徐州市大学路1号中国 矿业大学科研院 (72)发明人 张磊李菁华唐俊陈帅 黄梦牵方新秋李爽吴刚 卢硕 (74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 代理人 李悦声 (51)Int.Cl. E21F 7/00(2006.01) (54)发明名称 一种烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空 区防治火灾方法 (57)摘要 一种烟气驱替增强采空区。

2、瓦斯抽采及采空 区防治火灾方法， 适用于煤矿井下使用。 在回采 过程中， 采空区上方岩层垮断移动， 在冒落拱位 置处形成环形裂隙带， 富集了回采中释放的瓦斯 气体， 在进风巷外侧巷帮敷设注气管路， 并埋入 采空区内， 在回风巷一侧布置钻场， 自钻场向采 空区冒落拱位置布置抽采钻孔， 通过注气管路向 采空区内注入工厂废弃烟气， 通过抽采钻孔抽采 裂隙带中富集的瓦斯气体， 利用烟气抑制采空区 内残煤的自燃， 利用带压注入烟气平衡采空区内 气压， 削弱工作面向采空区的漏风， 利用烟气置 换、 驱替和托举残煤及围岩中的瓦斯上浮至裂隙 带， 提高抽采钻孔中抽采瓦斯量和抽采瓦斯浓 度， 达到防治采空区火灾。

3、， 且提高抽采瓦斯质量 的效果。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 109854294 A 2019.06.07 CN 109854294 A 1.一种烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： a、 在工作面的进风巷(2)外侧沿巷帮在底板上顺巷道走向并排敷设两条注气管路(5)， 并在注气管路(5)上标注起注线和停注线， 并随回采过程埋入采空区(3)内， 其中在注气管 路(5)末端上预设有烟气释放口(6)， 烟气释放口(6)上方设有释放口保护物(9)构成的建构 物用以保护烟气释放口(6)不被堵塞， 释放口保护物(9)为石块或木垛构成； b、 在回。

4、风巷(1)内侧巷帮布置钻场(7)， 自钻场(7)侧壁顶部向采空区(3)上方冒落拱 (4)位置布置3-4个抽采钻孔(8)， 抽采钻孔(8)均为穿层上向孔， 穿过采空区(3)上方的裂隙 带， 以抽采此处富集的瓦斯气体； c、 在回采过程中， 只有当工作面推进到注气管路(5)的起注线时， 方可利用矿井中的高 压力管道向该注气管路(5)注入工业废弃烟气， 两条注气管路(5)的注气工作开始与结束， 都只取决于各自管路上起注线与停注线的标记位置， 工业废弃烟气通过注气管路(5)上的 烟气释放口(6)排入采空区(3)， 在压力作用下工业废气驱赶采空区(3)内的瓦斯进入采空 区(3)上方因回采形成的环形裂隙圈。

5、(4)内， 从而有效防止抑制采空区(3)内可能出现的自 燃危害； d、 当工作面推进至注气管路(5)的停注线时， 停止对注气管路(5)的注气工作， 并封死 注气管路(5)， 随着工作面的推进， 在注气管路(5)停注时间段内进行该注气管路(5)的后续 敷设工作， 在进行注气和抽采工作的同时， 应当同步进行下一钻场(7)的布置工作。 2.根据权利要求1所述的一种烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法， 其特征在于： 注气管路(5)为无缝钢管， 烟气释放口(6)的注气管路(5)部分为花管结构， 并 封死注气管路(5)末端端口， 注气管路(5)上设置的烟气释放口(6)应高于煤层底板20- 30。

6、cm。 3.根据权利要求1所述的一种烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法， 其特征在于： 在钻场(7)内通过抽采钻孔(8)进行瓦斯抽采工作， 当抽采钻孔(8)高度不足以 达到冒落拱(4)高度时， 进行钻场(7)之间的接替。 4.根据权利要求1所述的一种烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法， 其特征在于： 工业废弃烟气通过发电厂和工厂尾气获得， 工业废气烟气中主要成分为氮气、 二氧化碳和二氧化硫等气体， 可以被煤体吸附存储， 且氮气和二氧化碳可以驱替及置换出 采空区(3)残煤及围岩内赋存的瓦斯。 5.根据权利要求1所述的一种烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法， 其。

7、特征在于： 由于采空区易燃区范围为20-70m， 因此注气管路(5)上设置的起注线与管路末 端烟气释放口(6)之间距离设为20m， 考虑到工作面采煤机与刮板输送机的布置， 因此注气 管路(5)上设置的停注线与管路末端烟气释放口(6)之间距离设为47m， 当工作面推进到停 注线处， 停止该注气管路(5)的注气工作并将其封死， 在封死的该注气管路(5)后的管路延 长线继续进行新的注气管路(5)的敷设工作， 注气管路(5)敷设长度均为50m， 同一注气管路 (5)延长线上的两个烟气释放口(6)之间距离为50m。 6.根据权利要求1所述的一种烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法， 其特征在于。

8、： 注气压力应随着矿井通风状况及释放口(6)与煤壁的距离而进行调整； 抽采瓦 斯工作接替期间， 注气工作持续进行， 但需要调整注气压力以避免烟气压力过大出现倒吹 权利要求书 1/2 页 2 CN 109854294 A 2 现象。 7.根据权利要求1所述的一种烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法， 其特征在于： 两条并排交错设置的注气管路(5)末端有25m的前后距离交错设置。 8.根据权利要求1所述的一种烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法， 其特征在于： 钻场之间的间距应根据矿井实际情况， 采用其工作面相应的周期来压步距， 抽 采钻孔为上向钻孔， 钻孔倾角取50-60度，。

9、 钻孔之间间距为0.5m， 钻孔终孔位置之间间距不 得小于5m， 其中至少应有一条钻孔的钻进方向近似垂直于工作面走向。 权利要求书 2/2 页 3 CN 109854294 A 3 一种烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法 技术领域 0001 本发明涉及一种采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法， 特别是一种烟气驱替增 强采空区瓦斯抽采及采空区防治火灾方法。 背景技术 0002 矿井生产过程中， 回采形成的采空区被跨落得碎石和残煤充填， 且透气性大， 导致 邻近围岩和残煤释放的瓦斯富集在采空区内， 同时也使得工作面向采空区严重漏风。 当新 鲜空气进入采空区， 带入的氧气氧化残煤， 诱发采。

10、空区自燃灾害； 同时风流带出采空区内游 离瓦斯气体， 容易导致上隅角瓦斯超限， 也使得矿井潜在瓦斯爆炸危险系数上升。 0003 现场多进行采空区瓦斯抽采工作以降低通风中瓦斯的浓度， 但抽采瓦斯时多采用 负压抽采， 因此会在抽采钻孔终孔位置形成负压， 由于采空区透气性性大， 且直接与通风线 路相接攘， 因此导致工作面向采空区漏风量增加， 残煤接触氧气量增加导致采空区自燃倾 向变强。 并且随着抽采工作持续， 瓦斯浓度逐渐降低到不可利用阀值， 抽采也难以再对瓦斯 含量产生显著影响， 但此时采空区内残余的瓦斯含量依旧庞大。 0004 在现场处理采空区自燃灾害中， 曾采用过充入氮气的方法， 一方面氮气能。

11、够抑制 采空区自燃， 另一方面也可以平衡采空区气压， 减少工作面向采空区的漏风量。 同时近些年 来学者研究发现二氧化碳、 氮气等气体可以驱替置换煤体中处于游离及吸附状态的气体。 发明内容 0005 发明目的： 本发明的目的是提供一种能够抽采采空区瓦斯及有效防止采空区火灾 的方法， 以解决当前存在的采空区自燃灾害、 工作面向采空区漏风及采空区瓦斯抽采效果 不好等问题。 0006 发明内容： 为实现上述技术目的， 本发明的烟气驱替采空区及防治火灾方法， 包括 以下步骤： 0007 a、 在工作面的进风巷外侧沿巷帮在底板上顺巷道走向并排敷设两条注气管路， 并 在注气管路上标注起注线和停注线， 并随回。

12、采过程埋入采空区内， 其中在注气管路末端上 预设有烟气释放口， 烟气释放口上方设有释放口保护物构成的建构物用以保护烟气释放口 不被堵塞， 释放口保护物为石块或木垛构成； 0008 b、 在回风巷内侧巷帮布置钻场， 自钻场侧壁顶部向采空区上方冒落拱位置布置3- 4个抽采钻孔， 抽采钻孔均为穿层上向孔， 穿过采空区上方的裂隙带， 以抽采此处富集的瓦 斯气体； 0009 c、 在回采过程中， 只有当工作面推进到注气管路的起注线时， 方可利用矿井中的 高压力管道向该注气管路注入工业废弃烟气， 两条注气管路的注气工作开始与结束， 都只 取决于各自管路上起注线与停注线的标记位置， 工业废弃烟气通过注气管路。

13、上的烟气释放 口排入采空区， 在压力作用下工业废气驱赶采空区内的瓦斯进入采空区上方因回采形成的 环形裂隙圈内， 从而有效防止抑制采空区内可能出现的自燃危害； 说明书 1/4 页 4 CN 109854294 A 4 0010 d、 当工作面推进至注气管路的停注线时， 停止对注气管路的注气工作， 并封死注 气管路， 随着工作面的推进， 在管路停注时间段内进行该注气管路的后续敷设工作， 在进行 注气和抽采工作的同时， 应当同步进行下一钻场的布置工作。 0011 注气管路为无缝钢管， 烟气释放口的注气管路部分为花管结构， 并封死注气管路 末端端口， 注气管路上设置的烟气释放口应高于煤层底板20-30。

14、cm。 0012 在钻场内通过抽采钻孔进行瓦斯抽采工作， 当抽采钻孔高度不足以达到冒落拱高 度时， 进行钻场之间的接替。 0013 工业废弃烟气通过发电厂和工厂尾气获得， 工业废气烟气中主要成分为氮气、 二 氧化碳和二氧化硫等气体， 可以被煤体吸附存储， 且氮气和二氧化碳可以驱替及置换出采 空区残煤及围岩内赋存的瓦斯。 0014 由于采空区易燃区范围为20-70m， 因此注气管路上设置的起注线与管路末端烟气 释放口之间距离设为20m， 考虑到工作面采煤机与刮板输送机的布置， 因此注气管路上设置 的停注线与管路末端烟气释放口之间距离设为47m， 当工作面推进到停注线处， 停止该注气 管路的注气工。

15、作并将其封死， 在封死的该注气管路后的管路延长线继续进行新的注气管路 的敷设工作， 注气管路敷设长度均为50m， 同一注气管路延长线上的两个烟气释放口之间距 离为50m。 0015 注气压力应随着矿井通风状况及释放口与煤壁的距离而进行调整； 抽采瓦斯工作 接替期间， 注气工作持续进行， 但需要调整注气压力以避免烟气压力过大出现倒吹现象。 0016 两条并排交错设置的注气管路末端有25m的前后距离交错设置。 0017 钻场之间的间距应根据矿井实际情况， 采用其工作面相应的周期来压步距， 抽采 钻孔为上向钻孔， 钻孔倾角取50-60度， 钻孔之间间距为0.5m， 钻孔终孔位置之间间距不得 小于5m。

16、， 其中至少应有一条钻孔的钻进方向近似垂直于工作面走向。 0018 有益效果： 采用该方法， 通过注气管路注入带压烟气可以平衡采空区内的气压， 抑 制采空区自燃， 同时烟气能够置换、 驱替和抬升瓦斯气体进入采空区上方的环形裂隙圈中， 而抽采瓦斯能够很好的降低上隅角瓦斯浓度， 削弱潜在的瓦斯爆炸危险； 0019 优点： 通过注气管路注入的烟气， 由于烟气是带压注入， 降低了采空区与工作面之 间的压力差， 使得漏风风流变小， 能够很好地解决采空区漏风及自燃问题； 采用两条注气管 道相互接替的布置方法， 可以保证采空区易燃区域内一直存在注气源； 同时可以驱替使得 瓦斯聚集在环形裂隙圈中， 一方面解决。

17、了上隅角瓦斯超限问题， 同时也能够提高抽采瓦斯 浓度和抽采瓦斯量， 显著提高煤层瓦斯抽采效果， 保障井下工人的安全。 附图说明 0020 图1是本发明布置注气管路及抽采钻孔的俯视图。 0021 图2是本发明布置注气管路及抽采钻孔的剖视图。 0022 图3是本发明布置注气管路的细节俯视图 0023 图中， 1-回风巷， 2-进风巷， 3-采空区， 4-冒落拱， 5-注气管路， 6-烟气释放口， 7-钻 场， 8-抽采钻孔， 9-烟气释放口保护物。 说明书 2/4 页 5 CN 109854294 A 5 具体实施方式 0024 下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步说明： 0025 如图1、 。

18、图2和图3所示， 本发明的烟气驱替增强采空区瓦斯抽采及采空防治火灾方 法， 包括以下步骤： 0026 a、 在工作面的进风巷2外侧沿巷帮在底板上顺巷道走向并排敷设两条注气管路5， 两条并排交错设置的注气管路5末端有25m的前后距离交错设置， 注气管路5材质为无缝钢 管， 烟气释放口内的注气管路5部分经特殊加工制为花管样式， 并封死注气管路5末端端口， 注气管路5上设置的烟气释放口6应高于煤层底板20-30cm， 在注气管路5上标注起注线和停 注线， 并随回采过程埋入采空区3内， 其中在注气管路5末端上预设有烟气释放口6， 烟气释 放口6上方设有释放口保护物9构成的建构物用以保护烟气释放口6不被。

19、堵塞， 释放口保护 物9为石块或木垛构成； 0027 b、 在回风巷1内侧巷帮布置钻场7， 钻自钻场7侧壁顶部向采空区3上方冒落拱4位 置布置3-4个抽采钻孔8， 抽采钻孔8均为穿层上向孔， 穿过采空区3上方的裂隙带， 以抽采此 处富集的瓦斯气体； 在钻场7内通过抽采钻孔8进行瓦斯抽采工作， 当抽采钻孔8高度不足以 达到冒落拱4高度时， 进行钻场7之间的接替， 钻场7之间的间距应根据矿井实际情况， 采用 其工作面相应的周期来压步距， 抽采钻孔为上向钻孔， 钻孔倾角取50-60度， 钻孔之间间距 为0.5m， 钻孔终孔位置之间间距不得小于5m， 其中至少应有一条钻孔的钻进方向近似垂直 于工作面走。

20、向； 0028 c、 在回采过程中， 只有当工作面推进到注气管路5的起注线时， 方可利用矿井中的 高压力管道向该注气管路5注入工业废弃烟气， 工业废弃烟气通过发电厂等工厂尾气获得， 工业废气烟气中主要成分为氮气、 二氧化碳和二氧化硫等气体， 可以被煤体吸附存储， 且氮 气和二氧化碳可以驱替及置换出采空区3残煤及围岩内赋存的瓦斯； 两条注气管路5的注气 工作开始与结束， 都只取决于各自管路上起注线与停注线的标记位置， 工业废弃烟气通过 注气管路5上的烟气释放口6排入采空区3， 在压力作用下工业废气驱赶采空区3内的瓦斯进 入采空区3上方因回采形成的环形裂隙圈4内， 从而有效防止抑制采空区3内可能出。

21、现的自 燃危害； 由于采空区易燃区范围为20-70m， 因此注气管路5上设置的起注线与管路末端烟气 释放口6之间距离设为20m， 考虑到工作面采煤机与刮板输送机的布置， 因此注气管路5上设 置的停注线与管路末端烟气释放口6之间距离设为47m， 当工作面推进到停注线处， 停止该 注气管路5的注气工作并将其封死， 在封死的该注气管路5后的管路延长线继续进行新的注 气管路5的敷设工作， 注气管路5敷设长度均为50m， 同一注气管路5延长线上的两个烟气释 放口6之间距离为50m， 注气压力应随着矿井通风状况及释放口6与煤壁的距离而进行调整； 抽采瓦斯工作接替期间， 注气工作持续进行， 但需要调整注气压。

22、力以避免烟气压力过大出 现倒吹现象； 0029 d、 当工作面推进至注气管路5的停注线时， 停止对注气管路5的注气工作， 并封死 注气管路5， 随着工作面的推进， 在管路5停注时间段内进行该注气管路5的后续敷设工作， 在进行注气和抽采工作的同时， 应当同步进行下一钻场7的布置工作。 0030 工作原理： 在回采过程中， 采空区上方会形成环形裂隙圈， 通过注入工业废弃烟 气， 可以将采空区赋存的瓦斯抬举至裂隙圈中， 再通过抽采钻孔进行抽采； 同时烟气的气体 组成成分是很好的抑燃物， 烟气的压力也能够很好的平衡采空区的气压， 从而能够减少工 说明书 3/4 页 6 CN 109854294 A 6 作面向采空区的漏风； 且由于采空区自燃带范围为2070m， 故设定管路起注距离与停注距 离分别为20m和50m。 说明书 4/4 页 7 CN 109854294 A 7 图1 图2 图3 说明书附图 1/1 页 8 CN 109854294 A 8 。