[发明专利]地面高效抽采多层位老空区煤层气的防灭火抽采方法

权利要求书

1.一种地面高效抽采多层位老空区煤层气的防灭火抽采方法，其特征在于：通过向最上部同一水平层位多个老空区卸压解吸带的上部边界处注入大量浆体-聚氨酯材料，形成覆盖整个老空区的隔氧层，同时在老空区相邻的生产矿井靠近老空区边界煤柱一侧施工煤柱密闭墙和上覆岩层密闭墙隔绝相邻生产矿井的空气涌入老空区，施工完毕后，用SF₆示踪气体验证老空区的密闭性；然后从地面向中央老空区内部施工垂直井，抽采多层位老空区的煤层气；抽采过程中，根据老空区不同位置处的CO传感器和温度传感器的示数变化判断老空区内部可能已发生火源的位置，注入氮气或喷洒阻化剂扑灭可能已发生的局部火灾，保证煤层气的安全抽采；

所述的地面高效抽采多层位老空区煤层气的防灭火抽采方法，包括以下步骤：

（1）根据矿井采掘资料以及煤层地质柱状图，结合物理勘探手段确定井下已开挖煤层形成的多层位老空区的开挖范围、煤柱分布、导气裂隙带、卸压解吸带高度的参数以及最上部老空区与地面之间的漏风通道；

（2）以最上部老空区横向塑性破坏发育区正投影到地面位置的区域作为注浆区A₁，在A₁基础上分别向四周边界各外延10~20m作为最终注浆区域A；在注浆区域A内部设置地面注浆钻孔；钻孔孔径90-110mm，钻孔横向及纵向排距20-30m，钻孔施工至卸压解吸带上部；

在注浆区域A内布置地面端注浆管路，即：注浆站设置有泥浆泵，连接注浆干管，注浆干管上设有放浆闸阀，注浆干管通过三通连接伸入注浆钻孔中的注浆支管；

（3）启动地面注浆泵站，将浆液经钻孔注入卸压解吸带上部边界，形成0.5m-1m的浆液层，注浆压力1-3MPa；注浆完成后，清洗注浆管路，再次经由注浆管路向卸压解吸带上部边界的浆液层上方注入聚氨酯，聚氨酯厚度0.1m-0.2m，形成浆液-聚氨酯构筑的隔氧层结构；

（4）在老空区相邻矿井的生产巷道中，对紧靠老空区边界煤柱处的顶底板以及两巷道壁进行掏槽处理，掏槽深度0.2m-0.5m，宽度1-2m，清理槽内浮煤，然后在此处施工煤柱隔氧密闭墙；煤柱隔氧密闭墙自煤壁侧向相邻矿井生产巷道方向延伸依次由水泥砂浆-密封橡胶-聚氨酯构筑而成；其中水泥砂浆厚0.8m-1.5m，密封橡胶厚0.1m-0.3m，聚氨酯厚0.1m-0.3m，三层结构构筑完成后使用钢筋网进行加固；同时隔氧密闭墙构筑完成后由密闭墙位置处向巷道壁施工钻场，在钻场向已施工密闭墙上方岩层施工斜向钻孔，注入浆液和聚氨酯，形成上覆岩层隔氧密闭墙，同已施工的巷道中的煤柱隔氧密闭墙一起阻止生产矿井的空气在老空区地面抽采负压的作用下涌入老空区；

（5）在老空区相邻的生产矿井中，在靠近老空区边界煤柱的一侧施工钻孔，钻孔穿透老空区煤柱以及煤柱隔氧密闭墙，终孔位置位于老空区的导气裂隙带内，并且距离边界煤柱5-10m；

将温度传感器、CO传感器和O₂浓度传感器经钻孔置于老空区内，传感器经线路接入地面的监测监控装置；

（6）在地面向老空区施工垂直井，垂直井施工至距上层老空区底板1-3m处停止施工，然后向垂直井铺设套管固井，由地面经垂直井口向老空区导气裂隙带内放入温度传感器和CO传感器；继续延伸垂直井至距下层老空区底板1-3m，铺设套管固井后，再次从地面将温度传感器和CO传感器经垂直井口放至老空区导气裂隙带内；温度传感器和CO传感器经线路接入地面的监测监控装置；利用电缆输送套管枪至距上层老空区底板1-3米处，由套管枪向套管壁发射聚能射孔弹，自上层老空区底板向上高度为5-10m的套管上形成多个孔眼；

（7）垂直井近地面端进行密封，地面有密封装置；垂直井地面端的管路由三通分为两部分，一部分为注氮管，设置有阀门Ⅲ，连接氮气储集罐；一部分为抽气管路，设置有阀门Ⅱ，连接煤层气储集罐；

（8）在地面裂缝处释放SF₆气体，利用SF₆良好的扩散性，能在扰动的流场中迅速均匀分布，可作为示踪气体，验证老空区的漏风通道；

（9）打开阀门Ⅱ，通过抽采管进行煤层气抽采；

①若测得抽采煤层气中含有SF₆，则关闭阀门Ⅱ，停止煤层气抽采；再次经地面钻孔向上层老空区卸压解吸带上部边界注入聚氨酯；注入完成后，循环释放SF₆气体、取样测定SF₆气体浓度、停抽注浆的步骤，直至抽采的煤层气中不再含有SF₆气体；

②若抽采煤层气过程中，监控装置中显示O₂浓度持续升高，则关闭阀门Ⅱ后，在相邻生产矿井向密闭墙上喷射聚氨酯加固，待氧气浓度下降后再次打开阀门Ⅱ，继续煤层气抽采；

③若测得抽采煤层气中不含SF₆气体且O₂浓度无明显变化，则继续抽采煤层气；

（10）抽采煤层气过程中实时关注地面监控装置中CO浓度、和温度的示数变化；①若经地面垂直井下放于老空区的CO传感器显示CO体积分数达到24-150ppm之间的某一确定值且有稳定增加的趋势或温度传感器显示温度达到60℃-80℃时，则关闭阀门Ⅱ，打开阀门Ⅲ，向老空区内持续注入氮气；待CO浓度和温度降到临界值以下时，继续向老空区内注入氮气12h；然后，关闭阀门Ⅲ，再次打开阀门Ⅱ，继续煤层气抽采;②若经边界煤柱上的钻孔放置于老空区的CO传感器显示CO体积分数达到24-150ppm之间的某一确定值且有稳定增加的趋势或温度传感器显示温度达到60℃-80℃时，关闭阀门Ⅱ，然后通过钻孔向来老空区喷洒阻化剂，阻化剂采用浓度为10%-20%的CaCl₂溶液，流量为35-50L/min，待CO浓度和温度降到临界值以下时，再次打开阀门Ⅱ进行煤层气抽采；③若经地面垂直井和边界煤柱上的钻孔放置于老空区的CO传感器同时显示CO体积分数达到24-150ppm之间的某一确定值且有稳定增加的趋势或温度传感器同时显示温度达到60℃-80℃时，关闭阀门Ⅱ，同时由地面垂直井以及边界煤柱上的钻孔分别向老空区注入氮气和喷洒阻化剂，待CO浓度和温度降到临界值以下后，再打开阀门Ⅱ进行煤层气抽采。