WO2018214659A1 - 一种废弃矿井井下瓦斯治理新工艺 - Google Patents
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Abstract
公开了一种废弃矿井井下瓦斯治理新工艺：该工艺步骤为：1)在废弃矿井封闭前对井下分巷道（1，2，3）实施封堵，并在封堵的料石墙上部预留钢管孔，使内外连通；2)井下多个分巷道封堵墙（4）上预留钢管孔与井下瓦斯抽排总管道（7）联接，进行瓦斯抽排；3)将封堵的巷道排水与主巷道排水连通，并在井下位置低处修建蓄水仓（11），安装排水泵（12）及水管将井下涌水抽排到地面，达到煤矿封闭后可实现井下涌水正常抽排的效果；4)对废弃矿井主副井口进行封闭，平硐式斜井以砌筑料石墙加黄土填充形预埋钢管，立井以钢筋混凝土盖板形式封堵主副井口，同时预埋钢管使井口内外连通；5)通过地面瓦斯排采设备对井下瓦斯进行排采。该方法可达到对废弃矿井井下瓦斯综合治理利用的目的。
Description
本发明属于矿井瓦斯治理领域，尤其是涉及一种废弃矿井瓦斯治理新工艺技术。
废弃矿井瓦斯是指因煤炭资源枯竭或其他不符合安全生产要求及政策原因，按国家相关规定程序而关闭的矿井中，所残存在剩余煤层、围岩及井下密闭空间吸附及游离态的甲烷资源。废弃矿井瓦斯开发利用，是矿井即将关闭前，采取一定的封堵措施，利用原瓦斯抽排系统在地面抽采瓦斯利用。国内在废弃矿井治理技术方面仅在理论上有一些研究，目前没有成功的经验和项目。虽然有些矿区进行了地面钻孔排采利用，但真正意义上的废弃矿井瓦斯综合治理利用产业化尚属空白。随着国内煤炭行业结构性改革及淘汰产能工作的开展，关停矿井的数量逐年增多。这种废弃矿井的瓦斯逸散、塌陷滑坡、矸石污染、井下积水危害等灾害性也日益凸显，如果不进行科学治理，生态环境将受到严重威胁，同时这些被关停的矿井富含大量的瓦斯资源，据有关统计，在全国这种废弃的瓦斯气资源达到万亿立方。如果将这项技术全国推广并形成产业化发展，将有利于促进“十三五”期间非常规天然气资源的开发利用，同时有利于促进中国煤炭企业转型脱困、增加新的就业岗位、实现废弃资源再利用，更重要的是解决了废弃矿井的安全、环保问题，保护了生态环境，社会意义重大。
发明内容
本发明的目的是针对现有废弃矿井井瓦斯治理存在的不足之处，提供一种在废弃矿井井下实施巷道封堵、预留孔洞、瓦斯抽排管道系统联接改造、抽 水系统改造，通过地面排采设备对井下瓦斯进行排采，达到废弃矿井瓦斯综合治理利用的效果。
实现本发明目的的技术方案的工艺步骤是这样的：
1)在废弃矿井封闭前对井下瓦斯溢出相对较高的巷道，在与主巷道连接口处实施料石墙封堵并预留管道，拓采瓦斯和进行涌水抽排：
a.井下巷道封堵：在废弃矿井即将关闭前，在井下采动区、采空区作业分支巷道与主巷道连接口处，内侧先以料石墙砌筑，厚度约0.8-1米，中间以黄土填充压实，厚度为5米，然后外则再料石墙砌筑，厚度约0.8-1米，整个封闭墙砌筑过程中要预埋根管道，使巷道内外连通，在这个连通管外侧做可拆卸的封闭盖，以备对封闭巷道内伸入瓦斯检测仪检测。如检测到为高瓦斯作业巷道，则此管道直接与井下瓦斯总管道连接。同样在封堵墙下侧需设置排水孔洞，使巷道内涌水能够排出。原有瓦斯抽排管道系统改造后与地面抽排系统保持联接，实现废弃矿井瓦斯井下排采；
b.井下涌水抽排：正常情况下，井下地下水是在不断的向采空区涌出，矿井正常生产时，井下涌水抽排也是矿井生产日常工作中的一个重点，但矿井停产矿井封闭后，如果井下涌水不及时排出，则涌水蓄积，将淹没矿井采空区巷道，这样井下瓦斯则无空间逸出蓄各，更无法抽采利用。本发明是在矿井停产封闭后，重新设计井下涌水治理抽排系统，使矿井下在无人工作的状态下，在地面能够将井下涌水抽排到地面，保留住使井下瓦斯逸出蓄积所需的空间，避免矿井积水，同时得以实现废弃矿井瓦斯治理。
本发明是在巷道砌筑封堵料石墙的时候，在料石墙内侧下部制作一个水封溢流水槽，巷道内涌水汇积到这个水槽内，当液位达到一定高度即可通过水封溢流出封堵墙外，同时料石墙内蓄积的相对高浓度瓦斯气不会通过此排水槽 流出，从水封溢流槽溢流出的涌水与主巷道的排水沟连通汇积，再矿井下位置最低处设置一个蓄水仓，此蓄水仓一般为料石、水泥沙浆砌筑，蓄水体积根据矿井涌水量大小确定蓄水仓体积大小，主巷道排水沟的水汇积到这个蓄水仓，在地面上通过精确定位，钻一口抽水井到此蓄水仓范围内，在地面井口通过井筒内安装抽水泵及连接管道，伸入到蓄水内下部约2/3深处，蓄水仓内水位达到抽水泵入口高度时，水泵即开始抽水工作，将蓄水仓内的水抽排到地面再利用。从而实现矿井闭坑后仍可将井下涌水抽排到地面，以保存井下有足够的空间释放存储瓦斯，达到对废弃矿井瓦斯井下综合治理利用的目的。
2)将料石墙上预留的管道分别与井下瓦斯抽排管道连接，形成井下瓦斯排采管道系统，再利用地面原有瓦斯抽排系统设备对废弃矿井下蓄积的瓦斯进行抽排：
在立井的井口浇注1个大于井筒断面的坚实的钢筋混凝土盖板，浇筑的过程中，在中间预埋两根钢管，伸入井筒内侧的一端敞开，与井下空间连通。井筒外侧一端安装法兰盖，螺栓连接封闭。斜井及平硐应在井口以内斜长20m处砌筑1座砖、石或混凝土墙，墙体厚度不小于0.6米，必须牢固可靠，再用泥土填至井口，再砌筑砖、石或混凝土封墙。矿井封闭后拆卸此预埋管外侧法兰盖，伸入瓦斯检测仪或取样设备，即可分析井内瓦斯浓度，如瓦斯气可利用，则将此管口与地面瓦斯排采管道连接，实现矿井封闭后对井下蓄存的瓦斯进行排采利用。
3)将封堵的巷道排水与主巷道排水连通，并在井下位置低处修建蓄水仓，在地面上钻排水井孔达井下蓄水仓位置处，安装抽水泵及水管将井下涌水抽排到地面，达到矿井封闭后可实现井下涌水正常抽排的效果；
4)待以上工作完成后，对平硐式斜井口以料石、水泥、沙等砌筑封闭内外侧墙，内外侧墙之间以黄土、粘土填充压实进行封闭，对立井则在井口处以钢筋混凝 土盖板封堵井口，整个封堵过程中在平硐式斜井口上部预埋钢管伸入矿井内，立井则在钢筋混凝土盖板中心预埋钢管，使井内外连通，与地面原有瓦斯抽排系统设备管道连接，实现对废弃矿井瓦斯抽排治理利用的作用。
5)通过地面原有瓦斯抽排系统设备与井下瓦斯排采总管道连接并排采瓦斯，达到对废弃矿井井下瓦斯综合治理利用的目的。
本发明有如下效果：通过对废弃矿井井下巷道封堵、井下瓦斯管道改造、井下涌水抽排改造，废弃矿井井口封闭等瓦斯综合治理措施，达到消除废弃矿井井下瓦斯聚集、逸出和井下积水所带来的灾害，同时能将废弃矿井瓦斯资源再利用，实现经济效益、环境效益和良好的社会效益。
图1为本发明工艺中的井下瓦斯管道系统。
图2为本发明中的井下涌水排水系统。
图3为本发明废弃矿井竖井口封闭示意图。
图4为本发明废弃矿井斜井封堵、瓦斯采排管道示意图。
如图所示：1、井下分巷道一，2、井下分巷道二，3、井下分巷道三，4、井下分巷道封堵墙，5、预埋管道，6、管法兰，7、井下瓦斯抽排总管道，8、井下主巷道，9、井下分巷道排水口，10、井下主巷道排水沟，11、井下蓄水仓，12、排水泵，13、排水井筒，14、废弃矿井主井口，15、井口封堵盖板，16、预留瓦斯排采管道，17、废弃矿井主斜井，18、封堵墙中预埋管道，19、内侧封堵料石墙，
20、黄土或沙土填充段，21、外侧封堵料石墙，22、瓦斯抽排地面总管道。
如图1所示，一种废弃矿井井下瓦斯治理新工艺，废弃矿井即将封闭前， 在废弃矿井井下采动区、采空区作业区内分巷道1、2、3的硐口向内约8米处，分别砌筑封堵墙4。具体做法是在分巷道内8米处，先以料石、水泥沙浆砌筑封堵墙，厚度约0.8-1米，将巷道封堵，中间以黄土填充压实，厚度为5米，然后在外则再砌筑料石、水泥沙浆封堵墙，厚度约0.8-1米，在整个封闭墙砌筑过程中要在封墙上距硐顶部0.2-0.3米处预埋1根DN100-DN200粗的预埋管道5，通过这根预埋管道5使分巷道与主巷道8气流连通，在这个预埋管外侧做管法兰6封闭，分巷道内侧敞口，拆卸此预埋管外侧管法兰即可对封闭巷道内伸入瓦斯检测仪检测。如瓦斯浓度达到可利用条件，则此管道可通过法兰直接与井下瓦斯抽排总管道7连接，再通过地面原有瓦斯抽排设备对井下与瓦斯进行抽排利用。
如图2所示：废弃矿井井下涌水抽排系统，废弃矿井封闭前，在井下分巷道1砌筑封堵墙时，在封堵墙下侧设置井下分巷道排水口9，此排水口为溢流水封式，在分巷道内侧紧靠封堵墙处修一个水泥沙浆抹面的集水池，大小跟据分巷道涌水量确定，使分巷道内涌出的水汇集到集水池，当积水液位达到溢流高度时，则从分巷道封堵墙下部的溢流槽流出分巷道，使分巷道内涌水能够排出，同时分巷道内的瓦斯气不会从此溢流水封式排水口9泄出。从各分巷道溢流出的涌水分别流入在主巷道内设置的水泥沙浆抹面的排水沟10，在矿井下作业面相对地势低处设置蓄水仓11，该蓄水仓是在井下地势最低处挖出一个平硐，以水泥沙浆抹面，水仓的尺寸长、宽、深由井下巷道大小、抽水系统能力和涌水量具体情况确定，一般水仓尺寸为长20米宽3米深3米的两个水仓串联组成，在水仓上部地面打一口排水井筒13，打到水仓范围内，使水仓通过排水井筒13与地面连通，在此排水井筒内安装排水泵12，排水泵12出口管连接到地面水处理装置中，通过排水泵将井下水仓内蓄积的井下涌水排出，以保证井下有足够 的空间释放存储瓦斯，达到对废弃矿井瓦斯井下综合治理利用的目的。
如图3所示：本发明工艺中在废弃矿井主井口14处，进行封闭井口，设置钢筋混凝土井封堵盖板15，此盖板上表面距地面此钢筋混凝土盖板厚度、所用钢筋尺寸、混凝土标号、配比等按井口跨距大小尺寸，需专业结构设计单位进行专业设计给定，按设计文件施工，制做此钢筋混凝土盖板时，需在盖板15中间预埋1－2根钢管3,钢管直径为DN300-500mm，此预埋管一端伸入井口内部，长度需大于15米，内部管口侧为敞开形式，另一端在钢筋混凝土盖板上面，距离地面0.5-1米处焊接管法兰用螺栓将法兰盖和法兰连接封堵管口，拆卸此法兰盖向管内伸入取样仪器，取样分析井下瓦斯浓度，如可利用则将此管道与地面瓦斯抽排系统管道连接，对井下蓄存的瓦斯进行排采利用，达到废弃矿井瓦斯综合治理的作用。
如图4所示：本发明工艺中废弃矿井主为斜井，则主斜井17井口封堵时在距井口大于25米深处，先以料石头、水泥沙浆砌筑密封料石墙3，厚度不小于1米，然后以黄土或粘土填充压实，在黄土或沙土填充段20填充厚度大于20米，填充到斜井硐口处，再砌筑料石水泥沙浆密封内侧封堵料石墙19，厚度不小于1米，整个封堵过程中，在硐口上部预埋1－2根钢管2,钢管直径为DN300-500mm，此预埋管道18一端伸入井口1内部，长度需大于20米，并做支架加固，管口为敞开形式，另一端在斜井口封堵料石墙19外侧，距离封堵墙0.5-1米处焊接管法兰用螺栓将法兰盖和法兰连接封堵管口，拆卸此法兰盖向管内伸入取样仪器，取样分析井下瓦斯浓度，如可利用则将此管道与地面原有瓦斯抽排地面总管道22连接，对井下蓄存的瓦斯进行排采利用，达到废弃矿井瓦斯治理的作用。
Claims (1)
- 一种废弃矿井井下瓦斯治理新工艺：其特征在于：该工艺通过以下步骤实现：1)在废弃矿井封闭前对井下瓦斯溢出相对较高的巷道，在与主巷道连接口处实施料石墙封堵并预留管道，拓采瓦斯和进行涌水抽排；2)将料石墙上预留的拓采瓦斯的管道与井下瓦斯抽排管道连接，形成井下瓦斯排采管道系统，再利用地面原有瓦斯抽排系统设备对废弃矿井下蓄积的瓦斯进行抽排；3)将封堵的巷道排水与主巷道排水连通，并在井下位置低处修建蓄水仓，在地面上钻排水井孔达井下蓄水仓位置处，安装抽水泵及水管将井下涌水抽排到地面，达到矿井封闭后可实现井下涌水正常抽排的效果；4)待以上工作完成后，对平硐式斜井口以料石、水泥、沙砌筑封闭内外侧墙，内外侧墙之间以黄土、粘土填充压实进行封闭，对立井则在井口处以钢筋混凝土盖板封堵井口，整个封堵过程中在平硐式斜井口上部预埋钢管伸入矿井内，立井则在钢筋混凝土盖板中心预埋钢管，使井内外连通，与地面原有瓦斯抽排系统设备管道连接，实现对废弃矿井瓦斯抽排治理利用的作用；5)通过地面原有瓦斯抽排系统设备与井下瓦斯排采总管道连接并排采瓦斯，达到对废弃矿井井下瓦斯综合治理利用的目的。
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