[发明专利]一种基于采空区漏风场优化的煤与瓦斯共生灾害防治方法

说明书

本发明公开了一种基于采空区漏风场优化的煤与瓦斯共生灾害防治方法，A、确定采空区及其上覆岩层裂隙场分布范围，进而确定钻孔位置的高度范围；B、根据裂隙场分布范围及现有煤矿地质资料确定合理的瓦斯抽采方式；C、确定钻场分布情况；D、监测工作面瓦斯浓度及CO浓度，并检测采空区漏风速度；E、调节抽采主管路的抽采负压及设置瓦斯传感；F、确定漏风速度和瓦斯浓度对煤自燃和瓦斯爆炸共存可能性ε；G、根据确定的安全范围，得出煤矿的实际抽采负压；本发明通过考虑采空区流场变化情况，确定本煤层合理的抽采负压，从而使得采空区漏风场达到最优化，进而能在保障瓦斯抽采效果的同时实现煤与瓦斯共生灾害防治的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于采空区漏风场优化的煤与瓦斯共生灾害防治方法。

背景技术

煤炭是目前广泛采用的主要能源物质之一，但其开采时的瓦斯、火、水、粉尘等灾害却制约着煤炭工业的发展。随着开采深度的增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力不断增高，地温梯度急剧增大，大量浅部低瓦斯矿井升级为高瓦斯矿井甚至是煤与瓦斯突出矿井，不易自燃煤层转变成可自燃煤层甚至是极易自燃煤层，导致瓦斯与煤自燃灾害交织共生，灾害风险不断增大，呈现多种灾害耦合作用，煤矿安全生产形势愈加严峻。近年来，随着煤与瓦斯共生灾害越发凸显，这种共生灾害发展成为煤矿特重大事故导火索的致灾模式，对煤矿安全生产造成了严重威胁，遏制了煤炭工业持续健康发展，因此必须采取有效措施解决瓦斯与煤共生灾害。

目前，关于煤与瓦斯共生灾害防治的方法也有一些研究，如申请号为201910632444.X的中国专利，提出了一种利用顺层定向钻孔抽采瓦斯和防灭火的方法，该方法通过施工顺层定向钻孔，以负压的方式抽采采空区中瓦斯，再向采空区注入防灭火材料，防止采空区中遗煤自燃；又如申请号为201911152741.0的中国专利，提出了一种煤层采空区瓦斯与煤自燃协同防治方法，利用旁路式高位走向长钻孔抽采瓦斯，进风巷布置注浆管路连续向采空区注阻燃浆体封堵漏风通道，再连续向采空区注水成膜胶体泡沫防治采空区煤炭自燃。上述方法虽然能在一定程度上既可以防治瓦斯超限又可以防治煤自燃，但在前期准备防灭火材料耗时较长，所需成本较高；并且没有很好解决采空区瓦斯在抽采过程中会导致遗煤自然发火的危险性，由于当抽采瓦斯时，空气及瓦斯的流动造成采空区内的氧气浓度及气体温度发生改变，当温度上升后又会造成流场重新分布，流场重新分布后又会造成氧气浓度场及温度场发生改变，如此反复下去最终会导致采空区内遗煤自燃，而上述防治方法未考虑采空区流场问题，在进行瓦斯抽采时容易造成煤自燃灾害。此外，上述方法未考虑抽采负压对抽采效果的影响，即抽采负压过低，会造成瓦斯流动动力不足，允许抽采的瓦斯量少；抽采负压过高容易造成钻孔内外压差过大而出现钻孔漏气，抽采浓度过低，浪费负压资源，同时煤自燃风险也急剧增加。因此，如何提供一种方法能充分考虑采空区流场问题，以及确定本煤层合理的抽采负压，从而保障瓦斯抽采效果的同时防止煤自燃，是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于采空区漏风场优化的煤与瓦斯共生灾害防治方法，通过考虑采空区流场变化情况，确定本煤层合理的抽采负压，从而使得采空区漏风场达到最优化，进而能在保障瓦斯抽采效果的同时实现煤与瓦斯共生灾害防治的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于采空区漏风场优化的煤与瓦斯共生灾害防治方法，具体步骤为：

A、确定采空区及其上覆岩层裂隙场分布范围，进而确定钻孔位置的高度范围：采空区煤层的裂隙带高度范围采用如下公式(1)计算得出，采空区上覆岩层的裂隙带高度范围通过已知地质资料得出；由于钻孔位置位于采空区煤层的裂隙带高度范围内，因此采用公式(2)得出；

其中，∑M为煤层厚度，H_F为采空区煤层的裂隙带高度，H_D为钻孔位置的高度；