CN102080518A - 煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯方法 - Google Patents
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Abstract
煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯方法，选择瓦斯含量大于8m3/t煤储层；根据即将准备工作面所掘进的机巷与尾巷位置，作为复杂分支井的水平井段的位置；确定采煤产生的裂隙带所在层位；把水平井段分别布置在机巷与尾巷上方；确定井口和造斜点位置，实现大曲率半径增斜；井身结构采用三开结构，水平井及分支井均采用裸眼结构；在选定的岩层内施工水平井段；在水平井段两侧施工分支井；在水平井段上施工下向分支井并钻穿煤储层；安装排采设备进行瓦斯抽采；在采中和采后阶段换负压抽采，实现一井多用；效果检验。本发明可降低瓦斯含量，为安全高效的进行煤巷掘进和煤炭回采创造条件，并在采煤阶段真正实现一井多用。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯方法。
背景技术
瓦斯预抽是解决煤巷掘进和煤炭回采的主要措施。经过多年的实践，掘进过程的瓦斯预抽主要有两种形式，一种是在掘进过程中实行挂耳钻场，利用超前打钻，进行边掘边抽，缺点主要是抽采时间难以保证，抽采率低，生产过程中抽采与掘进矛盾严重，影响煤巷掘进速度，经常是忽略安全赶掘进速度，造成安全事故。另一种是在煤层上方掘进一条岩巷，专门用来抽采瓦斯，称为“瓦斯抽放巷”，存在问题是岩巷掘进不但花费高，而且浪费大量的时间，因为只有岩巷掘进后才能打钻抽采煤层瓦斯，况且岩巷抽采瓦斯控制范围有限，工作面内大部分煤层瓦斯并没有被抽采，只有等到煤巷掘进后才能打钻抽采，因此抽采时间难以保证。
发明内容
本发明提供一种煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯方法，可提前进行地面钻井抽采，降低瓦斯含量，实现区域消突，为安全高效的进行煤巷掘进和煤炭回采创造条件，并且在采煤阶段真正实现一井多用。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯方法，依次包括以下步骤：（1）选择瓦斯含量大于8 m3/t煤储层；（2）根据即将准备工作面所掘进的机巷与尾巷位置，作为复杂分支井的水平井段的位置，水平井段的长度等于工作面走向长度；（3）根据岩层实际、煤层采高与开采方法，确定采煤产生的裂隙带所在层位；（4）在机巷与尾巷上方分别布置两个水平井段，具体层位以裂隙带中下部3-7 m的岩层为水平段的施工层位；（5）根据水平井段着陆点确定井口和造斜点位置，实现大曲率半径增斜，造斜率选择2~6°/30m；（6）井身结构采用三开结构，水平井及分支井均采用裸眼结构；（7）在选定的岩层内施工水平井段，其长度等于工作面走向长度；（8）在水平井段两侧施工分支井，保证分支井均匀分布、全部钻穿煤储层且覆盖整个工作面；（9）在水平井段上施工下向分支井并钻穿煤储层；（10）安装排采设备，进行地面瓦斯抽采，如果抽采效果较差，可以进行小型水力压裂解堵；（11）在采中和采后阶段换负压抽采，实现一井多用；（12）效果检验，主要指标包括与传统瓦斯抽采相比，在时间上的提前量与相应的瓦斯抽采量，能否代替机巷和尾巷掘进期间顶板岩巷治理瓦斯措施，采前、采中和采后瓦斯抽采量及变化。
步骤（2）复杂分支井的水平井段布置在即将掘进的机巷与尾巷正上方。
所述的步骤（8）复杂的分支井上的每个分支均匀分布、全部钻穿煤储层且覆盖整个工作面。
针对传统的瓦斯治理不利局面，提出了煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯技术，可以在即将规划工作面的煤层顶板施工复杂分支井，然后通过地面瓦斯抽采，使得即将掘进的煤巷及回采工作面范围内的煤层瓦斯抽采时间大大提前，通过地面长时间的抽采，即可消除煤巷掘进过程的瓦斯灾害，同时通过对工作面范围的煤层瓦斯长期预抽，也可大大降低煤层瓦斯含量，节省了煤巷掘进后瓦斯抽采时间，最终使煤炭回采时间提前。还可以利用后期煤炭开采产生的裂隙系统，实现采前、采中和采后一井多用的目标。
煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯技术是地面水平分支井技术的深化，操作性和针对性更强，对解决高瓦斯煤矿开采具有更直接的意义，发展前景广阔，同时该项技术还可继续发展，分支井控制面积将更大，分支方向更具针对性，抽采效率更高，将成为煤巷掘进和区域消突的重要途径。
本发明提供一种高瓦斯煤储层的煤巷掘进和工作面回采过程中的瓦斯治理技术，代替瓦斯抽放专用巷，提前进行地面钻井抽采，降低瓦斯含量，实现区域消突，为安全高效的进行煤巷掘进和煤炭回采创造条件。在采煤阶段，利用水平井布置在裂隙带的优势、在负压作用下大量抽采卸压瓦斯，同时在采后还可在采空区继续抽采瓦斯，为煤矿瓦斯治理服务，真正实现一井多用。
本发明针对高瓦斯煤储层的瓦斯治理问题，目前机巷和尾巷掘进前通常采用顶板岩巷进行瓦斯预抽采，抽采只有等岩巷掘进完成后才能进行，存在主要问题有瓦斯抽采时间短，抽采代价高、抽采范围仅限机巷和尾巷附近等。煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯技术，避免了机巷和尾巷掘进之前施工顶板岩巷的巨大工程投入，使得瓦斯抽采时间大大提前，同时利用复杂分支井实现煤层与井筒沟通，也可以提前抽采工作面范围的煤层瓦斯，降低后期瓦斯治理的压力，并且在煤炭开采期和采后也可以利用裂隙带发育的裂隙继续负压抽采，实现一井多用，达到高瓦斯煤储层从采前（煤巷掘进之前）到采中、采后瓦斯治理的有效治理、对实现区域消突，降低煤矿瓦斯治理成本有重要意义。
附图说明
图1为煤层顶板复杂分支井的井身结构。
具体实施方式
实施例：如图1所示，确定工作面将要掘进的尾巷1和机巷3位置，通过采煤厚度、采空区管理、顶底板岩性，计算裂隙带层位，选择尾巷1和机巷3的正上方裂隙带层位作为水平井主眼2的层位，通过地面施工垂直井段、造斜段4和水平井段2，然后在水平井主眼2上施工侧向分支井5和方向向下分支井5，并保证全部钻穿煤层，并且侧向分支井5覆盖整个工作面，通过地面抽采降低尾巷1、机巷3和工作面范围的瓦斯含量，代替传统的掘进尾巷1和机巷3采用的瓦斯抽放专用岩巷，并且将煤层瓦斯抽采时间大大提前。在采煤阶段，通过裂隙带与顶板复杂分支井形成的网络，在地面继续负压抽采瓦斯，达到一井多用的目的。图1中，A为地面， L为水平主井眼长度等于工作面走向长度。
煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯技术依次包括以下步骤：（1）选择瓦斯含量大于8 m3/t煤储层；（2）根据即将准备工作面所掘进的机巷与尾巷位置，作为复杂分支井的水平井段的位置，水平井段的长度等于工作面走向长度（以倾斜长壁采煤法为例），见图1；（3）根据岩层实际、煤层采高与开采方法，确定采煤产生的裂隙带所在层位；（4）把两个水平井段分别布置在机巷与尾巷上方，具体层位以裂隙带中下部3-7 m的岩层为水平段的施工层位；（5）根据水平井段着陆点确定井口和造斜点位置，实现大曲率半径增斜，造斜率选择2~6°/30 m；（6）井身结构采用三开结构，水平井及分支井均采用裸眼结构；三开结构是钻井工程的一个常见名词，就是钻头从大到小换三次，钻出的井眼相应的就是三开结构。裸眼就是地层直接裸露；（7）在选定的岩层内施工水平井段，其长度等于工作面走向长度；（8）在水平井段两侧施工分支井，保证分支井均匀分布、全部钻穿煤储层且覆盖整个工作面（临近工作面也一并考虑）；（9）在水平井段上施工下向分支井并钻穿煤储层；（10）安装排采设备，进行地面瓦斯抽采，如果抽采效果较差，可以进行小型水力压裂解堵；（11）在采中和采后阶段换负压抽采，实现一井多用；（12）效果检验，主要指标包括与传统瓦斯抽采相比，在时间上的提前量与相应的瓦斯抽采量，能否代替机巷和尾巷掘进期间顶板岩巷治理瓦斯措施，采前、采中和采后瓦斯抽采量及变化。
步骤（2）复杂分支井的水平井段布置在即将掘进的机巷与尾巷正上方。
步骤（8）复杂的分支井上的每个分支均匀分布、全部钻穿煤储层且覆盖整个工作面。
针对高瓦斯煤储层，在即将掘进的机巷和尾巷上方岩层内施工复杂分支井，一方面代替机巷和尾巷上方抽采瓦斯专用的岩巷，并能将抽采时间大大提前，通过瓦斯预抽，解决煤巷掘进过程的瓦斯灾害；另一方面，复杂分支井还可以对这个工作面范围的所有煤层瓦斯进行采前预抽，降低后期煤炭开发过程中的瓦斯治理成本，同时在采中和采后两个阶段通过采动裂隙进行负压抽采，达到一井多用的目标。
本发明针对高瓦斯煤储层，通过煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯技术，解决煤巷掘进和回采过程的瓦斯问题，并利用采动影响，在采中和采后阶段实现一井多用，此项技术不但节省成本并使瓦斯抽采时间大大提前，有助于实现区域消突。
Claims (3)
1.煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯方法，其特征在于：依次包括以下步骤：（1）选择瓦斯含量大于8 m3/t煤储层；（2）根据即将准备工作面所掘进的机巷与尾巷位置，作为复杂分支井的水平井段的位置，水平井段的长度等于工作面走向长度；（3）根据岩层实际、煤层采高与开采方法，确定采煤产生的裂隙带所在层位；（4）在机巷与尾巷上方分别布置两个水平井段，具体层位以裂隙带中下部3-7 m的岩层为水平段的施工层位；（5）根据水平井段着陆点确定井口和造斜点位置，实现大曲率半径增斜，造斜率选择2~6°/30m；（6）井身结构采用三开结构，水平井及分支井均采用裸眼结构；（7）在选定的岩层内施工水平井段，其长度等于工作面走向长度；（8）在水平井段两侧施工分支井，保证分支井均匀分布、全部钻穿煤储层且覆盖整个工作面；（9）在水平井段上施工下向分支井并钻穿煤储层；（10）安装排采设备，进行地面瓦斯抽采，如果抽采效果较差，可以进行小型水力压裂解堵；（11）在采中和采后阶段换负压抽采，实现一井多用；（12）效果检验，主要指标包括与传统瓦斯抽采相比，在时间上的提前量与相应的瓦斯抽采量，能否代替机巷和尾巷掘进期间顶板岩巷治理瓦斯措施，采前、采中和采后瓦斯抽采量及变化。
2.根据权利要求1所述的煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯方法，其特征在于：所述的步骤（2）复杂分支井的水平井段布置在即将掘进的机巷与尾巷正上方。
3.根据权利要求1或2任一条所述的煤层顶板复杂分支井抽采瓦斯方法，其特征在于：所述的步骤（8）复杂的分支井上的每个分支均匀分布、全部钻穿煤储层且覆盖整个工作面。
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