CN104806285A - 基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理方法 - Google Patents

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乔炜
牛国斌
张志峰
张超
李蓓
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    • E21FSAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F7/00Methods or devices for drawing- off gases with or without subsequent use of the gas for any purpose

Abstract

本发明涉及一种基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理方法,包括如下步骤:首先,在地面开辟一个钻场;其次,在地面钻场沿着工作面巷道的掘进方向在开采煤层顶板裂隙带施工水平井主支井;然后,从水平井主支井内每隔一段距离向开采煤层施工向下侧分支井;最后,在地面钻场的井口处安装抽采装置,接入地面泵站进行负压抽采,并进行动态观测,即完成水平井对煤矿采空区瓦斯的治理。该方法采用地面多分支水平井代替顶板瓦斯抽采巷和地面抽采直井来抽采采空区瓦斯,提升了单井的抽采范围,同时不受限于回采巷道的形成,实现了煤层瓦斯提前预抽和采空区瓦斯的高效抽采,有效提升了抽采效果,降低了施工难度及成本,经济性和时效性显著。

Description

基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理方法
技术领域:
本发明涉及煤矿瓦斯防治领域,特别涉及一种基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理方法。
背景技术:
瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的主要因素之一,在我国的煤炭事故中70%以上是瓦斯事故。目前,我国矿井开采呈现出开采深度逐渐增大的趋势,地质条件日益复杂,逐步出现煤层透气性低、瓦斯压力高、瓦斯含量大、预抽煤层瓦斯困难等难题,同时大部分开采煤层属近距离煤层群赋存,受采动影响,邻近层和围岩解析瓦斯会大量涌入采空区,导致井下瓦斯浓度超标,使得煤矿瓦斯治理难度增大,现有技术面临挑战。
目前,煤矿一般采用顶板高抽巷、高位钻孔等方法治理采空区瓦斯,从而降低回采工作面的瓦斯浓度。采空区瓦斯抽采较有效的方法是顶板高抽巷,也就是在煤层回采后的裂隙带下部布置一条顶板岩(煤)巷,当煤层回采时工作面开采过高抽巷后,顶板跨落,顶板岩层及煤层卸压,冒落带全部冒落,裂隙带形成后,该顶板巷道与采空区连通,原始煤层中的瓦斯压力平衡遭到破坏,围岩、煤层、采空区遗煤解吸的瓦斯在抽放负压作用下向高抽巷流动,通过高抽巷将采空区内瓦斯抽出,同时在地面采用每隔200米间距实施地面直井抽采采空区瓦斯,达到综合治理采空区瓦斯的目的。这种方法的优点是:随着回采强度的加大,裂隙形成越好,抽放效果越明显,同时在回采结束后的一定时间内有稳定的抽出瓦斯浓度,可以降低下一煤层或同煤层工作面回采期间瓦斯管理的压力,便于日常管理、观测,易于控制瓦斯抽出量。存在的主要问题有:1)顶板高抽巷的作用是在回采过程中,无法达到开采前对煤层瓦斯进行提前预抽的效果;2)高抽巷巷道施工工程量大,岩巷掘进速度慢,工期长,成本十分昂贵;3)在回采初期,由于顶板裂隙形成不充分,初期抽放瓦斯效果不好,很多时候需要有其他方法辅助;4)回采期间顶板高抽巷易造成采空区漏风,引起煤炭自燃;5)地面抽采直井无法满足严格的200米间距。由上所述,现有技术采用的顶板高抽巷方法主要适用于回采过程中,同时当煤层地质条件复杂、裂隙带发育不好时抽采范围大幅度缩小,抽采效果差,需与其他矿井瓦斯治理方法(地面抽采直井)结合,这样既增加了瓦斯治理成本,也使得工程量增大,施工难、时间长,同时影响后期采煤,更不利于矿井安全生产。因此,迫切需要一种新技术手段,解决以上问题,提升单井的抽采范围,同时不受限于回采巷道的形成,实现煤层瓦斯提前预抽和采空区瓦斯的高效抽采,有效提升抽采效果,降低施工难度及成本,经济性和时效性显著。
发明内容:
为了克服现有技术存在的问题,本发明提供一种基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理方法,采用地面多分支水平井代替顶板瓦斯抽采巷和地面抽采直井来抽采采空区瓦斯,从而达到治理采空区瓦斯的目的。
为解决上述技术问题,本发明采取以下技术方案:
基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理方法,包括如下步骤:首先,在地面开辟一个钻场;其次,在地面钻场沿着工作面巷道的掘进方向在开采煤层顶板裂隙带施工水平井主支井;然后,从水平井主支井内每隔一段距离向开采煤层施工向下侧分支井;最后,在地面钻场的井口处安装抽采装置,接入地面泵站进行负压抽采,并进行动态观测,即完成水平井对煤矿采空区瓦斯的治理。进一步地,成井后在水平井主支井内下入玻璃钢筛管,侧分支井采用裸眼终孔。
进一步地,在开采煤层顶板裂隙带中施工水平井主支井一般距离开采煤层顶板20-40m。
进一步地,从水平井主支井内每隔100m,向开采煤层施工向下侧分支井,终孔于煤层顶板以下5m。
本发明的有益效果在于:该方法通过采用地面水平井代替顶板瓦斯抽采巷,用向下侧分支井代替地面抽采直井抽采采空区瓦斯,增加了瓦斯运移通道和流量供给范围,有效提升了单井的抽采范围和效果;通过使用定向绕障,对常规钻井无法治理的区域进行瓦斯抽采,借助地面多分支水平井,实现水平段全井眼在裂隙带中分布,同时水平井主支井内下入玻璃钢筛管,延长了钻井的使用寿命,而侧分支井采用裸眼完井,不影响后续采煤工作;同时,该方法因不受限于回采巷道的形成,可在准备工作面掘进和回采前1年或更早时间实现煤层瓦斯预抽,较好的解决了传统高抽巷抽放瓦斯技术存在的施工工程量大,工期较长,费用昂贵及不能进行提前预抽的局限性。
附图说明:
 图1是本发明实施例中基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理平面示意图;
 图2是本发明实施例中基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理剖面示意图;
 图中:1-地面钻场,2-开采煤层,3-水平井主支井,4-向下侧分支井。
具体实施方式:
     下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1、图2所示,基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理方法,包括如下步骤:首先,在地面开辟一个钻场;其次,在地面钻场1沿着工作面巷道的掘进方向在开采煤层2一般距离煤层顶板20-40m的顶板裂隙带中施工水平井主支井3;从水平井主支井3内每隔100m向开采煤层2施工向下侧分支井4,终孔于煤层顶板以下5m;成井后在水平井主支井3内下入玻璃钢筛管,向下侧分支井4采用裸眼终孔;在地面钻场1的井口处安装抽采装置,接入地面泵站进行负压抽采,并进行动态观测,即完成水平井对煤矿采空区瓦斯的治理。
采用该方法治理采空区瓦斯的过程中,回采前,向下侧分支井4可提前对煤层瓦斯进行卸压预抽采;回采后,向下侧分支井4虽被破坏,形成大面积的裂隙通道,但水平井主支井3因位于顶板裂隙带,且下入了玻璃钢筛管,始终保持有瓦斯抽采的通道(井眼变形后仍然存在间隙),随着采线的不断推进,向下侧分支井4依次破坏,但水平井主支井3抽采通道始终保持畅通,最终实现水平井对工作面及上隅角瓦斯的抽采,由此可知,该方法能够解决以下实际问题:1)大井眼、长距离钻孔,增加了瓦斯运移的通道和供给范围,有效提升了单井的抽采范围和效果;2)裂隙带内的水平井主支侧分支可代替顶板瓦斯抽放巷道和地面抽采直井,节省了大量的工作量,同时赢得了充足的时间;3)长距离水平井成孔后下入高强度玻璃钢筛管,延长了钻孔的有效使用寿命,不影响采煤作业;4)侧分支及主井眼与裂隙带裂隙的网状相连通,解决了常规抽采直井采后堵塞的难题,同时可提高单井抽采流量;5)因不受限于回采巷道的形成,可在准备工作面掘进和回采前1年或更早时间实现煤层瓦斯预抽;6)实现经济效益,水平井的投资远远小于顶板高抽巷及多个地面抽采直井的工程费用;7)当工作面回采结束后,该井可作为采空区瓦斯抽采钻孔或采空区灭火等钻孔使用,实现提前预抽、采中抽采、采后抽采以及灭火等综合作用。

Claims (4)

1.基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理方法,其特征在于:包括如下步骤:首先,在地面开辟一个钻场;其次,在地面钻场沿着工作面巷道的掘进方向在开采煤层顶板裂隙带施工水平井主支井;然后,从水平井主支井内每隔一段距离向开采煤层施工向下侧分支井;最后,在地面钻场的井口处安装抽采装置,接入地面泵站进行负压抽采,并进行动态观测,即完成水平井对煤矿采空区瓦斯的治理。
2.根据权利要求1所述的基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理方法,其特征在于:所述水平井成井后在水平井主支井内下入玻璃钢筛管,侧分支井采用裸眼终孔。
3.根据权利要求1所述的基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理方法,其特征在于:所述在开采煤层顶板裂隙带中施工水平井主支井,一般距离开采煤层顶板20-40m。
4.根据权利要求1所述的基于地面水平井的煤矿采空区瓦斯治理方法,其特征在于:所述从水平井主支井内每隔100m,向开采煤层施工向下侧分支井,终孔于煤层顶板以下5m。
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