CN104453984A - 压力脉冲煤矿瓦斯防突方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，包括井位优选布置、井身结构优化设计、压力脉冲与增透、驱替、注水的实现及采前、采后井巷联合抽排矿井瓦斯。本发明设计合理，在实施压力脉冲作用时，可起到增透煤储层、驱替瓦斯、改变煤储层应力状态及注水卸压作用，实现一井多用，提高瓦斯抽采率，达到防治煤与瓦斯突出的目的。
Description
技术领域
本发明属于矿井瓦斯治理技术领域，主要涉及一种压力脉冲煤矿瓦斯防突方法。
背景技术
在有煤与瓦斯突出危险性矿井中，对开采煤层进行煤与瓦斯突出治理的方法主要采用地面钻井人为强化改造增产预抽瓦斯、井下钻孔抽放瓦斯等技术。在这些技术中，主要是利用抽采设备通过井与抽放孔进行地面抽采，或者井下抽采，它们的作用一般比较单一，不能较好地实现一井(孔)多用，不能有效增加煤储层的渗透率，因此使得煤储层的渗透条件得不到改善；不能使用气体驱替瓦斯，煤层瓦斯只能靠渗透作用放散；不能改变煤储层的应力状态，使得煤储层应力集中状态得不到消除；不能在抽放瓦斯的同时注水防突。至今为止，没有相关的技术来解决一井多用同时增透、驱替、改变应力状态及注水来治理矿井煤与瓦斯突出的实际问题。
发明内容
鉴于现有技术中所存在的技术问题，本发明设计并公开了一种压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，旨在采用地面钻井与井下巷道联合治理矿井煤与瓦斯突出时，在井中使用周期性气体压力脉冲对煤储层进行改造，实现储层增透、气体驱替瓦斯、储层应力状态改变、注水来防治煤与瓦斯突出，以及采区预抽、采动区抽采和采空区抽采，解决现有技术中所存在的问题，来降低抽采成本、提高瓦斯抽采率。
为实现上述发明目的，本发明所采取的具体技术方案是：
一种压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，包括井位优选布置、井身结构优化设计、压力脉冲与增透、驱替、注水的实现及采前、采后井巷联合抽排矿井瓦斯。
进一步地，如上所述的压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，所述井位优选布置包括根据采煤工作面宽度L，确定井与井间、井与巷道间的距离，井间距为L，井巷间距离为1/2L。
进一步地，如上所述的压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，所述井身结构优化设计包括采用二开井身结构，一开下入套管直径是244.5mm，套管至稳定基岩下10m；二开至最下一个开采煤层底部50m完钻，套管直径是139.7mm或者177.8mm，套管下入深度至煤层以上顶板冒落带高度Hm处，Hm＝3D～5D，D为开采煤层分层厚度，一开与二开固井水泥浆均返至地面。
进一步地，如上所述的压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，所述压力脉冲与增透、驱替、注水的实现包括利用增压机、空气压缩机向井内注入一定压力的空气后闭压渗透15～30min，然后瞬间压力释放，循环注入气体、闭压渗透、压力释放作业，产生周期性激动压力脉冲作用，直到这种作用的有效影响范围达到巷道；在注入气体的同时利用高压注水泵向井内注入一定量的水，所述高压为不低于所注入气体的最高压的压力；所述空气压缩机向井内注入的压力接近于煤层破碎压力或闭合压力。
进一步地，如上所述的压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，所述采前、采后井巷联合抽排矿井瓦斯包括工作面回采前向增透的煤储层注入空气驱替瓦斯进行采区预抽、采动区抽采，工作面回采后对裂隙带高度范围内的套管射孔形成筛眼，对采空区瓦斯进行抽排。
本发明设计合理，在实施压力脉冲作用时，可起到增透煤储层、驱替瓦斯、改变煤储层应力状态及注水卸压作用，实现一井多用，提高瓦斯抽采率，达到防治煤与瓦斯突出的目的。
附图说明
图1为井位优选布置示意图；
图2为井身结构优化示意图；
图3为压力脉冲与增透、驱替、注水后的效果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为井位优选布置示意图；如图1所示，井位优选布置主要是
根据采煤工作面宽度L，确定井与井之间、井与巷道之间的最佳距离，
井间距离为L，井巷间距离为1/2L；在一定的压力脉冲时间内压力脉
冲增透所产生的有效影响半径能够达到使预抽排瓦斯影响范
围能够达到开拓的煤巷、切眼，使煤层瓦斯与瓦斯压力大幅度降低。
图2为井身结构优化示意图，如图2所述，井身结构优化设计主要是采用二开井身结构，一开下入套管直径为，244.5mm，套管至稳定基岩下10m；二开至最下一个开采煤层底部50m完钻，套管直径是139.7mm或者177.8mm，套管下入深度根据地质条件、煤层厚度与顶板的工程地质条件理论计算确定，套管下入深度至煤层以上顶板冒落带高度Hm处，Hm＝3D～5D，D为开采煤层分层厚度；一开与二开固井水泥浆均返至地面；优化的井身结构在煤层开采前可为煤储层压力脉冲增透改造及抽采瓦斯提供施工条件，在煤层开采后，利用筛眼与岩层裂隙连通，通过裂隙抽排采空区内的瓦斯，实现一井多用，可以有效避免顶板垮塌时不均匀冲击力对井壁管的破坏，避免垮塌碎块对井眼的堵塞，同时不会大幅增加成井费用，延长井的使用寿命；
图3为压力脉冲与增透、驱替、注水后的效果图，如图3所示，压力脉冲主要是对增压机、空气压缩机及配套设施等设备进行配套，利用增压机、空气压缩机向井内注入一定压力(接近于煤层破碎压力或闭合压力)的空气后闭压渗透15～30min，然后瞬间压力释放，循环注入气体、闭压渗透、压力释放作业，产生周期性激动压力脉冲作用，直到这种作用的有效影响范围达到巷道，即在井筒与巷道间形成屈服破碎带、剪性与张性裂隙带、远端扰动带；在注入气体的同时利用高压注水泵向井内注入一定量的水，所述高压为不低于所注入气体的最高压的压力；压力脉冲与增透、驱替、注水是指在高压空气的周期性激动压力脉冲作用下，利用高压气体的能量对煤储层的裂隙系统进行改造，以改善储层的渗透条件，提高储层的渗透性，使井筒与巷道能够更好地连通，利于瓦斯的抽排，在注入空气的同时也实现了气体驱替瓦斯的作用，使煤层瓦斯在外来动力的作用下快速而大量地逸散出煤层，且在注入气体时注入煤层的水分可以使煤体充分润湿，可塑性增强，弹性模量降低，应力分布均匀，产生卸压带，以有效防治煤与瓦斯突出。
采区预抽、采动区抽采和采空区抽采矿井瓦斯主要是在工作面回采前向增透的煤储层注入空气驱替瓦斯进行采区预抽、采动区抽采，工作面回采后对裂隙带高度Hl(Hl＝6D～8D)范围内的套管射孔形成筛眼，对采空区瓦斯进行抽排。采后抽排瓦斯主要是利用其特有的井身结构，顶板冒落后在其上部形成一定高度的稳定的裂隙带，通过套管射孔利用裂隙对采空区瓦斯进行抽排。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，其特征在于，包括井位优选布置、井身结构优化设计、压力脉冲与增透、驱替、注水的实现及采前、采后井巷联合抽排矿井瓦斯。
2.根据权利要求1所述的压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，其特征在于，所述井位优选布置包括根据采煤工作面宽度L，确定井与井间、井与巷道间的距离，井间距为L，井巷间距离为1/2L。
3.根据权利要求1所述的压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，其特征在于，所述井身结构优化设计包括采用二开井身结构，一开下入套管直径是244.5mm，套管至稳定基岩下10m；二开至最下一个开采煤层底部50m完钻，套管直径是139.7mm或者177.8mm，套管下入深度至煤层以上顶板冒落带高度Hm处，Hm＝3D～5D，D为开采煤层分层厚度，一开与二开固井水泥浆均返至地面。
4.根据权利要求1所述的压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，其特征在于，所述压力脉冲与增透、驱替、注水的实现包括利用增压机、空气压缩机向井内注入一定压力的空气后闭压渗透15～30min，然后瞬间压力释放，循环注入气体、闭压渗透、压力释放作业，产生周期性激动压力脉冲作用，直到这种作用的有效影响范围达到巷道；在注入气体的同时利用高压注水泵向井内注入一定量的水，所述高压为不低于所注入气体的最高压的压力；所述空气压缩机向井内注入的压力接近于煤层破碎压力或闭合压力。
5.根据权利要求1所述的压力脉冲煤矿瓦斯防突方法，其特征在于，所述采前、采后井巷联合抽排矿井瓦斯包括工作面回采前向增透的煤储层注入空气驱替瓦斯进行采区预抽、采动区抽采，工作面回采后对裂隙带高度范围内的套管射孔形成筛眼，对采空区瓦斯进行抽排。
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