[发明专利]一种基于负压调控的煤矿井下瓦斯抽采方法

说明书

本发明公开了一种基于负压调控的煤矿井下瓦斯抽采方法，通过对瓦斯抽采过程中的负压调控实现了煤矿井下瓦斯的高效抽采。采用优化后的负压调整方案可达到如下效果：1、提高了井下瓦斯抽采浓度及抽采纯量；2、提高了抽采效率；3、降低了钻孔CO浓度；4、延长了抽采钻孔服务期限。

技术领域

本发明属于煤矿井下开采的瓦斯抽采技术领域，涉及一种基于负压调控的煤矿井下瓦斯抽采方法，适用于井下瓦斯抽采系统及钻孔的负压调节。

背景技术

目前煤层瓦斯抽过程中，抽采负压一般根据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》确定，缺少理论依据和针对性，更没有和煤层赋存条件、煤层力学性质、封孔深度及质量相联系。存在以下显著问题：①钻孔抽采负压过大，损伤钻孔孔壁围岩，对钻孔稳定严重不利，局部产生漏气现象；②在孔径一定的条件下，钻孔抽采负压过大，空气动能增大，带动孔内煤粉形成高密度煤粉流，封堵原有抽采通道，降低抽采效果；③钻孔抽采负压过大，孔内高速流动的煤粉颗粒、空气颗粒与孔壁产生强烈碰撞，孔内温度不断上升，造成一定的安全隐患；④钻孔抽采负压过小，则直接不能抽出预计瓦斯量，严重影响瓦斯抽采效果。

因此，合理匹配抽采负压提高瓦斯抽采效果关键技术研究对有效提高矿井开采煤层的瓦斯抽采效果，形成合理的瓦斯抽采模式具有重要的理论指导意义和实用价值。

发明内容

本发明针对上述问题，研究一种基于负压调控的煤矿井下瓦斯抽采方法，通过对瓦斯抽采过程中的负压调控实现了煤矿井下瓦斯的高效抽采。

技术方案如下：

一种基于负压调控的煤矿井下瓦斯抽采方法，包括：

1)取煤样测试煤矿井下不同煤层在不同负压条件下的吸附解吸瓦斯量随时间的变化情况，绘制煤样吸附解吸曲线；

2)根据煤样吸附解吸曲线，计算每两数据点之间的距离以及每个数据点两侧的吸附量差幅，对比差幅相对较小的点即为拐点，以两个拐点之间的负压范围作为该煤层合理的抽采负压范围；

3)根据煤样吸附时间确定时间t，在瓦斯抽采的初期，不使用负压(自然解吸)或者使用较低的负压(负压小于5kPa)进行抽采；t时间后，再从步骤2)确定的抽采负压范围内选择尽可能高的负压进行抽采。

进一步地，步骤2)中每两数据点之间的距离通过以下公式计算：

其中，A(x₁,y₁)，B(x₂,y₂)是指在欧氏几何空间内，平面内设的吸附解吸曲线上两数据点，无量纲。

进一步地，步骤2)中任一数据点两侧的吸附量差幅通过以下公式计算：

δ＝(y_i﹣y_i+1)﹣(y_i‐1﹣y_i)

其中，δ是指吸附量差幅，y_i、y_i+1、y_i‐1分别是指数据点i及其两侧的数据点i+1和i-1的吸附量值。

进一步地，步骤2)中合理的抽采负压范围为10～35kpa。

进一步地，步骤3)中，煤样吸附时间定义为实测解吸气体体积累计达到总含气量(STP:标准温度、压力)的63.2％时所对应的时间(《瓦斯地质学》，中国矿业大学出版社2009‐05‐01出版)。

进一步地，步骤3)中，时间t为煤样吸附时间区间的平均值。

进一步地，步骤3)中，时间t一般为7天。