CN111648819A - 煤矿瓦斯憋压抽采方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，方法：获取煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；计算瓦斯压力、浓度、干扰波动距离随时间的变化规律；确定钻孔布孔方式和工艺；进行煤矿巷道内水平钻孔；确定关井“憋压”的时间和压力值，进行憋压和试井；根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，模拟计算确定最优化的排采工作制度；结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；煤层压力落零后，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的负压抽采。本发明具有可操作性、实用性和可实现性强的优点，并有理论和工程实例做为支撑，对煤矿瓦斯抽采具有重大现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯开采领域，尤其涉及常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，为了区别于其它方法将其命名为“憋压抽采”。
背景技术
为了保障煤矿生产安全，需将煤层中的瓦斯排放出来，而瓦斯被称为煤矿第一杀手，又是极为难得的清洁能源，排空的温室效应是二氧化碳的21倍，因此煤矿一直在致力于瓦斯的治理和利用。目前，煤矿瓦斯治理主要采用井下抽放方式，主要有2种方法：
方法一：常压钻孔负压抽放
这种方法首先在煤层的煤壁上水平钻孔，其钻孔时采用常压钻孔，抽采时采用负压抽排。但由于抽排的瓦斯浓度较低，无法利用，直接排放在大气中或低浓度瓦斯发电。这种抽排方式存在二类严重危害，一是钻孔过程中，在某个深度开始把接近原始地层压力的几兆帕压力迅速释放到大气常压，导致出现损害瓦斯通道的压实效应。压实效应：瓦斯抽采打孔时，孔内压力基本与大气压力相同，孔壁附近的游离态瓦斯的初始压力基本与地层压力相同，游离态瓦斯将快速向钻孔内运移；当压力低于临界解析压力时，吸附瓦斯也急速解析成游离瓦斯排出，短时间内孔壁附近压力消失，在地层压力作用下煤体缝隙被压实，通道减少，渗透率大幅度下降；二是抽采初始，孔中的正压直接转换为无节制措施的负压流体，初速过大易造成速敏效应。速敏效应：是指因流体流动速度变化引起储层岩石中微粒运移、堵塞喉道，导致岩石渗透率下降的现象。流速的改变引起微粒运移而造成的地层伤害是不可恢复的。以上两个环节和钻水平孔形成的围岩松动圈，使煤粉增加，通道减小，渗透率大幅度降低，瓦斯抽采量快速衰减。降压漏斗得不到充分的扩展，只有孔壁附近很小范围内的煤层得到了有效降压使少部分瓦斯解析。从而影响抽采中的瓦斯浓度和采收率。同时这种方法需要在煤矿井下密集布井，严重增加煤矿成本。因此，这种技术的缺陷是：在钻孔过程和排采方式均由于压实效应和速敏效应，使得瓦斯抽排气量小，从而影响抽采中的瓦斯浓度和采收率。
方法二：带压式钻孔正压排采
这种方法首先在煤层的煤壁上水平钻孔，其钻孔时采用正压钻孔，排采时采用正压抽排。但由于这种方法过于理想化、煤矿现场实现不了，存在明显的缺陷是：一方面，理论上不支持(1) 根据瓦斯解析压力和原始煤层压力，设定正压排采压力不能实现，设定正压排采压力是个系统工程，必须依据地质资料、瓦斯参数和关井试井获得的压力数据，进行模拟分析、计算，才能确定最优化的排采工作制度；(2)根据带压钻孔压力及正压排采压力不能获取所述排采区煤层的干扰波动距离，这需要试井和生产拟合等综合分析才能获得。另一方面煤矿现场工作条件不支持(1) 将目前煤矿井下常压式钻孔设备更换为带压式钻孔设备，投资巨大，不具备经济性；(2)煤矿井下布置钻机的巷道普遍较窄，常压钻孔钻机所占产地勉强够用，若改为带压钻孔，带压设备增加设备长度至少5米，这就需要将煤矿井下巷道加宽5米，如此加宽煤矿井下巷道代价巨大，没有可操作性，不能实现。(3)带压式钻孔设备在地面石油钻井中已有应用，但推广普及难度很大，既有理论原因也有现场实际问题，用于煤矿井下的带压式钻孔设备仍停留在纸面上。因此带压式钻孔设备应用于煤矿井下钻井几乎没有可能性。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，为了区别于其它方法将其命名为“憋压抽采”，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：获取抽采区煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；
步骤二：根据地质资料、瓦斯参数计算排采区煤层的瓦斯压力、瓦斯浓度、干扰波动距离随抽采时间的变化规律；
步骤三：根据步骤二的规律，确定钻孔布孔方式和工艺；
步骤四：根据布孔方式和工艺，通过常压钻孔设备进行煤矿巷道内水平钻孔；
步骤五：根据地质资料、瓦斯参数，确定关井“憋压”的时间和压力值，进行憋压和试井；
步骤六：根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，进行模拟分析、计算，确定最优化的排采工作制度；
步骤七：结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；
步骤八：煤层压力落零后，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的负压抽采。
本发明提供的一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，其技术方案为：获取抽采区煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；根据地质资料、瓦斯参数计算排采区煤层的瓦斯压力、瓦斯浓度、干扰波动距离随抽采时间的变化规律；根据此规律，确定钻孔布孔方式和工艺；根据布孔方式和工艺，通过常压钻孔设备进行煤矿巷道内水平钻孔；根据地质资料、瓦斯参数，确定关井“憋压”的时间和压力值；根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，进行模拟分析、计算，确定最优化排采工作制度；结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；煤层压力落零后，根据上步模拟分析、计算结果，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现负压抽采。
本发明提供的一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，通过常压钻孔设备钻孔，完孔后通过憋压、试井工艺部分修复或恢复由于常压钻孔导致损害瓦斯通道的压实效应和速敏效应，进而解决现有技术污染大，抽排气量小、效率低的问题。
进一步地，所述水平钻孔的一开固孔，固孔试压值为煤层原始地层压力，二开裸眼并可具有多个分支。
进一步地，所述常压钻孔压力为煤矿巷道内钻机所在位置的大气压。
第二方面，本发明提供一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，其特征在于，包括常压钻孔设备，水平孔或多分支水平孔，一开套管、全通径四通、全自动煤矿井下瓦斯抽采装置；
所述常压钻孔设备在钻孔作业面向煤层钻取至少一条水平钻孔；
所述一开套管的一端与所述至少一条水平钻孔连接，所述一开套管的另一端与所述全通径四通连接；
所述水平钻孔自煤壁向煤层深处沿煤层分布走向设置，并与所述煤壁呈一定角度(0°-180°)，所述一开套管与所述水平钻孔的设置方向一致；
所述全通径四通与所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置连接，所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置设置在所述钻孔作业面的孔口处侧面或通过管线连接到一定距离处，所述钻孔孔口位于煤矿巷道，孔口设置使水平钻孔具有井筒再进入功能；
本发明提供一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，其技术方案为：常压钻孔设备，水平孔或多分支水平孔，一开套管、固孔水泥环、全通径四通、全自动煤矿井下瓦斯抽采装置；所述常压钻孔设备在钻孔作业面向煤层钻取至少一条水平钻孔；所述一开套管的一端与所述至少一条水平钻孔连接，所述一开套管的另一端与所述全通径四通连接；所述水平钻孔自煤壁向煤层深处沿煤层分布走向设置，并与所述煤壁呈一定角度(0°-180°)，所述一开套管与所述水平钻孔的设置方向一致；所述全通径四通与所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置连接，所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置设置在所述钻孔作业面的孔口处侧面或管线连接到一定距离处，所述钻孔孔口位于煤矿巷道，孔口设置使水平钻孔具有井筒再进入功能。
本发明提供一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统通过常压钻孔设备钻孔，完孔后通过憋压、试井工艺部分修复或恢复由于常压钻孔导致出现损害瓦斯通道的压实效应和速敏效应(理论支持为“应力敏感效应”)；通过全通径四通及正压排采和负压抽采工艺包，结合试井分析结果制定的合理排采制度，实现前期正压排采和后期负压抽采，克服排采过程正压直接转换为无节制措施的负压流体，初速过大造成速敏效应。通过长期正压排采和后期负压抽采，可有效排除煤粉和前期常压钻井造成的煤层孔隙堵塞，进而解决现有技术污染大，进一步提升煤层渗透率，提高煤层瓦斯抽采量。
进一步地，当所述至少一条水平钻孔为多条水平钻孔时，所述多条水平钻孔包括一条主水平钻孔和多条水平分支钻孔；所述多条水平分支钻孔在所述主水平钻孔分支出去并与之成0-90°设置；所述一条主水平钻孔与所述一开套管连接。
进一步地，所述一开套管固孔，固孔试压值为煤层原始地层压力，二开裸眼并可具有多个分支。
进一步地，所述一开套管为PE管、PVC管、金属管或玻璃钢等材质组成。
进一步地，还包括一开固孔水泥环，所述一开套管的另一端与所述全通径四通的连接处通过所述固孔水泥环固定，并将全通径四通用四个锚杆固定于煤壁。
进一步地，钻孔完成后在正压排采前进行憋压作业、压力恢复分析、模拟分析计算、排采工作制度确定；
进一步地，最优化的排采工作制度为维持产气量稳定、持续降低煤层压力的方法，目标是在煤矿挖煤至孔位时瓦斯压力和浓度在法律规定范围内，需要地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，结合煤矿采煤计划进行模拟分析、计算。
进一步地，完孔后关闭全通径四通进行憋压操作，憋压值不低于煤层原始地层压力的80％或至煤层初始解析压力；
进一步地，试井为可选项，可以在憋压的同时在全通径四通内下入电子压力计进行不稳定试井，当本区域进行过几口孔的试井后，地质条件相同的同类孔已经取得足够参数，可以不试井；
进一步地，完孔后的瓦斯抽采分为正压排采和负压抽采二个阶段，正压排采至煤层压力落零后进行负压抽采；
进一步地，全自动煤矿井下瓦斯抽采装置可应用于正压排采和负压抽采这两个阶段的瓦斯抽采，具有多井接入能力，而且多井生产压力可以不同，可以在地面控制各井同时生产；
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1示出了本发明实施例所提供的一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法的流程图；
图2示出了本发明实施例所提供的一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法的布孔方法和设备摆放示意图；
图3示出了本发明实施例所提供的一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法的全自动煤矿井下瓦斯抽采装置示意图；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
参见图1，第一方面，为了解决上述问题，本发明提供一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法，包括：
步骤S1，获取抽采区煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；
步骤S2，根据地质资料、瓦斯参数计算排采区煤层的瓦斯压力、瓦斯浓度、干扰波动距离随抽采时间的变化规律；
步骤S3，根据步骤二的规律，确定钻孔布孔方式和工艺；
步骤S4，根据布孔方式和工艺，通过常压钻孔设备进行煤矿巷道内水平钻孔；
步骤S5，根据地质资料、瓦斯参数，确定关井“憋压”的时间和压力值，进行憋压和试井；
步骤S6，根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，进行模拟分析、计算，确定最优化的排采工作制度；
步骤S7，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；
步骤S8，煤层压力落零后，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的负压抽采。
本发明提供一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法，其技术方案为：获取抽采区煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；根据地质资料、瓦斯参数计算排采区煤层的瓦斯压力、瓦斯浓度、干扰波动距离随抽采时间的变化规律；根据上述规律，确定钻孔布孔方式和工艺；根据布孔方式和工艺，通过常压钻孔设备进行煤矿巷道内水平钻孔；根据地质资料、瓦斯参数，确定关井“憋压”的时间和压力值，进行憋压和试井；根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，进行模拟分析、计算，确定最优化的排采工作制度；结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；煤层压力落零后，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的负压抽采。
本发明提供的一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，通过常压钻孔设备钻孔，完孔后通过憋压、试井工艺部分修复或恢复由于常压钻孔导致损害瓦斯通道的压实效应和速敏效应，通过全通径四通、正负压相结合的抽采工艺包和科学合理的排采工作制度，实现正压排采和最后的负压抽采，克服排采过程正压直接转换为无节制措施的负压流体，初速过大造成速敏效应，进而解决现有技术污染大，抽排气量小的问题。
其中，煤层初始解析压力和原始煤层压力是依据该区实测数据，由地质部门提供，关井憋压取得试井数据后进行进行校正。
优选地，水平钻孔的一开固孔，固孔试压值为煤层原始地层压力。
优选地，所述常压钻孔压力为煤矿巷道内钻机所在位置的大气压。
参见图2，煤矿a、b、c三个采煤工作面，每个长3300米宽300米；a工作面只有一侧有巷道，采用单侧钻孔3300米贯穿工作面，一侧抽采；b工作面有两侧有巷道，采用两侧钻孔各钻1650米，分别在两侧抽采2个孔；c工作面有两侧有巷道，采用一侧钻孔3300米贯穿工作面，分别在两侧抽采同一个孔。
本发明提供一种带压式钻孔正压排采的瓦斯开采系统，包括常压钻孔设备，水平孔或多分支水平孔，一开套管、全通径四通、全自动煤矿井下瓦斯抽采装置，以a工作面为例说明如下：
常压钻孔设备在巷道内向煤层钻取至少一条水平钻孔；
在煤层分布较好情况下，可在巷道的井眼内，钻多条水平分支孔，便于进行更好的抽采瓦斯。基于此本实施例中钻取八条羽状钻孔，包括一条主水平钻孔2和八条水平分支钻孔1；八条水平分支钻孔1与主水平钻孔2成45°设置；一条主水平钻孔2与一开套管3连接。六条水平分支钻孔为裸眼，一开套管3的另一端与全通径四通6连接；
水平钻孔自煤壁5向煤层深处沿煤层分布走向设置，并与煤壁5成90°，一开套管3与主水平钻孔2的设置方向一致；
全通径四通6与全自动煤矿井下瓦斯抽采装置7连接，全自动煤矿井下瓦斯抽采装置7设置在钻孔作业面的井口处侧面，孔口设置使水平钻孔具有井筒再进入功能，防止生产中煤屑、煤块阻塞井眼。
本发明提供一种带压式钻孔正压排采的瓦斯开采系统，其技术方案为：
其技术方案为：常压钻孔设备8，一开套管3、固孔水泥环4、全通径四通6、全自动煤矿井下瓦斯抽采装置7和主水平钻孔2和水平分支钻孔1；常压钻孔设备在钻孔作业面向煤层钻取至少一条水平钻孔；一开套管3的一端与所述至少一条水平钻孔连接，所述一开套管3的另一端与所述全通径四通6连接；水平钻孔自煤壁5向煤层深处沿煤层分布走向设置，并与所述煤壁呈90°，一开套管3与所述主水平钻孔2的设置方向一致；全通径四通6与所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置7连接，全自动煤矿井下瓦斯抽采装置7设置在所述巷道8的孔口处侧面或管线连接到一定距离处，钻孔孔口位于煤矿巷道，孔口设置使水平钻孔具有井筒再进入功能。
本发明提供一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统通过常压钻孔设备钻孔，完孔后通过憋压、试井工艺部分修复或恢复由于常压钻孔导致出现损害瓦斯通道的压实效应和速敏效应；通过全通径四通及正压排采和负压抽采工艺包，结合试井分析结果制定的合理排采制度，实现前期正压排采和后期负压抽采，克服排采过程正压直接转换为无节制措施的负压流体，初速过大造成速敏效应，进而解决现有技术污染大，抽排气量小的问题。
其中，主水平钻孔2是在一开套管3安装到位，并进行固孔并成了固孔水泥环4后，利用常压钻孔机提供旋转钻进动力，泥浆泵提供循环动力，循环除渣，沿一开套管3的井眼，顺煤层分布走向的深孔，水平分支钻孔1是在主水平钻孔2井眼内开窗侧钻而成，与主水平钻孔2成45°。
优选地，一开套管固孔，固孔试压值为煤层原始地层压力，且在后期生产时孔内所带的压力不会自该水平钻孔扩散出工作面。二开裸眼并可具有多个分支。
优选地，水平钻孔的水平孔深度不低于一开套管3长度。
优选地，一开套管3为PVC管、PE管、金属管或玻璃钢管组成。
其中，一开套管3为利用水平钻机8、沿煤壁5垂直方面向煤层内钻出具有一定直径及深度的水平孔道，并安装具有一定管材，形成具有连接法兰的一开套管3。全通径四通6是安装在一开套管 3的法兰上，在后期钻孔及完井排采过程中截断煤层与外部的控制阀。
优选地，还包括固孔水泥环4，一开套管3的另一端与全通径四通6的连接处通过固孔水泥环4 固定。
固孔水泥环4是在一开套管3安装到位后，将具体一定密度及性能的水泥混合形成水泥浆，并沿一开套管3内循环至煤壁5外，通过一定时间内凝固后形成的致密、稳定的固孔水泥环，试压值不低于煤层原始地层压力；其作用是将一开套管3与煤壁5紧密相连，形成一个具有较高承压能力的密闭腔体。
下面基于上述实施例中的常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，结合具体排采工作过程，做进一步的说明：
步骤一：自地面向煤层煤壁5处开挖巷道，并形成巷道。
步骤二：在巷道利用常压钻孔设备，本实施例中采用水平钻孔机，自煤壁5向煤层深处沿煤层分布走向钻水平钻孔，水平钻孔一开50m；水平钻孔中安装一开套管3，并用水泥固孔，试压3MPa，即在导管外凝结成固孔水泥环4，形成稳定密闭的一开套管3。
步骤三：利用水平钻孔机，沿一开套管3的井眼，顺煤层分布走向，钻主分支孔2长度3300m。回撤钻具在主分支孔2内，钻八条水平分支钻孔1。
步骤四：完成钻孔后，井口安装连接法兰，将全通径四通6安装在一开套管3的法兰上，用四个锚杆固定在煤壁5上，然后再巷道侧面安装全自动煤矿井下瓦斯抽采装置7。
步骤五：在全通径四通6内下入电子压力计，关闭全通径四通6闸门，执行关井“憋压”工序。
步骤六：按设定时间和压力值结束试井工序，取出电子压力计，解释资料，计算确定最优化的排采工作制度。
步骤七：按排采工作制度进行精确控制的瓦斯抽采，首先使用全自动煤矿井下瓦斯抽采装置7 实现精确控制的正压排采；煤层压力落零后负压抽采。
其中，全自动煤矿井下瓦斯抽采装置7是在水平钻孔及水平分支钻孔完成后，安装在全通径四通6上的生产工艺包。可实时调整、监控生产各个数据，实时修正前期制定的排采工作制度，实现自动化远程控制、精确排采。
因为整个抽采全生命过程中主要是正压排采，所以产出的瓦斯成分为高浓度甲烷，可以直接做天然气利用，某煤矿实例(参见图2a)0.78MPa生产3个月，日产纯瓦斯3400立方米，瓦斯平均浓度86％，比该井前期直接负压抽采日产纯瓦斯2500立方米增产36％，随着排采时间的延长产气量逐渐上升；某煤矿实例(参见图2c)0.85MPa生产6个月，日产纯瓦斯8600立方米，瓦斯平均浓度 82％，比该井前期直接负压抽采5000立方米增产72％，随着排采时间的延长产气量逐渐上升。本发明大幅提升抽采瓦斯产量、提高瓦斯浓度，得到了煤矿工程实践的有力证明，在不增加煤矿瓦斯抽采投资的情况下(全自动煤矿井下瓦斯抽采装置7可更改为煤矿目前井下使用的负压抽采装置，通过简易改造而得)、利用现有装备变废为宝、解放煤层，对绿色采煤、清洁开发和煤矿瓦斯抽采具有重大现实意义。
实施例二：
参见图3，本发明中的全自动煤矿井下瓦斯抽采装置中包括：1、控压闸门(远控)2、压力传感器3、压力表 4、四通 5、缓冲罐 6、过滤罐组 7、气液渣三相分离器 8、瓦斯综合记录仪(含瓦斯浓度、流量表和传感器) 9、闸门 10、液体综合记录仪(含液体流量表和传感器) 11、负压放水器 12、控制中心。
其中，12控制中心包括5个模块：
1、接收模块：接收各传感器数据
2、执行模块：控制各控压闸门(远控)开关
3、远控模块：与远程控制端(例如办公室电脑)保持数据双向互传
4、报警模块：控制蜂鸣器报警、液晶显示报警信息、远程控制端屏幕显示报警信息
5、中央处理模块：运行控制程序，对其它模块信息处理并执行
全自动煤矿井下瓦斯抽采装置装于孔口侧面或通过管线连接井口，同时可接入多口井进行不同压力下的生产，通过各传感器接收数据，中央处理模块运行控制程序与设定值对比，调节各闸门开关，能够精确控制生产压力、产量等数据，实现精细化排采；通过网络与煤矿远程控制端连接，实现远程实时查看、分析、监控、调整、甚至关闭井下装置。保证排采过程的安全和智能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，其特征在于，包括：
步骤S1，获取抽采区煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；
步骤S2，根据地质资料、瓦斯参数计算排采区煤层的瓦斯压力、瓦斯浓度、干扰波动距离随抽采时间的变化规律；
步骤S3，根据步骤二的规律，确定钻孔布孔方式和工艺；
步骤S4，根据布孔方式和工艺，通过常压钻孔设备进行煤矿巷道内水平钻孔；
步骤S5，根据地质资料、瓦斯参数，确定关井“憋压”的时间和压力值，进行憋压和试井；
步骤S6，根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，进行模拟分析、计算，确定最优化的排采工作制度；
步骤S7，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；
步骤S8，煤层压力落零后，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的负压抽采。
2.一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，其特征在于，包括常压钻孔设备，水平孔或多分支水平孔，一开套管、全通径四通、全自动煤矿井下瓦斯抽采装置；
所述一开套管的一端与所述至少一条水平钻孔连接，所述一开套管的另一端与所述全通径四通连接；
所述水平钻孔自煤壁向煤层深处沿煤层分布走向设置，并与所述煤壁呈一定角度(0°-180°)，所述一开套管与所述水平钻孔的设置方向一致；
所述全通径四通与所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置连接，所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置设置在所述钻孔作业面的孔口处侧面或通过管线连接到一定距离处，所述钻孔孔口位于煤矿巷道，孔口设置使水平钻孔具有井筒再进入功能。
3.根据权利要求2所述的常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，其特征在于，所述水平钻孔的一开固孔，固孔试压值为煤层原始地层压力，二开裸眼并可具有多个分支。
4.根据权利要求2所述的常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，其特征在于，所述本发明中全自动煤矿井下瓦斯抽采装置可应用于正压排采和负压抽采这两个阶段的瓦斯抽采，具有多井接入能力，而且多井生产压力可以不同，可以在地面控制各井生产压力。
5.根据权利要求1所述的常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，其特征在于，所述钻孔完成后在正压排采前进行憋压作业、压力恢复分析、模拟分析计算、排采工作制度确定。
6.根据权利要求1所述的常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，其特征在于，完孔后关闭全通径四通进行憋压操作，憋压值不低于煤层初始解析压力。
7.根据权利要求1所述的常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，其特征在于，所述试井为可选项，可以在憋压的同时在全通径四通内下入电子压力计进行不稳定试井，当本区域进行过几口孔的试井后，地质条件相同的同类孔可以不试井。
8.根据权利要求1所述的常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，其特征在于，完孔后的瓦斯抽采分为正压排采和负压抽采二个阶段，正压排采至煤层压力落零后进行负压抽采。
9.根据权利要求1所述的常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，其特征在于，所述最优化的排采工作制度为维持产气量稳定、持续降低煤层压力的方法，目标是在煤矿挖煤至孔位时瓦斯压力和浓度在法律规定范围内，需要地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，结合煤矿采煤计划进行模拟分析、计算。
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| CN115962005A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-04-14 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔合理抽采负压确定方法 |
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- 2020-04-28 CN CN202010353701.9A patent/CN111648819A/zh active Pending
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