CN112302705A - 一种软硬复合煤层水力层状卸载瓦斯抽采及防塌孔方法 - Google Patents
一种软硬复合煤层水力层状卸载瓦斯抽采及防塌孔方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种软硬复合煤层水力层状卸载瓦斯抽采及防塌孔方法，该方法包括钻孔长度及保留时间的延长，通过地质调查，将钻孔顶部延伸进煤层顶板内一至三米处形成预留钻孔，利用顶板强度较高使钻孔保留时间延长；选择不同的层状卸载层位；在进行煤层层状卸载施工后，孔洞形成瓦斯储气室；孔洞形成后放入抽采管，在煤层段内采用抽采实管布置，根据顶板岩性的不同，选择层段将抽采花管布置在顶板内然后开始进行瓦斯抽采。本发明的有益效果为：可以解决常规瓦斯抽采在软煤层及软硬复合煤层内遇到的问题，有效提高软煤层及软硬复合煤层在水力层状卸载后的瓦斯抽采效率以及有效抽采时间。
Description
技术领域
本发明属于水力层状卸载瓦斯抽采的技术领域，具体涉及一种软硬复合煤层水力层状卸载瓦斯抽采及防塌孔方法。
背景技术
煤层瓦斯是一种高效的清洁能源，同时也是矿井安全生产的隐患，容易导致煤与瓦斯喷出、突出灾害，造成人员伤亡。水力层状卸载技术是煤矿井下一种常用的卸载抽放瓦斯技术，可以提高瓦斯抽放效率、缩短瓦斯抽放消除时间，最大程度地消除瓦斯灾害。常规的水力层状卸载以及卸载后的瓦斯抽采在遇到软煤层时常常会遇到以下几种问题：
（1）水力层状卸载施工位置包括整个煤层段，完成施工之后，煤层在边界处会形成一个结构弱面，应力会在此处产生应力集中现象，形成一个应力边界，阻碍煤中的瓦斯向水力层状卸载形成的孔洞中运移。
（2）水力层状卸载施工完成之后，在煤层中会形成层内卸载，形成压力差，瓦斯会朝孔洞方向积聚，在孔洞内会聚集为高浓度瓦斯，形成一个瓦斯储罐，当煤层开采至孔洞周围时会有瓦斯突出的危险性。
（3）常规水力层状卸载在煤层中下部进行卸载，当煤层较厚时，采煤时常采用分层开采，在开采上部煤层时，对于支架的稳定强度有着很高的要求。
（4）常规水力层状卸载选在在煤层全层段内卸载，煤层底板会产生大量的裂缝，裂缝将巷道与水力层状卸载位置形成的直接相连，由于存在裂隙沟通，使得巷道中的空气通过煤层底板中的裂缝向抽采管中运移，会造成瓦斯抽采浓度偏低，效率不高。（5）在软煤层中进行抽采管的布置，由于软煤的强度不高，很容易塌孔，因此瓦斯抽采的有限抽采时间较短。常规水力层状卸载在软煤层中施工后会效果不佳，大大降低了水力层状卸载的预期作用，难以有效解决软煤层中的瓦斯含量过大，超过开采要求指标的问题。为此人们一直在寻找解决的办法。
发明内容
本发明提供一种软硬复合煤层水力层状卸载瓦斯抽采及防塌孔方法，可以解决常规瓦斯抽采在软煤层及软硬复合煤层内遇到的问题，有效提高软煤层及软硬复合煤层在水力层状卸载后的瓦斯抽采效率以及有效抽采时间。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种软硬复合煤层水力层状卸载瓦斯抽采及防塌孔方法，S1、从底板巷向上施工钻孔，根据顶板岩性条件的不同，将钻孔顶部穿过煤层段和煤层底板，延伸进煤层顶板内一至三米处形成预留钻孔；
S2、根据煤层种类的不同选择层状卸载层段，煤层为软硬复合煤层时选择卸载软煤分层，全煤层为软煤层时选择卸载上层软煤，确定层状卸载位置后开始进行层状卸载施工，施工水力冲孔；
S3、层状卸载施工完成后将抽采管通过钻孔向上深入至煤层顶板附近，将抽采管上端的花管部分放置在事先形成预留钻孔内，然后开始进行瓦斯抽采；
S4、根据计算，重复上述步骤，在多个位置施工钻孔并且进行瓦斯抽采。
进一步的，预留钻孔在施工时，根据地层条件的不同，深入煤层顶板内部的距离需要分情况讨论：
A1、若煤层直接顶为砂岩，岩性较为稳定，将抽采钻孔延伸至顶板一至三米内，使直接顶形成稳定的裂隙；具体位置取决于煤层层状卸载施工后，直接顶稳定后形成的裂隙带内；在直接顶内的钻孔段，布置抽采花管进行瓦斯抽采；
A2、若煤层直接顶为泥岩，则抽采钻孔需要穿过不稳定的泥岩层段，延伸至上方的稳定岩层段内；在泥岩层段抽采管的布置需要采用实管布置；
A3、若煤层上方直接顶为泥岩且层段较厚，则不采用延伸抽采钻孔至煤层顶板内的方法。
进一步的，层状卸载施工根据煤层分层情况选择卸载层段，需要分情况讨论：
B1、若全煤层段厚零点三米以下，则选择卸载全煤层段软煤层；
B2、若全煤层层厚零点五米以上，三米以下，且均为软煤时选择卸载与顶板相接的约零点三米厚软煤层段；
B3、若煤层段较厚，为三米以上，且均为软煤，则将煤层每三米进行一次分层，每个分层内选择卸载分层内最上部零点三米厚软煤分层；
B4、若煤层段分为两层，分别为一层软煤与一层硬煤时，选择卸载软煤层段，若软煤层厚度大于零点五米，则选择对软煤分层上层段进行层状卸载施工；
B5、若煤层段为两层软硬煤层交错分布，同时含有硬煤分层、软煤分层、上层硬煤分层时，当软煤分层厚度小于零点三米时，对全软煤分层进行水力层状卸载；当软煤分层厚度大于零点三米时，选择对软煤分层上部零点三米进行水力层状卸载；
B6、若煤层段包含多层软硬煤分层时，多次重复B5，从上到下对软煤分层进行水力层状卸载；
B7、当煤层瓦斯含量大于10m3/t时，所有钻孔都需要进行层状卸载施工；当煤层瓦斯含量小于10m3/t时，可以选择只对巷道中部以及控制最边界的钻孔进行层状卸载施工。
进一步的，布置抽采管时，煤层段内选择用抽采实管，在顶板内根据顶板岩层的不同，需要分情况讨论：
C1、若煤层顶板为岩性较为稳定且遇水不膨胀的砂岩，则抽采花管在顶板内预留钻孔段全部采用抽采花管；
C2、若煤层顶板预留钻孔段内岩层有分层现象，则需要根据岩层岩性布置抽采管：若顶板下层为遇水膨胀的岩层如泥岩等，上层为岩性稳定的岩层如砂岩，则在泥岩层段选择抽采实管，上部砂岩层段选择抽采花管；若顶板岩层有分层现象但都为岩性稳定的岩层，则选择布置抽采花管。
进一步的，抽采管布置完成之后对钻孔段进行封孔，封孔位置直至煤层与底板交界处。相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明中，其中，进行穿层钻孔钻进时，根据情况将钻孔钻至煤层上方顶板内一段距离处，其目的在于通过钻孔的钻进，使煤层顶板钻孔周围产生裂缝与煤层进行联通，形成顶板卸载，使得经过水力层状卸载煤层中瓦斯能够运移至煤层顶板上；这样不会因为水力层状卸载的应力边界问题产生阻碍瓦斯运移的现象，也会减轻产生的瓦斯储罐现象程度。对煤层进行水力层状卸载操作时，针对煤层分层的不同，选择不同的位置进行水力层状卸载；这样选择的目的在于最大程度的提高煤层渗透率，能够使瓦斯进行运移；软煤分层的渗透率很低，在进行水力层状卸载后，软煤分层中的瓦斯由于压力差的存在，会向水力层状卸载施工后形成的瓦斯储气室中运移；而硬煤分层会因为软煤分层中形成层内保护层卸载，瓦斯会向压力低的孔洞中运移；对于全部为软煤分层的煤层，选择在煤层上部与顶板交界处进行水力层状卸载作业，目的在于由于顶板的岩性较硬，不容易垮塌，保留的时间会更长，其次软煤中的瓦斯也会运移至顶板内由于钻孔钻进而产生的裂隙中，便于随后瓦斯抽采作业的进行。放置瓦斯抽采管时，与常规的瓦斯抽采管放置在水力层状卸载层段内有所不同,本发明将瓦斯抽采管花管部分放置在煤层顶板中预留的钻孔段内，放置完成后进行封孔作业，封孔位置直至煤层与底板交界处；这样做的目的是：（1）改变负压抽采的入口，利用瓦斯在煤层顶板中的裂缝进行运移，最终被抽采管抽出；（2）由于顶板的岩性较硬，因此顶板中的裂缝以及钻孔不容易发生垮塌，保留的时间比煤层中的时间长，有效时间更长。封孔至煤层与底板交界处的目的在于：封堵由于钻孔的施工导致的周围裂隙，能够有效封堵巷道中的瓦斯通过钻孔周围裂隙进入到水力层状卸载孔洞中，可以有效提高瓦斯抽采效率与有效抽采时间。
附图说明
图1本发明所提出的软硬复合煤层的水力层状卸载施工方法结构示意图；
图2背景技术中现有的常规水力层状卸载施工方法的结构示意图；
图3本发明所提出的水力层状卸载施工方法的结构示意图；
图4厚软煤层水力层状卸载施工方法；
图5多层软硬复合煤层水力层状卸载施工方法；
图6层状卸压顶板分层情况一；
图7层状卸压顶板分层情况二。
图中：1.底板巷，2.钻孔，3.抽采管，4.水力层状卸载，5.煤层底板，6.煤层，7.煤层顶板，8.硬煤分层，9.软煤分层，10.上层硬煤分层，11.砂岩，12.泥岩。
具体实施方式
实施例：如图1至图7所示，S1、从底板巷1向上施工钻孔2，根据顶板岩性条件的不同，将钻孔2顶部穿过煤层段和煤层底板5，延伸进煤层顶板7内一至三米处形成预留钻孔；
S2、根据煤层6种类的不同选择层状卸载层段，煤层为软硬复合煤层时选择卸载软煤分层，全煤层为软煤层时选择卸载上层软煤，确定层状卸载位置后开始进行层状卸载施工，施工水力冲孔4；
S3、层状卸载施工完成后将抽采管3通过钻孔2向上深入至煤层顶板7附近，将抽采管上端的花管部分放置在事先形成预留钻孔12内，然后开始进行瓦斯抽采；
S4、根据计算，重复上述步骤，在多个位置施工钻孔2并且进行瓦斯抽采。
预留钻孔在施工时，根据地层条件的不同，深入煤层顶板7内部的距离需要分情况讨论：
A1、若煤层直接顶为砂岩11，岩性较为稳定，将抽采钻孔延伸至顶板一至三米内，使直接顶形成稳定的裂隙；具体位置取决于煤层层状卸载施工后，直接顶稳定后形成的裂隙带内；在直接顶内的钻孔段，布置抽采花管进行瓦斯抽采；
A2、若煤层直接顶为泥岩(12)，则抽采钻孔需要穿过不稳定的泥岩层段，延伸至上方的稳定岩层段内；在泥岩层段抽采管的布置需要采用实管布置；
A3、若煤层上方直接顶为泥岩且层段较厚，则不采用延伸抽采钻孔至煤层顶板内的方法。
层状卸载施工根据煤层分层情况选择卸载层段，需要分情况讨论：
B1、若全煤层段厚零点三米以下，则选择卸载全煤层段软煤层；
B2、若全煤层层厚零点五米以上，三米以下，且均为软煤时选择卸载与顶板相接的约零点三米厚软煤层段；
B3、若煤层段较厚，为三米以上，且均为软煤，则将煤层每三米进行一次分层，每个分层内选择卸载分层内最上部零点三米厚软煤分层；
B4、若煤层段分为两层，分别为一层软煤与一层硬煤时，选择卸载软煤层段，若软煤层厚度大于零点五米，则选择对软煤分层上层段进行层状卸载施工；
B5、若煤层段为两层软硬煤层交错分布，同时含有硬煤分层8、软煤分层9、上层硬煤分层10时，当软煤分层厚度小于零点三米时，对全软煤分层进行水力层状卸载；当软煤分层厚度大于零点三米时，选择对软煤分层上部零点三米进行水力层状卸载；
B6、若煤层段包含多层软硬煤分层时，多次重复B5，从上到下对软煤分层进行水力层状卸载；
B7、当煤层瓦斯含量大于10m3/t时，所有钻孔都需要进行层状卸载施工；当煤层瓦斯含量小于10m3/t时，可以选择只对巷道中部以及控制最边界的钻孔进行层状卸载施工。
布置抽采管时，煤层段内选择用抽采实管，在顶板内根据顶板岩层的不同，需要分情况讨论：
C1、若煤层顶板为岩性较为稳定且遇水不膨胀的砂岩11，则抽采花管在顶板内预留钻孔段全部采用抽采花管；
C2、若煤层顶板预留钻孔段内岩层有分层现象，则需要根据岩层岩性布置抽采管：若顶板下层为遇水膨胀的岩层如泥岩12等，上层为岩性稳定的岩层如砂岩(11)，则在泥岩(12)层段选择抽采实管，上部砂岩层段选择抽采花管；若顶板岩层有分层现象但都为岩性稳定的岩层，则选择布置抽采花管。
抽采管布置完成之后对钻孔段进行封孔，封孔位置直至煤层与底板交界处。
实施例：假设煤层厚三米，煤层顶板为砂岩，底板为泥岩，底板巷与煤层法向距离上层硬煤分层十米，对煤层内为软硬复合煤层，煤层上部两米为软煤分层，煤层下部一米为硬煤层。对煤层进行水里层状卸载作业，选择软煤分层与顶板交界处零点三米软煤层进行水里层状卸载；煤层顶板为较为稳定的砂岩，所以选择将钻孔延伸至顶板内两米。首先从底板巷开始对煤层进行穿层钻孔打钻，直至煤层顶板砂岩内两米；钻孔完成后进行水里层状卸载，选择层段为软煤分层与顶板交界处零点三米软煤分层。水里层状卸载施工完成后进行抽采管的布置，煤层段内采用抽采实管，由于顶板为岩性稳顶、遇水不膨胀的砂岩，则选择在顶板内的预留钻孔段内全部采用抽采花管；放置完成后进行封孔作业，封孔至煤层与底板交接处；封孔完成后连接瓦斯抽采设备进行瓦斯抽采。
Claims (5)
1.一种软硬复合煤层水力层状卸载瓦斯抽采及防塌孔方法，其特征在于：
S1、从底板巷（1）向上施工钻孔（2），根据顶板岩性条件的不同，将钻孔（2）顶部穿过煤层段和煤层底板（5），延伸进煤层顶板（7）内一至三米处形成预留钻孔；
S2、根据煤层（6）种类的不同选择层状卸载层段，煤层为软硬复合煤层时选择卸载软煤分层，全煤层为软煤层时选择卸载上层软煤，确定层状卸载位置后开始进行层状卸载施工，施工水力冲孔（4）；
S3、层状卸载施工完成后将抽采管（3）通过钻孔（2）向上深入至煤层顶板（7）附近，将抽采管上端的花管部分放置在事先形成预留钻孔（12）内，然后开始进行瓦斯抽采；
S4、根据计算，重复上述步骤，在多个位置施工钻孔（2）并且进行瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的一种软硬复合煤层水力层状卸载瓦斯抽采及防塌孔方法，其特征在于：
预留钻孔在施工时，根据地层条件的不同，深入煤层顶板（7）内部的距离需要分情况讨论：
A1、若煤层直接顶为砂岩（11），岩性较为稳定，将抽采钻孔延伸至顶板一至三米内，使直接顶形成稳定的裂隙；具体位置取决于煤层层状卸载施工后，直接顶稳定后形成的裂隙带内；在直接顶内的钻孔段，布置抽采花管进行瓦斯抽采；
A2、若煤层直接顶为泥岩(12)，则抽采钻孔需要穿过不稳定的泥岩层段，延伸至上方的稳定岩层段内；在泥岩层段抽采管的布置需要采用实管布置；
A3、若煤层上方直接顶为泥岩且层段较厚，则不采用延伸抽采钻孔至煤层顶板内的方法。
3.根据权利要求1所述的一种软硬复合煤层水力层状卸载瓦斯抽采及防塌孔方法，其特征在于：
层状卸载施工根据煤层分层情况选择卸载层段，需要分情况讨论：
B1、若全煤层段厚零点三米以下，则选择卸载全煤层段软煤层；
B2、若全煤层层厚零点五米以上，三米以下，且均为软煤时选择卸载与顶板相接的约零点三米厚软煤层段；
B3、若煤层段较厚，为三米以上，且均为软煤，则将煤层每三米进行一次分层，每个分层内选择卸载分层内最上部零点三米厚软煤分层；
B4、若煤层段分为两层，分别为一层软煤与一层硬煤时，选择卸载软煤层段，若软煤层厚度大于零点五米，则选择对软煤分层上层段进行层状卸载施工；
B5、若煤层段为两层软硬煤层交错分布，同时含有硬煤分层（8）、软煤分层（9）、上层硬煤分层（10）时，当软煤分层厚度小于零点三米时，对全软煤分层进行水力层状卸载；当软煤分层厚度大于零点三米时，选择对软煤分层上部零点三米进行水力层状卸载；
B6、若煤层段包含多层软硬煤分层时，多次重复B5，从上到下对软煤分层进行水力层状卸载；
B7、当煤层瓦斯含量大于10m3/t时，所有钻孔都需要进行层状卸载施工；当煤层瓦斯含量小于10m3/t时，可以选择只对巷道中部以及控制最边界的钻孔进行层状卸载施工。
4.根据权利要求1所述的一种软硬复合煤层水力层状卸载瓦斯抽采及防塌孔方法，其特征在于：
布置抽采管时，煤层段内选择用抽采实管，在顶板内根据顶板岩层的不同，需要分情况讨论：
C1、若煤层顶板为岩性较为稳定且遇水不膨胀的砂岩（11），则抽采花管在顶板内预留钻孔段全部采用抽采花管；
C2、若煤层顶板预留钻孔段内岩层有分层现象，则需要根据岩层岩性布置抽采管：若顶板下层为遇水膨胀的岩层如泥岩（12）等，上层为岩性稳定的岩层如砂岩(11)，则在泥岩(12)层段选择抽采实管，上部砂岩层段选择抽采花管；若顶板岩层有分层现象但都为岩性稳定的岩层，则选择布置抽采花管。
5.根据权利要求1所述的一种软硬复合煤层水力层状卸载瓦斯抽采及防塌孔方法，其特征在于：抽采管布置完成之后对钻孔段进行封孔，封孔位置直至煤层与底板交界处。
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| CN113417636A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-21 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺 |
| CN113417636B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-07-15 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺 |
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| CN112302705B (zh) | 2022-08-19 |
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