[发明专利]松软、低透、高硫化氢煤层分区钻割注碱治理施工方法

说明书

本发明公开了一种松软、低透、高硫化氢煤层分区钻割注碱治理施工方法，包括1)探测及区域划分；2)注碱参数设计；3)水力割缝钻孔；4)封孔；5)钻孔注碱；6)注碱效果考察及水力割缝钻孔参数调整；7)在采煤过程中实时检测硫化氢涌出量，根据硫化氢浓度检测仪测定硫化氢浓度，根据监测结果修改步骤3)中的水力割缝间距，同时调整注碱量和钻孔数量，保证其它区域煤层回采时硫化氢浓度低于安全值6.6ppm。本发明采用水力割缝钻孔一体化技术扩大煤层注碱量和治理范围，并且根据不同硫化氢含量区域采用不同的水力割缝布置方式，可以极大地提高治理煤层硫化氢的效率，同时保证井下作业人员和相关设备免受硫化氢的危害。

技术领域

本发明属于硫化氢煤层开采技术领域，具体涉及一种松软、低透、高硫化氢煤层分区钻割注碱治理施工方法。

背景技术

随着我国对煤炭资源的不断开采，煤层中涌出硫化氢的案例逐渐增多，而煤层中硫化氢的异常涌出严重威胁着矿井的安全生产。其危害主要表现在：1)硫化氢气体分子在煤中的吸附量巨大，大约是甲烷的90倍，因此更容易发生钻孔中硫化氢涌出；2)硫化氢是一种有毒气体，当其浓度达到100ppm时人体就会出现严重的中毒症状，当达到700ppm时就会在短时间内造成人体死亡；3)由于井下空气潮湿，并且在煤层开采过程中又使用喷雾除尘，很多设备表面会有水的存在，而硫化氢气体易溶于水，这就致使了煤层中的硫化氢溶于设备表面的水中，使得其显酸性，对设备造成腐蚀。

目前对煤矿硫化氢治理的相关理论和工程实践还不够全面，因此对其治理措施还比较局限，主要有以下几种：1)加大通风，对巷道中的硫化氢气体进行稀释；2)在巷道、工作面喷洒碱液；3)对煤层中的硫化氢气体进行预抽；4)在煤层中预注碱液。前两种方法操作简单，见效快，但对于富集在煤层中的高浓度硫化氢气体见效甚微。后两种方法在高渗透性的煤层中效果相对可以达到标准，但对于松软、低渗透性的煤层，采用第三种方法很难对煤层中的硫化氢气体进行抽采，采用第四种方法，碱液很难注入到煤层当中，致使其影响范围小，治理效果不佳。5)传统的水力射流施工方法是先施工钻孔再进行水力射流，由于预先施工的钻孔周围煤体松软使得孔内坍塌，很难进行下一步的水力射流，该方法只适用于煤层比较完整、坚硬的区域。因此，针对松软、低透煤层，急需一种高效的注碱工艺，用以在较短的时间内完成煤层的高效治理。

发明内容

本发明旨在提供一种快捷高效的专用于松软、低透煤层中硫化氢含量高的治碱处理方法，确保煤炭开采的效率，极大地减小了煤层中硫化氢的治理成本，同时确保安全生产。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种松软、低透、高硫化氢煤层分区钻割注碱治理施工方法，包括以下步骤：

1)探测及区域划分：向煤层中施工多个硫化氢探测钻孔，检测每个探测钻孔中的硫化氢浓度是否超标，根据所检测硫化氢浓度对超标目标煤层进行区域划分，得到高、中、低三种煤层区域，再对探测钻孔进行封孔；

2)注碱参数设计：根据步骤1)所检测的硫化氢浓度及酸碱中和原理计算不同煤层区域吨煤所需的碱质量，然后根据碱液的质量浓度计算不同煤层区域所需的碱液量；

3)水力割缝钻孔：采用钻割一体化水力割缝钻机在步骤1)中所划分的不同煤层区域进行钻割一体化施工，割缝间距根据步骤1)所划分的不同煤层区域进行确定，硫化氢浓度越高，割缝间距越小；

4)封孔：选用膨胀水泥，采用“两堵一注”施工方法对水力割缝钻孔进行封孔；

5)钻孔注碱：使用注浆泵向水力割缝钻孔中注入碱液，直至每个煤层区域注入所需的碱液量；

6)注碱效果考察及水力割缝钻孔参数调整：注碱完成后对探测钻孔重新开孔，检测每个探测钻孔中的硫化氢浓度，当达到煤矿所要求的安全值6.6ppm以下时方可进行煤巷的掘进和开采；若硫化氢浓度高于安全值，重复步骤3)—步骤5)增加水力割缝钻孔后进行封孔、钻孔注碱，或重复步骤5)再次进行钻孔注碱；