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申请/专利权人：中煤科工集团重庆研究院有限公司

摘要：本发明涉及一种大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的装置及方法，属于煤矿瓦斯安全技术领域。该装置包括套管、蝶阀、三通和抽采管道；蝶阀安装在所述套管上，所述套管通过三通与抽采管道连接；套管置入到水平钻孔内部；所述水平钻孔施工在回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风槽之间的煤柱上，且穿透煤柱；抽采管道上安装流量、温度、瓦斯以及一氧化碳气体浓度测定装置，用于监测水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯情况。本发明解决了偏“Y”型通风方式条件下的高强度回采工作面回风隅角瓦斯治理的难题，实现采空区瓦斯多个汇点、连续可控抽采，在有效控制隅角瓦斯涌出的同时，对采空区遗煤自燃进行实时监控。

主权项：1.一种大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的装置，其特征在于，包括套管、蝶阀、三通和抽采管道；所述蝶阀安装在所述套管上，所述套管通过三通与抽采管道连接；所述套管置入到水平钻孔内部；所述水平钻孔施工在回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风槽之间的煤柱上，且穿透煤柱；每个煤柱上施工14~19个大直径水平钻孔；所述套管上缠绕有棉纱，所述棉纱上倒有一定量的聚氨酯混合溶液，待聚氨酯混合溶液反应、固化后，将水平钻孔内壁与套管粘连起来，形成密封体，用于隔绝空气的摄入；所述抽采管道上安装有流量、温度、瓦斯以及一氧化碳气体浓度测定装置，用于监测水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯情况；该装置抽采瓦斯的方法步骤为：S1：在回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风顺槽之间的煤柱上，施工大直径的水平钻孔；S2：所述施工的大直径的水平钻孔穿透煤柱，施工完毕后，向钻孔内置入套管；S3：所述套管上缠绕棉纱，并在棉纱上倒入一定量的聚氨酯混合溶液，待聚氨酯混合溶液反应、固化后，实现对套管的有效封堵；S4：在所述套管上安装蝶阀，用以控制水平钻孔的抽采负压；S5：将安装有蝶阀的套管与三通相连接；S6：所述三通连接抽采管道，在所述抽采管道上安设流量、温度、瓦斯以及一氧化碳气体浓度测定装置，用于监测大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯情况。

全文数据：大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的装置及方法技术领域本发明属于煤矿安全技术领域，涉及大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的装置及方法。背景技术采空区瓦斯抽采量的可调、可控及标识性气体的实时监测是有效控制采空区遗煤自燃，防止煤矿井下回采工作面上隅角瓦斯浓度超限的重要保障。目前，我国鄂尔多斯盆地东北缘的大多数高瓦斯矿井主采煤层属于二类自燃煤层，发火期为4～6个月。且煤层综采放顶煤回采工作面进风量一般为2000m3min，回风风量约为1600m3min，故，就该类矿井井下煤炭回采工作面而言，其瓦斯抽采所带来的采空区漏风，极可能导致采空区遗煤自燃，并且煤体自燃又成为瓦斯燃烧和瓦斯爆炸的引火源，不仅严重影响瓦斯安全抽采，而且还成为矿井生产的巨大危险源；反过来，在防治自燃过程中，所采取的采空区和煤体封堵，减少漏风，以及松散煤体灌注防灭火黄泥胶体形成隔离带等措施，均不利于采空区瓦斯抽采。因此，在采取防治煤层自燃措施中，充分考虑采空区瓦斯抽采对工作面瓦斯涌出强度的控制，在瓦斯抽采过程中，兼顾采空区漏风控制防治自燃火灾，成为同时存在瓦斯和自燃灾害矿井实现安全生产的关键难题。有鉴于此，本发明针对我国鄂尔多斯盆地东缘二类自燃厚煤层高强度开采条件下的采空区瓦斯治理难题，提出采用大直径水平钻孔施工工艺，将大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯工艺应用于工作面上隅角瓦斯的治理，实现综放工作面回风侧多个汇点连续、可控抽采。发明内容有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的装置及方法，用于解决偏“Y”型通风方式条件下的高强度回采工作面回风隅角瓦斯治理的难题，实现采空区瓦斯多个汇点、连续可控抽采，在有效控制隅角瓦斯涌出的同时，可对采空区遗煤自燃进行实时监控，实现了对矿井复合灾害的有效防控。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的装置，包括套管、蝶阀、三通和抽采管道；所述蝶阀安装在所述套管上，所述套管通过三通与抽采管道连接；所述套管置入到水平钻孔内部；所述水平钻孔施工在回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风槽之间的煤柱上，且穿透煤柱；所述抽采管道上安装有流量、温度、瓦斯以及一氧化碳气体浓度测定装置，用于监测水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯情况。进一步，所述回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风槽之间的煤柱的长度为150～200m，煤柱的宽度为20m，煤柱间为贯通的联络巷道。进一步，所述水平钻孔直径为113mm，钻孔的间距为5～10m，每个煤柱上施工14～19个大直径水平钻孔。进一步，所述套管上缠绕有棉纱，所述棉纱上倒有一定量的聚氨酯混合溶液，待聚氨酯混合溶液反应、固化后，将水平钻孔内壁与套管粘连起来，形成密封体，用于隔绝空气的摄入。进一步，适用于所述装置的大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的方法，具体包括以下步骤：S1：在回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风顺槽之间的煤柱上，施工大直径的水平钻孔；S2：所述施工的大直径的水平钻孔穿透煤柱，施工完毕后，向钻孔内置入套管；S3：所述套管上缠绕棉纱，并在棉纱上倒入一定量的聚氨酯混合溶液，待聚氨酯混合溶液反应、固化后，实现对套管的有效封堵；S4：在所述套管上安装蝶阀，用以控制水平钻孔的抽采负压；S5：将安装有蝶阀的套管与三通相连接；S6：所述三通连接抽采管道，在所述抽采管道上安设流量、温度、瓦斯以及一氧化碳气体浓度测定装置，用于监测大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯情况。进一步，所述步骤S3具体包括以下步骤：S31：在套管上缠绕棉纱，然后将混合后的聚氨酯溶液倒在棉纱上，迅速将套管放入到钻孔内；S32：待混合后的聚氨酯溶液充分反应、固化后，其将钻孔内壁与套管粘连起来，形成密封体，从而隔绝空气的摄入，防止抽采瓦斯浓度降低。进一步，所述步骤S5中，所述蝶阀的控制方法为：1抽采的初期，打开蝶阀，使采空区的瓦斯在抽采管道内负压的作用下流入水平钻孔内；同时，通过设置于抽采管道上的瓦斯、一氧化碳气体浓度传感器监测抽采瓦斯的情况；2若抽采管道内发现一氧化碳气体，则关闭或者调节蝶阀的开闭度，减少采空区内的漏风，防止遗煤发生自燃。本发明的有益效果在于：1本发明可用于实施煤矿井下煤炭回采工作面推进期间的上隅角瓦斯治理，该工艺是应用大直径水平钻孔施工工艺在煤柱内施工桥接采空区的钻孔，且备采工作面上顺槽内敷设的大管径的抽采管道，进而引排采空区瓦斯，起到干扰采空区流场的作用；2本发明可取代联巷，且实现了采空区与备采工作面上顺槽之间的完全隔离，避免了采空区高浓度瓦斯直接流入备采工作面上顺槽，从根本上解决了回风瓦斯浓度超限的难题；桥接管路接入采空区处的抽采负压远大于偏“Y”型通风系统条件下横贯处通风负压，且抽采量大，能较偏“Y”型通风系统更有效地截流采空区深部回风侧区域高浓度瓦斯涌入工作面；3本发明采用多个桥接管路接入采空区，实现了采空区回风侧区域多个汇点抽采，和工作面附近区域与采空区深部同时连续抽采，减小了采空区瓦斯涌出强度；接入采空区的桥接管路采用多个管路并联接入，有效减少了抽采管路的局部阻力，增大了瓦斯抽采量，加强了对采空区瓦斯流场的控制；4本发明与传统的高位钻孔相比，其钻孔施工工程量小，采空区抽采瓦斯量大，能有效控制采空区瓦斯流场，防止工作面上隅角瓦斯超限；每个大直径水平钻孔与抽采管道相连接，并可实时在线监测采空区遗煤自然发火标识性气体的浓度，切实做到对矿井煤炭生产工作面采空区煤自燃的有效预控；大直径水平钻孔与抽采管道相连接处，安设有调控蝶阀，用以控制钻孔抽采瓦斯负压，使得钻孔抽采瓦斯量实现精准、有效可控，防止因采空区抽采瓦斯量过大，而引发的空气摄入造成遗煤自燃。附图说明为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：图1为本发明所述装置的整体施工位置示意图；图2为本发明所述装置的水平示意图；图3为图2的A-A剖面示意图；图4为管道与抽采管的连接示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。如图1～4所示，一种大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的装置，包括套管、蝶阀、三通和抽采管道；所述蝶阀安装在所述套管上，所述套管通过三通与抽采管道连接；所述套管置入到水平钻孔内部；所述水平钻孔施工在回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风槽之间的煤柱上，且穿透煤柱；所述抽采管道上安装有流量、温度、瓦斯以及一氧化碳气体浓度测定装置，用于监测水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯情况。回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风槽之间的煤柱的长度为150～200m，煤柱的宽度为20m，煤柱间为贯通的联络巷道。水平钻孔直径为113mm，钻孔的间距为5～10m，每个煤柱上施工14～19个大直径水平钻孔。套管上缠绕有棉纱，所述棉纱上倒有一定量的聚氨酯混合溶液，待聚氨酯混合溶液反应、固化后，将水平钻孔内壁与套管粘连起来，形成密封体，用于隔绝空气的摄入。大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的方法，具体包括以下步骤：S1：在回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风顺槽之间的煤柱上，施工大直径的水平钻孔；S2：所述施工的大直径的水平钻孔穿透煤柱，施工完毕后，向钻孔内置入套管；S3：所述套管上缠绕棉纱，并在棉纱上倒入一定量的聚氨酯混合溶液，待聚氨酯混合溶液反应、固化后，实现对套管的有效封堵；具体为：S31：在套管上缠绕棉纱，然后将混合后的聚氨酯溶液倒在棉纱上，迅速将套管放入到钻孔内；S32：待混合后的聚氨酯溶液充分反应、固化后，其将钻孔内壁与套管粘连起来，形成密封体，从而隔绝空气的摄入，防止抽采瓦斯浓度降低。S4：在所述套管上安装蝶阀，用以控制水平钻孔的抽采负压；S5：将安装有蝶阀的套管与三通相连接；其中蝶阀的控制方法为：1抽采的初期，打开蝶阀，使采空区的瓦斯在抽采管道内负压的作用下流入水平钻孔内；同时，通过设置于抽采管道上的瓦斯、一氧化碳气体浓度传感器监测抽采瓦斯的情况；2若抽采管道内发现一氧化碳气体，则关闭或者调节蝶阀的开闭度，减少采空区内的漏风，防止遗煤发生自燃。S6：所述三通连接抽采管道，在所述抽采管道上安设流量、温度、瓦斯以及一氧化碳气体浓度测定装置，用于监测大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯情况。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

权利要求：1.一种大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的装置，其特征在于，包括套管、蝶阀、三通和抽采管道；所述蝶阀安装在所述套管上，所述套管通过三通与抽采管道连接；所述套管置入到水平钻孔内部；所述水平钻孔施工在回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风槽之间的煤柱上，且穿透煤柱；所述抽采管道上安装有流量、温度、瓦斯以及一氧化碳气体浓度测定装置，用于监测水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯情况。2.根据权利要求1所述的大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的装置，其特征在于，所述回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风槽之间的煤柱的长度为150～200m，煤柱的宽度为20m，煤柱间为贯通的联络巷道。3.根据权利要求1所述的大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的装置，其特征在于，所述水平钻孔直径为113mm，钻孔的间距为5～10m，每个煤柱上施工14～19个大直径水平钻孔。4.根据权利要求1所述的大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的装置，其特征在于，所述套管上缠绕有棉纱，所述棉纱上倒有一定量的聚氨酯混合溶液，待聚氨酯混合溶液反应、固化后，将水平钻孔内壁与套管粘连起来，形成密封体，用于隔绝空气的摄入。5.适用于权利要求1～4中任意一项所述装置的大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：在回采工作面的胶带运输顺槽与相邻工作面的进风顺槽之间的煤柱上，施工大直径的水平钻孔；S2：所述施工的大直径的水平钻孔穿透煤柱，施工完毕后，向钻孔内置入套管；S3：所述套管上缠绕棉纱，并在棉纱上倒入一定量的聚氨酯混合溶液，待聚氨酯混合溶液反应、固化后，实现对套管的有效封堵；S4：在所述套管上安装蝶阀，用以控制水平钻孔的抽采负压；S5：将安装有蝶阀的套管与三通相连接；S6：所述三通连接抽采管道，在所述抽采管道上安设流量、温度、瓦斯以及一氧化碳气体浓度测定装置，用于监测大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯情况。6.根据权利要求5所述的大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：S31：在套管上缠绕棉纱，然后将混合后的聚氨酯溶液倒在棉纱上，迅速将套管放入到钻孔内；S32：待混合后的聚氨酯溶液充分反应、固化后，其将钻孔内壁与套管粘连起来，形成密封体，从而隔绝空气的摄入，防止抽采瓦斯浓度降低。7.根据权利要求5所述的大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯的方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述蝶阀的控制方法为：1抽采的初期，打开蝶阀，使采空区的瓦斯在抽采管道内负压的作用下流入水平钻孔内；同时，通过设置于抽采管道上的瓦斯、一氧化碳气体浓度传感器监测抽采瓦斯的情况；2若抽采管道内发现一氧化碳气体，则关闭或者调节蝶阀的开闭度，减少采空区内的漏风，防止遗煤发生自燃。

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