一种采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的结构及方法与流程

本发明涉及瓦斯抽采钻孔施工，具体涉及一种采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的结构及方法。

背景技术：

1、随着煤层盖山厚度的不断增加，我国多数矿井已逐步成为了高突矿井，呈现了瓦斯含量高、煤层松软、透气性差的特性，施工完抽放钻孔后，存在浓度低、流量低、封孔不严的共性问题，钻孔抽出的瓦斯浓度多数在40%以下，且会在一段时间后，孔口裂隙带发育造成在抽的钻孔浓度继续降低，抽采系统内瓦斯浓度长期处于5%-16%范围内，无法保证抽放管路内瓦斯浓度高于瓦斯爆炸浓度界限的要求，存在瓦斯爆炸的隐患，且占用瓦斯抽采能力。钻孔瓦斯抽采是防治瓦斯的根本方法，提高瓦斯抽采钻孔浓度是防止瓦斯抽采系统内发生瓦斯燃爆的基本保障，因此，亟需一种采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的结构及方法。

技术实现思路

1、为解决低透气性松软煤层施工瓦斯抽采钻孔后，封孔效果差，抽采浓度低，存在瓦斯爆炸隐患的技术问题，本发明提供一种采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的结构及方法，可提高钻孔抽出的瓦斯浓度。

2、本发明采用的技术方案是，一种采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的结构，包括向煤层中施工的上行的钻孔，钻孔内下花管至孔底，在花管内插入一定内径的实管至孔底，实管外端连接带有负压的抽采管路。

3、进一步地，实管外端与抽采管路之间连接煤气表。

4、进一步地，实管末端封闭，且在实管末端位置开设若干气孔，通过调节气孔的孔数，使煤气表显示的抽放流量接近等于钻孔瓦斯涌出量。

5、进一步地，气孔直径为1mm。

6、本发明还提供一种采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的方法，包括以下步骤：首先，向煤层中施工上行的钻孔，然后，在向钻孔内下花管至孔底避免塌孔，最后，在花管内插入一定内径的实管至孔底，实管外端依次连接煤气表及带有负压的抽采管路。

7、进一步地，实管末端封闭后再钻一定数量的气孔，通过调节气孔的孔数，使煤气表显示的抽放流量接近等于钻孔瓦斯涌出量。

8、进一步地，根据钻孔内百米瓦斯流量预计钻孔孔壁瓦斯涌出量，再根据钻孔单位时间内瓦斯涌出量确定实管的内径，通过内径大小控制实管内单位时间抽采气体的流量，其中抽采气体的流量通过煤气表读取气体流量，确保单位时间内孔壁涌出的瓦斯量大于或等于实管抽采的气体流量。

9、进一步地，瓦斯涌出量=钻孔百米流量/100*钻孔深度。

10、本发明具有以下有益效果：

11、1、向煤层中施工上行的钻孔，因甲烷密度比空气小，钻孔孔底为最高点，所以孔壁涌出的甲烷会聚集于孔底，向钻孔内下花管至孔底，可以起到支撑煤壁的作用，避免钻孔塌孔造成通道堵塞。

12、2、因一定孔径的管路抽采气体时，流量是基本固定的，通过施工煤体段的百米钻孔瓦斯流量可计算该钻孔的瓦斯涌出量，可通过选用不同管径的实管控制实管内单位时间抽采气体的流量，确保单位时间内孔壁涌出的瓦斯量大于或等于实管抽采的气体流量。另外，还可将实管末端封闭，在实管末端开设若干气孔，通过调节实管末端的孔数，使煤气表显示的抽放流量接近等于钻孔瓦斯涌出量。

13、3、本发明能够通过钻孔内的下管方式和抽采模式，从无限制抽采到合理高效选择性抽采，避免将空气抽入抽采系统，从而提高瓦斯抽采系统内瓦斯浓度，降低瓦斯抽采系统负荷，杜绝瓦斯事故隐患发生。

14、4、本发明对钻孔内瓦斯进行采集，可大大提高抽采系统内瓦斯浓度，且抽出的高浓度瓦斯可以进行发电，减少瓦斯能源排空浪费的现象。

技术特征：

1.一种采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的结构，其特征在于，包括向煤层（6）中施工的上行的钻孔（7），钻孔（7）内下花管（5）至孔底，在花管（5）内插入一定内径的实管（4）至孔底，实管（4）外端连接带有负压的抽采管路（2）。

2.根据权利要求1所述的采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的结构，其特征在于，实管（4）外端与抽采管路（2）之间连接煤气表（3）。

3.根据权利要求2所述的采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的结构，其特征在于，实管（4）末端封闭，且在实管（4）末端位置开设若干气孔（8），通过调节气孔（8）的孔数，使煤气表（3）显示的抽放流量接近等于钻孔瓦斯涌出量。

4.根据权利要求1所述的采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的结构，其特征在于，气孔（8）直径为1mm。

5.一种采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，向煤层（6）中施工上行的钻孔（7），然后，在向钻孔（7）内下花管（5）至孔底避免塌孔，最后，在花管（5）内插入一定内径的实管（4）至孔底，实管（4）外端依次连接煤气表（3）及带有负压的抽采管路（2）。

6.根据权利要求5所述的采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的方法，其特征在于，实管（4）末端封闭后再钻一定数量的气孔（8），通过调节气孔（8）的孔数，使煤气表（3）显示的抽放流量接近等于钻孔瓦斯涌出量。

7.根据权利要求5所述的采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的方法，其特征在于，根据钻孔（7）内百米瓦斯流量预计钻孔（7）孔壁瓦斯涌出量，再根据钻孔（7）单位时间内瓦斯涌出量确定实管（4）的内径，通过内径大小控制实管（4）内单位时间抽采气体的流量，其中抽采气体的流量通过煤气表（3）读取气体流量，确保单位时间内孔壁涌出的瓦斯量大于或等于实管（4）抽采的气体流量。

8.根据权利要求7所述的采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的方法，其特征在于，瓦斯涌出量=钻孔百米流量/100*钻孔深度。

技术总结
本发明公开了一种采集低透气性松软煤层中高浓度甲烷的结构及方法，属于瓦斯抽采钻孔施工技术领域，包括向煤层中施工的上行的钻孔，钻孔内下花管至孔底，在花管内插入一定内径的实管至孔底，实管外端连接带有负压的抽采管路。本发明能够通过钻孔内的下管方式和抽采模式，从无限制抽采到合理高效选择性抽采，避免将空气抽入抽采系统，从而提高瓦斯抽采系统内瓦斯浓度，降低瓦斯抽采系统负荷，杜绝瓦斯事故隐患发生。

技术研发人员：李昆,赵志军,吕高磊,王志敏,王素芳,李辉,郭志强,李创创,顾科飞,姬鹏飞
受保护的技术使用者：山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23