CN112145224B - 一种采动区煤层顶板多分支水平井施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种采动区煤层顶板多分支水平井施工方法；为实现对井下采煤工作面上隅角瓦斯治理，确保工作面安全回采；该工艺为在进水巷与回风巷之间布置水平主孔，主孔的稳斜段位于煤层顶板上方25‑70m的范围内且与回风巷平行，在主孔的稳斜段向水平向两侧开钻分支井眼形成分支钻孔，左侧、右侧分支钻孔的分支井眼逐个间隔设置，主孔和分支钻孔成型后主孔连接瓦斯抽采管路抽采。该工艺覆盖范围广、抽采瓦斯效率高，能有效解决上隅角瓦斯超限问题，将取得更好的安全效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种采动区煤层顶板多分支水平井施工方法。
背景技术
井下常规瓦斯治理主要采取地面垂直井、L型井、高位孔和拦截钻孔抽采等，取得了一定成果，基本上能够解决煤层煤与瓦斯突出危险。以上常规瓦斯区域治理取得了一定成果，但其钻场、钻孔工程量大，钻孔利用率低，层位选择性差，例如垂直地面钻井呈点状布置，抽采有效段长较少，覆盖范围的可靠性较差。采用L型钻井和井下定向水平长钻孔，替代现有地面瓦斯井和井下高位钻孔，瓦斯抽采覆盖范围广，抽采形成线状分布，采用井下、地面联合瓦斯抽放方式进行区域瓦斯治理，从而降低井下上隅角瓦斯浓度，实现安全生产和资源利用的双重目的。为进一步实现井下瓦斯安全、高效治理利用，需要进一步优化采动井施工方法，基于上述目的，提出采动区煤层顶板多分支水平井施工方法，能够实现井下瓦斯抽采的区域的面状分布，达到集成、高效的瓦斯治理和利用的工作目标。
发明内容
本发明为实现对井下采煤工作面上隅角瓦斯治理，确保工作面安全回采。提出采动区煤层顶板多分支水平井施工方法。
本发明采用如下技术方案；一种采动区煤层顶板多分支水平井施工方法，在进水巷与回风巷之间布置水平主孔，主孔的稳斜段位于煤层顶板上方25-70m的范围内且与回风巷平行，在主孔的稳斜段向水平向两侧开钻分支井眼形成分支钻孔，左侧、右侧分支井眼逐个间隔设置，主孔和分支钻孔成型后主孔连接瓦斯抽采管路抽采。
进一步地，所述分支钻孔稳斜上仰。
进一步地，所述主孔的稳斜段至回风巷水平距离为50m，稳斜段水平投影的起始端距停采线20m、完钻轨迹末端距切眼20m。
进一步地，首个所述分支井眼距主孔稳斜段起始端50m，分支井眼的分支间距为50m，分支钻孔与主孔稳斜段的水平投影角度为45°，分支钻孔长度为50-60m。
进一步地，所述分支钻孔与水平面的夹角≥2°且≤5度。
具体地，所述主孔钻进包括以下步骤：
S1：一开表土层直井段：钻头直径Φ444.5mm，过风氧化带至完整基岩层段以下20m，下入钢级J55型Φ339.72×9.65mm表层套管，水泥固井候凝24小时，试压，隔离第四系表土层；
S2：二开定向造斜段：钻头直径Φ311.15mm，造斜钻进至煤层顶板以上70m，下入J55型Φ244.5×8.05mm套管，水泥固井候凝48小时，试压；
S3：三开稳斜段：钻头直径Φ215.9mm，钻孔轨迹位于煤顶板以上25-70m，稳斜段呈下降趋势，稳斜段的钻入角度为5°-10°之间。
进一步地，所述分支钻孔的孔径为Φ215.9mm。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明提供的一种采动区煤层顶板多分支水平井施工方法，相比原有采动井瓦斯抽采治理方案，本方法具有钻探工程量少、降低费用、工期短、安全系数高等优势，该方案替代现有地面瓦斯井和井下高位钻孔，能够达到集成、高效的工作目标。
附图说明
图1为布井平面位置图。
图2为钻井井身结构图。
图中：1-直井段；2-造斜段；3-稳斜段；4~11-分支钻孔；12-进风巷；13-切眼；14-回风巷；15-停采线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例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的一部分实施例，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做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。
一种采动区煤层顶板多分支水平井施工方法，在进水巷与回风巷之间布置水平主孔，主孔的稳斜段位于煤层顶板上方25-70m的范围内且与回风巷平行，在主孔的稳斜段向水平向两侧开钻分支井眼形成分支钻孔，左侧、右侧分支钻孔的分支井眼逐个间隔设置，主孔和分支钻孔成型后主孔连接瓦斯抽采管路抽采。
相比原有采动井瓦斯抽采治理方案，本方法具有钻探工程量少、降低费用、工期短、安全系数高等优势，该方案替代现有地面瓦斯井和井下高位钻孔，能够达到集成、高效的工作目标。具体实施方法如下：
1）布井位置选择
布井位置见图1，在进水巷与回风巷之间，钻孔位置靠近回风巷一侧50m。考虑地面施工进度与井下回采对地面影响的范围和时间等因素，抽采的范围是切眼以里20m至停采线以外20m的工作面。布置一个三开水平主孔（1、2和3），多个分支钻孔（4、5、6、7、8、9、10和11）。主孔靶点的有效抽采段位于煤层顶板以上25-70m。
2）主井眼钻井井身结构
钻孔结构描述如下，见图2。
一开表土层直井段：钻头直径Φ444.5mm，过风氧化带至完整基岩层段以下20m，下入钢级J55型Φ339.72×9.65mm表层套管，水泥固井候凝24小时，并按规程试压，检验固井质量，隔离第四系表土层。
二开定向造斜段：钻头直径Φ311.15mm，造斜钻进至下倾段，至煤层顶板以上70m，下入J55型Φ244.5×8.05mm套管，水泥固井候凝48小时，并按规程试压，检验固井质量。
三开稳斜下倾段：钻头直径Φ215.9mm，钻孔轨迹位于煤顶板以上25-70m，稳斜段呈缓慢下降趋势，稳斜段的钻入角度为5°-10°之间，利于采动裂隙形成后排出积水；稳斜段至回风巷水平距离为50m，稳斜段水平投影的起始端距停采线20m、完钻轨迹末端水平投影距切眼20m。
3）分支井眼钻井结构
首个分支井眼距主孔稳斜段起始端50m，选择合适位置侧钻，孔径Φ215.9mm，分支井眼在主孔的稳斜段水平向两侧，左侧、右侧分支井眼逐个间隔设置；分支井眼的分支间距为50m，分支钻孔与主孔稳斜段的水平投影角度为45°，分支钻孔长度为50-60m；为了避免侧支积水，利于后期抽采，分支钻孔稳斜上仰，分支钻孔与水平面的夹角≥2°且≤5度。
4）井眼轨迹控制
三开稳斜段，必须严格控制井斜变化率使钻孔轨迹顺滑，使其采动裂隙形成后利于排水，避免后期生产过程积水。分支钻孔及泄水孔的侧钻点均在套管以内，分支钻孔需要在下倾段侧钻，施工过程中的位置选择和精度控制要求很高，需要完成高效的套管开窗侧钻任务，且分支井斜和方位变化大，需要精确控制实现分支平稳上倾。施工中采用低密度微固相钻井液，控制钻井液固相含量和比重，降低泥浆污染。
5）瓦斯抽放泵站布置
需要在井口对应地面附近新建一座临时抽放泵站，临时泵站稳设1台2BEC87型水环真空泵，通过调节进气端管路配气阀控制钻孔的抽排气体混合量。抽采泵站内相应配套供电、供水等系统。
瓦斯抽放管路铺设路线：地面垂直钻孔→瓦斯抽放管路→瓦斯抽放泵站→瓦斯输送管路→集气站；根据所施工的钻孔孔径，为确保抽放效果，选取Φ325mm抽放管路来抽采瓦斯，管路材质均为钢管。
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：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。
Claims (3)
1.一种采动区煤层顶板多分支水平井施工方法，其特征在于：在进水巷与回风巷之间布置水平主孔，主孔的稳斜段位于煤层顶板上方25-70m的范围内且与回风巷平行，在主孔的稳斜段向水平向两侧开钻分支井眼形成分支钻孔，左侧、右侧分支井眼逐个间隔设置，主孔和分支钻孔成型后主孔连接瓦斯抽采管路抽采；
所述分支钻孔稳斜上仰；分支钻孔与水平面的夹角≥2°且≤5度；
所述主孔的稳斜段至回风巷水平距离为50m，稳斜段水平投影的起始端距停采线20m、完钻轨迹末端距切眼20m；
首个所述分支井眼距主孔稳斜段起始端50m，分支井眼的分支间距为50m，分支钻孔与主孔稳斜段的水平投影角度为45°，分支钻孔长度为50-60m。
2.根据权利要求1所述的一种采动区煤层顶板多分支水平井施工方法，其特征在于，所述主孔钻进包括以下步骤：
S1：一开表土层直井段：钻头直径Φ444.5mm，过风氧化带至完整基岩层段以下20m，下入钢级J55型Φ339.72×9.65mm表层套管，水泥固井候凝24小时，试压，隔离第四系表土层；
S2：二开定向造斜段：钻头直径Φ311.15mm，造斜钻进至煤层顶板以上70m，下入J55型Φ244.5×8.05mm套管，水泥固井候凝48小时，试压；
S3：三开稳斜段：钻头直径Φ215.9mm，钻孔轨迹位于煤顶板以上25-70m，稳斜段呈下降趋势，稳斜段的钻入角度为5°-10°之间。
3.根据权利要求2所述的一种采动区煤层顶板多分支水平井施工方法，其特征在于：所述分支钻孔的孔径为Φ215.9mm。
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