专利名称：煤矿井巷采气法的制作方法
技术领域：
本发明为煤炭资源的综合开发技术，主要为天然气开发;它以已有采煤井巷为基础，再根据采集煤层气的需要，对新区进行开拓，并采取若干技术措施，以实现煤矿既采煤层气又采煤的双重任务。
煤层气(瓦斯)自古以来一直作为煤矿生产的主要危险因素，通过矿井通风排放出矿井。只有当煤层的瓦斯含量太大，靠通风排放，技术上有难度或经济上不合算时，才进行预先抽放，抽放的瓦斯才得到利用。我国自五十年代起即有抽放瓦斯的经验。这种抽放技术的特点是中心目的是为了矿井安全;无论从全国煤矿或预先抽放瓦斯的矿井本身，被抽放和利用的瓦斯的比例均不大，抽放的时间也短;大部分瓦斯依然存在于煤体中，它们大部分通过通风系统白白排放，小部分由采出煤炭带出矿井，也没有利用。矿井排放的瓦斯是大气的重要污染源。美国自七十年代起开始从地面抽放和利用瓦斯，但这种地面钻井采气技术不考虑煤矿井巷的有利条件，投资很大，技术复杂，特别是对煤层的渗透率要求较高，它对渗透率低的煤层，特别是对我国的绝大多数煤层并不适用。
近年来，为了利用煤层气，有的矿井除预抽瓦斯外，还开始从采空区抽放瓦斯。有的煤炭公司要求各矿务局、煤矿抽放利用瓦斯，但至今未能实现利用大部分瓦斯的目标。有的城市煤气公司为寻找气源，也对煤层气利用寄与厚望，但引用外国地面采气技术，遇到了煤层渗透率过低、产气量没有商品价值的难题。总之，由于没有理想的采气方法，煤层气始终存在利用率过低或根本不利用的情况。
本发明的目的是提供一种适用于在煤矿中采集煤层气的方法，此方法的主要特征在于利用采煤巷道的有利条件，以较简单的技术充分开发利用煤层气资源。生产矿井采用这种采气技术，不影响煤矿正常的采煤生产与安全。本发明是这样实现的在现有矿井巷道的基础上，根据所需煤层气量(m3)、煤层含气量(m3/t煤)、煤层厚度和通过试验确定的采气期内的产气率(%)计算出需提前开拓区域的面积;
根据以后采煤的需要，并兼顾当前采气需要，决定采气巷道的延伸方向和长度(一般为采区长)及它们的间距(一般为回采工作面长度);
根据煤层渗透率、实际瓦斯涌出速度和强化采气手段的影响半径等，选定钻孔密度，钻孔由巷道向两侧顺层或斜交布置，相邻两巷道在同一煤体的钻孔呈长短交错状布置，必要时亦可等深布置，钻孔间距为两倍的压裂半径;孔深小于或等于煤体宽度的1/2，孔径100mm;
根据煤层的物理、化学特征，选择适宜的强化采气手段，如压裂、割孔、酸洗等等，增强煤层的渗透性能;
在掘进过程、特别是有突出危险的煤层的掘进过程，要有专门的防突措施。除常规方法外，为确保单巷掘进安全，还应有与掘进同步延伸的内径不小于250mm的管子(“多用管”);巷道用耐腐蚀、有防静电措施的玻璃钢支架支护，可维护20年;
多用管由玻璃钢管制成，具防静电性能，每隔15m有一特制三通，它有可收折和展开的把手，它展开时把手接长，可方便地将三通拧开。多用管的用途为掘进时送风用;巷道某段被堵时，两端的三通拧开后可通过管子由铁线牵引的专用罐实现对饮食品、药物和液化空气等的传送;在巷道封闭后一般不再启封进人，多用管在封闭巷道前已把各三通打开，它可保证在巷道局部有冒落时仍然使巷道对流体畅通无阻;
巷道起始端用密封墙密闭，它的周缘均嵌入煤、岩体内，其强度应足以耐几十个(正、负)大气压，即在负压抽气或正压对煤体压气体时均能承受，并有3倍的安全系数;墙上有气压表、温度计、安全减压阀、排水阀和专门用于连接集气管路的带阀门接头、气体流量计。
采气过程可视煤层气涌出速度和需气量采取以下减增气措施1.当涌出气量大于需气量时，适当关小阀门，使巷道内煤层气压力升高，巷道起贮气罐的作用，较高的压力还使煤层气涌出量减小;
2.当自然涌出量小于正常需气量时，可采取增加采气面积，如在同煤层内再按正常间距增加采气巷道，或向邻近煤层或老空区打采气钻孔等等;
3.将采气巷道分为A、B两组。集气管a连通所有采气巷道A组和B组。管路b可通过多用管向巷道B内供给具有低于200℃温度、压力为5大气压的煤层气。这时煤层被加热且热量缓慢向里传导，长时期后可使整个煤体升温。压力使热气进入微裂隙，使微裂隙扩大，且热气还能溶解部分充填于微裂隙中的矿物质，使煤层透气性增强，也有利于相邻巷道之间压裂圈与钻孔之间的连通。煤体温度增高，增大气体分子的热运动，大大有利于吸咐煤层气解吸。为使加热加压煤层气在巷道内分布较均匀，即流入量较均匀，三通的开启量由巷道起始端很小渐变到终端很大。热煤层气加热煤体后，部分渗透到相邻巷道，大部分回流集气管a;
附图
为采气巷道的一部分。图中，A1、A2、……和B1、B2、……均为平巷，C为上山，这些巷道都开掘于同一煤层之中;c1、c2、……为各平巷起始端的密封墙;d1、d2、……为多用管;e1、e2、……为顺煤层钻孔，它遍布每块煤体，等距排列;f1、f2、……为各孔的压裂圈;a管路为煤层气集气管，根据需要它还可并联别的煤层的集气管，由它采集煤层气送到地面;b管路为回气管，对需要给煤层加热的煤矿才设置，它的一端只与B1、B2、……巷道的多用管相连通，另一端从集气管取回小部分煤层气，将煤层气加热、加压后送回B1、B2、……各巷道。
4.必要时巷道(A)由常温常压改为常温负压，以加快煤层气解吸。
当累计采气量接近预计极限时，即5～10年后，应启用已准备好的新的采气区，这采完的旧区可打开密封墙，将采气巷道适当改造、维修后，转入采煤生产。
本发明有巨大的经济效益和社会效益，对煤层气含量为30m3/t煤的矿井，可使吨煤储量增值约10元;由于采气中利用采煤巷道，所以采气费用很少;使矿井免受瓦斯威胁，大大提高安全性;为社会提供清洁、方便之能源;避免煤成气对大气的污染。本发明有广泛的实用性，含气量低的煤层和渗透率小的煤层均适用，在这种情况下可加大开拓面积、巷道长度和钻孔密度以及采取多种强化采气手段。构造复杂和岩浆岩侵入的矿井，由于煤、岩破碎，反而有利于煤层气(及煤成气)的采集。在采煤技术条件许可的条件下，有的巷道可有目的地布置在煤、岩较破碎地段。各种原因停产、关闭的矿井，包括实施本发明已完成采煤任务的“报废”矿井，在参照采用本发明的各种技术措施、并保持矿井排水的条件下，可以改为煤层气井，继续采集煤层气和煤系内的煤成气。
权利要求
1.以矿井现有巷道为基础，在新区按采煤、采气要求施工巷道和井下钻孔，以实现新区先采气后采煤，整个矿井同时产煤、产气的一种开采煤层气的方法，其特征在于a.根据所需煤层气量以及煤层含气量、煤层厚度和采气期内的产气率计算出需提前开拓区域的面积；b.兼顾采煤和采气需要布置巷道，选择手段；c.由采气巷道向两侧的煤体打顺层或斜交钻孔；d.采气巷道设多用管；e.采气巷道内的设施应有大于正常采气期的使用寿命；f.采气巷道起始端设密封墙；g.当煤层气将采尽时，该区域可转入采煤工序。
2.根据权利要求1所述特征，采气巷道大致平行，一般长度为采区长，间距为采煤工作面长;
3.根据权利要求1所述特征，钻孔长等于或小于1/2煤体宽，钻孔间距等于两倍的压裂影响半径，孔径100mm;
4.根据权利要求1所述特征，多用管和支架均由防静电和腐蚀的玻璃钢制作;
5.根据权利要求1所述特征，多用管每隔15m有一带可收折和展开的手柄的可开闭的特制三通;
6.根据权利要求1所述特征，密闭墙可耐几十个大气压，墙上有监测采气巷道内情况的气压表和温度计，有安全减压阀和专门用于连接采气管路的带阀门接头、流量计;
7.根据权利要求1所述特征，采气巷道分为A、B两组，它们相间排列，集气管a连通所有A、B巷道;
8.根据权利要求1所述特征，管路b连接B组采气巷道，另一端由集气管a回流部分煤层气，管中段有加热加压装置，向B组供气;
9.根据权利要求1所述特征，集气管a也可负压集气;
10.根据权利要求1所述特征，各种停产、关闭矿井，参照采用本发明的各种技术措施后改为煤层气井。
全文摘要
一种在煤矿原有巷道基础上对新开拓区采集煤层气的方法。本发明充分利用巷道的有利条件，高效、低投资地开发煤层气资源；在新开拓区先采气、后采煤，矿井同时产煤产气。为社会提供干净、方便的能源；可使吨煤增值5～10元，使瓦斯不再威胁矿井安全，不再污染大气。
文档编号E21B43/295GK1082660SQ9310132
公开日1994年2月23日 申请日期1993年2月10日 优先权日1993年2月10日
发明者钟显亮, 钟音 申请人:钟显亮