[发明专利]一体化防治煤矿复合动力灾害的实验装置及方法

说明书

一体化防治煤矿复合动力灾害的实验装置及方法，利用同一钻孔分段进行注水与瓦斯抽采，通过注水降低煤体冲击倾向性和驱替瓦斯，同时瓦斯抽采在降低煤体中瓦斯压力时还可增加煤层注水效果，能解决深部开采中瓦斯压力高、渗透性低煤层的难注水的问题。本装置具有注水与抽采可同时进行可间断进行可往复可同时进行的优点，极大提高深部高应力低渗透煤层的注水的效果，降低冲击地压瓦斯突出复合动力灾害危险性。

技术领域

发明涉及一种煤层注水与瓦斯抽采一体化防治煤矿复合动力灾害的实验装置与防治方法，具体是关于深部高应力低渗透煤层的注水与瓦斯抽采同时进行，防治煤矿冲击地压瓦斯突出复合动力灾害的装置与方法。

背景技术

随着煤矿采掘活动的深度开展，煤矿深部采区的采场条件将进一步恶化，而深部开采后煤层呈现高应力及高瓦斯特点，冲击地压瓦斯突出复合动力灾害频发。深入开展防治煤矿复合动力灾害的研究是实现安全生产的迫切要求。

煤层注水是通过在所采煤层中打注水孔，然后将水注入煤体中，致使水能够均匀分布于煤层中大量的细微裂隙和孔隙中，水进入到孔隙后吸附在孔隙中的瓦斯和CO₂等气体与水产生竞位吸附效应，瓦斯被解吸后涌出，同时水可以使煤体湿润、降低煤的冲击倾向性及弹性能等，起到防治冲击地压瓦斯突出复合动力灾害等的一种常用防治措施。但是随着开采深度的增加，煤层按照《MT/T 1023-2006煤层注水可注性鉴定方法》判定为可注性煤层，但在原有注水参数下进行现场注水的过程中，发现煤层注水在初始阶段，尚可以注入一部分水，但注水孔日注水量较低，随着注水时间的推移，注水孔每天注入的水量逐渐下降，注水5～7天后，钻孔基本注不进去水的现象。因此为了提高注水效果，本发明的设计者，通过思考与经验总结，并结合现场实际条件，提出了一种能够显著增加注水效果的装置及方法。

发明内容

本发明的内容是克服深部开采煤层因地应力高、瓦斯压力大导致的注水效果不佳问题，采用同一钻孔分段进行注水与瓦斯抽采的方法。

为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案为：一体化防治煤矿复合动力灾害的实验方法，其步骤为：

1)形成煤样模型及实验环境：

1.1)制作煤样模型：取煤样，将煤磨成粉并与水以比例1:2的质量比混合，施压形成煤样模型；在制好的煤样模型外层涂混凝土外层；

1.2)模拟环境：在煤样模型打孔注入瓦斯及CO₂，使瓦斯及CO₂吸附在型煤的孔隙中，吸附时间为1-2天，结束后用煤及水泥浆将孔封好；在模型外部设置施压机构，对煤样模型施压，模拟煤矿井下条件；

2)实验准备：

2.1)在煤样模型由上至下依次打多个注采孔，每个注水孔间隔为2m；

2.2)将外部分布有封管器、流量传感器、瓦斯传感器，内部设有瓦斯抽采管、注水管的套管带孔套管插进注采孔；将瓦斯抽采管接到瓦斯抽采泵上，瓦斯抽采泵连接到瓦斯集气瓶上；注水管连接到水泵上，水泵另一端连接插进蓄水池中；流量传感器及瓦斯传感器的电线连接到操控台上；

3)实验：

3.1)将瓦斯抽采泵打开开始全面抽采瓦斯，当瓦斯传感器读数由低浓度指示灯变为中高浓度时，抽采结束并关闭瓦斯抽采泵；然后将水泵打开，根据流量传感器读数，通过操控台控制注水管出水孔处的阀门，进行分段式注水；

3.2)注水时，观察流量传感器读数，当流量传感器只增不减时说明煤层中存在一定的裂隙孔隙，关闭此段出水孔处阀门，停止此段注水；然后换到下一段注水管注水；当瓦斯传感器上升至高浓度指示灯时，停止注水，打开瓦斯抽采泵，抽采一段时间后瓦斯传感器读数回落至低浓度指示灯时关闭瓦斯抽采泵，并继续注水；

3.3)相邻注采孔的注抽顺序不同，一个注采孔注水先开始下一注采孔抽采先开始，形成内循环；