CN112360345A - 一种极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法、系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于瓦斯抽采技术领域，公开了一种极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法、系统及应用。在上覆岩层中进行钻孔，铺设注浆管道；当打钻到煤层中时，钻设水平井，水平井呈羽状布置；初步钻孔完成之后，此时应立即在钻孔中铺设带孔洞的注浆管道；完成之后，从地面向管道中进行注浆；浆体将钻孔充满时，并向管道周围的裂隙中进行渗透，在管道周围形成了注浆强化区域。注浆完成后，抽出注浆管道；待浆液固化后，再钻孔，铺设瓦斯抽采管道及相关配套设施，对瓦斯进行抽采。本发明有效的控制钻孔周围的煤层变形，保证了瓦斯抽采孔的稳定。同时本发明降低了瓦斯抽采的成本。强化了周围的煤层，提高了后续开采的安全性。

Description

一种极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法、系统及应用

技术领域

本发明属于瓦斯抽采技术领域，尤其涉及一种极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法、系统及应用。

背景技术

目前，我国的能源现状可以概括为“富煤贫油少气”。现阶段已经探明的煤炭储量约占世界煤炭总量的11.67％，并且煤炭产量较高，是世界第一大产煤国。我国煤矿分布范围的广阔也导致井下环境复杂多变，使得煤矿行业常年事故频发，瓦斯灾害一直是井下的第一杀手。因此，瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理与防控、煤层气开发与利用的主要措施。采用对开采煤层进行瓦斯预抽的方式，可以有效降低发生瓦斯动力灾害事故风险性、提高瓦斯利用率，促进煤炭资源的绿色安全高效开采。钻孔瓦斯抽采是我国煤层瓦斯防治与利用的主要手段，在井下应用极为广泛。但在一些特殊条件之下，如极松软煤层穿层钻孔施工时，钻孔在地应力的作用下，会在短时间内产生较大的变形，钻孔的直径会逐渐减小，钻孔的形状也会产生变形，影响瓦斯的抽采效果和抽采半径。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的钻孔瓦斯抽采在一些特殊条件之下，由于地应力的作用，钻孔会在短时间内产生较大的变形，钻孔的直径会逐渐减小，钻孔的形状也会产生变形，影响瓦斯的抽采效果和抽采半径。

解决以上问题及缺陷的难度为：由于在极软煤层进行钻孔，煤层的整体因煤质松软而产生破碎，在瓦斯抽采钻孔期间极易出现垮孔、塌孔、缩径等问题，在钻孔的过程中，还会产生大量的煤炭碎屑，若清理不及时，容易造成钻孔的卡钻，导致难以继续进行钻孔；在钻孔时，若使用不合理的技术，还会使钻头、钻杆与煤层碎屑产生摩擦，导致温度升高，造成煤层的燃烧，产生有毒有害气体；并且依据当前的技术手段仅仅是在某一部分进行管道的强化或者支撑，难以实现在整个抽采管道周围均匀的增大煤层的强度。解决以上问题及缺陷的意义为：

通过实施应用本发明的技术，可以快速的在极软煤层中进行钻孔及布置抽采管道，极大的缩短钻孔与布置管道的时间。在钻孔之后通过注浆对管道周围的煤层进行强化，大幅度提高松软煤层中瓦斯抽采孔的强度，能够有效的提高煤层的强度，减少对瓦斯抽采管道的维护，降低瓦斯抽采管道的维护费用，进一步的保证了管道的安全，有利于提高瓦斯抽采效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法、系统及应用。本发明旨在解决极松软煤层下孔道变形致使孔管易卡阻和瓦斯抽采区易垮塌致使瓦斯难以抽出的问题。

本发明是这样实现的，一种极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法，所述极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法，包括：

步骤一，经过物探及地质勘探之后，确定煤层的位置，并根据煤层及瓦斯赋存情况，在煤层上方选取合适的地点，合理的设计瓦斯抽采钻孔位置，从地面向下进行打钻，首先在上覆岩层中进行钻孔，铺设注浆管道；

步骤二，在铺设完注浆管道之后，继续打钻，当打到煤层中间部分时，改变钻孔的方向，进行水平打钻，开始钻设水平井，首先使用钻具钻设水平井眼，调整钻井液性能，确保水平井内无碎煤岩屑，保证煤层井壁稳定；起出钻具，下入可回收式斜向器到预定的分支点位置，下入钻具，侧钻出水平分支眼；钻完第一个分支井眼后起出钻具，下入专用工具将斜向器起出，重复上述操作，直至钻完设计的分支井眼，其中水平井中的水平分支眼呈羽状布置；

步骤三，钻孔初步完成之后，此时应立即在钻孔中铺设带孔洞的管道；

步骤四，管道铺设完成之后，从地面向管道中注入已制备完成的浆液；浆体将钻孔充满后，同时会通过管壁的孔洞向管道周围的煤层裂隙中进行渗透，在煤层中形成以管道为中心的注浆强化区域。

步骤五，注浆完成之后，抽出注浆管道；待浆液固化后，在注浆强化区域内如步骤一所述的方式进行再钻孔；此时在较为稳定的注浆区域内进行铺设瓦斯抽采管道及相关配套设施，对瓦斯进行抽采。

进一步，所述步骤四中，浆体将钻孔充满的判断条件为：钻孔的压力值达到地面上注浆泵中设定的压力值。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化系统，所述极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化系统设置有

注浆管道；

注浆管道在煤层及上覆岩层中进行铺设，在地面固定有智能化一体注浆设备；

智能化一体注浆设备中设置有自动搅拌站和智能控制注浆泵；

注浆泵与注浆管道连接，煤层中钻设水平井。

进一步，所述水平井呈羽状布置，分支与水平钻孔呈45°。

进一步，所述注浆管道上设置有注浆孔洞。

进一步，所述注浆管道在煤层周围设置有注浆强化区域。

本发明的另一目的在于提供一种煤矿瓦斯治理与防控方法，所述煤矿瓦斯治理与防控方法使用所述的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法。

本发明的另一目的在于提供一种煤层气开发方法，所述煤层气开发方法使用所述的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法。

本发明的另一目的在于提供一种煤层气利用方法，所述煤层气利用方法使用所述的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法。

本发明的另一目的在于提供一种钻孔瓦斯抽采方法，所述钻孔瓦斯抽采方法使用所述的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明优化了当前松软煤层下抽采瓦斯的方法，应用在瓦斯抽采孔及周围的裂隙中进行注浆，可有效的控制钻孔周围的煤层变形，保证了瓦斯抽采孔的稳定。采用注浆强化钻孔，该方法操作简单，且材料制备容易，降低了抽采的成本。强化了周围的煤层，提高了后续开采的安全性。

目前对于极软煤层下的瓦斯抽采，采用的大多为钻孔护孔一体化或者采用内支撑式护孔管，如CN201210103061.1一种松软煤层瓦斯抽采孔阶梯式护孔管的管身结构，该专利使用阶梯式护孔管，其对于管道的要求较高，并且对于瓦斯抽采管道的设计花费较大；除此之外，如CN201210056522.4松软煤层瓦斯抽采钻孔协同式钻护一体化系统及工艺，其不仅对于管道的设计要求高，还需要大量的辅助设备，消耗了大量的财力及物力，且难以达到较好的抽采效果。采用注浆强化的方式进行布置瓦斯抽采管道，能有效的解决极软煤层下孔道变形的问题，钻孔及瓦斯抽采的过程中不需要额外的辅助设备，同时抽采过程中可减少对抽采管道变形的维护，注浆的液体可采用煤矸石等原料进行配置，原料容易获取且价格低廉，采用该方法及系统可在提高抽采效率的同时减少成本，提高收益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的煤层注浆区域示意图。

图3是本发明实施例提供的注浆管道示意图。

图4是本发明实施例提供的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化方法流程图。

图中：1、注浆站；2、注浆泵；3、注浆管道；4、上覆岩层；5、煤层；6、注浆管道孔洞；7、注浆强化区域；8、岩层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法、系统及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，注浆管道3在上覆岩层4中进行钻孔铺设，同时在上地面固定有智能化一体注浆设备，设备中设置有注浆站1和注浆泵2，，注浆泵2与注浆管道3连接。煤层5中钻设水平井，水平井呈羽状布置，分支与水平钻孔呈45°。注浆管道3上设置有注浆管道孔洞6，注浆管道3在煤层5和靠近煤层区域的岩层8周围设置有注浆强化区域7。

如图4所示，本发明实施例提供的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法，包括：

S101：在上覆岩层中进行钻孔，铺设注浆管道；

S102：当打钻到煤层中时，钻设水平井，水平井呈羽状布置；

S103：钻孔初步完成之后，此时应立即在钻孔中铺设带孔洞的管道；

S104：注浆管道铺设完成之后，从地面向管道中进行注浆，待地面的注浆泵站达到一定的压力值，此时浆体将钻孔充满，并向管道周围的煤层裂隙中进行渗透，以管道为中心形成了注浆强化区域；

S105：注浆完成后，抽出注浆管道；待浆液固化后，再钻孔，铺设瓦斯抽采管道及相关配套设施，对瓦斯进行抽采。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图1所示，为本发明所述的整体瓦斯抽采管道及注浆管道铺设示意图，所述的注浆管道3在上覆岩层4中进行钻孔铺设。如图2所示，当打钻到煤层5中时，钻设水平井，水平井呈羽状布置，分支与水平钻孔呈45°。采用该方式不仅能使抽采管道与煤层的接触面积加大，提高瓦斯抽采的产量，同时也扩大了注浆强化的区域，使管道周围的煤层更为稳固。初步钻孔完成之后，因为极软煤层的流变性及易扰动性等特征，会短时间内产生较大的变形，此时应立即在钻孔中铺设如图3所示的带注浆管道孔洞6的注浆管道3，完成之后，从地面向管道中进行注浆，待地面的注浆泵站达到一定的压力值，此时浆体将钻孔充满，并向管道周围的裂隙中进行渗透，在管道周围形成了注浆强化区域7，同时强化了煤层的强度。

在注浆强化完成之后，极软煤层的物理性质发生改变，煤层的强度变大。此时抽出注浆管道，铺设瓦斯抽采管道及相关配套设施，瓦斯抽采孔的变形会减小，可以有效的解决极松软煤层下孔道变形致使孔管易卡阻和瓦斯抽采区易垮塌致使瓦斯难以抽出的问题，安全的进行瓦斯的抽采。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法，其特征在于，所述极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法，包括：

在上覆岩层中进行钻孔，铺设注浆管道；

当打钻到煤层中时，钻设水平井，水平井呈羽状布置；

初步钻孔完成之后，在钻孔中铺设带孔洞的注浆管道；

完成之后，从地面向管道中进行注浆；浆体将钻孔充满时，并向管道周围的裂隙中进行渗透，在管道周围形成了注浆强化区域；

注浆完成之后，抽出注浆管道；待浆液固化后，再钻孔，铺设瓦斯抽采管道及相关配套设施，对瓦斯进行抽采。

2.如权利要求1所述极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法，其特征在于，所述浆体将钻孔充满的判断条件为：钻孔的压力值达到地面上注浆泵中设定的压力值。

3.一种实施如权利要求1～2任意一项所述极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化系统，其特征在于，所述极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化系统设置有：

注浆管道；

注浆管道在煤层及上覆岩层中进行钻孔铺设，在地面固定有智能化一体注浆设备；

智能化一体注浆设备中设置有自动搅拌站和智能控制注浆泵，注浆泵与注浆管道连接，煤层中钻设水平井。

4.如权利要求3所述的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化系统，其特征在于，所述水平井呈羽状布置，分支与水平钻孔呈45°。

5.如权利要求3所述的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化系统，其特征在于，所述注浆管道壁上设置有注浆孔洞。

6.如权利要求3所述的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化系统，其特征在于，所述注浆管道在煤层和岩层周围设置有注浆强化区域。

7.一种煤矿瓦斯治理与防控方法，其特征在于，所述煤矿瓦斯治理与防控方法使用权利要求1～2任意一项所述的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法。

8.一种煤层气开发方法，其特征在于，所述煤层气开发方法使用权利要求1～2任意一项所述的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法。

9.一种煤层气利用方法，其特征在于，所述煤层气利用方法使用权利要求1～2任意一项所述的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法。

10.一种钻孔瓦斯抽采方法，其特征在于，所述钻孔瓦斯抽采方法使用权利要求1～2任意一项所述的极软煤层下瓦斯抽采孔注浆强化的方法。

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