CN112360397B - 一种过采空区下伏煤与煤层气共采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于矿井瓦斯处理和煤层气开采技术领域，具体涉及一种过采空区下伏煤与煤层气共采方法；具体为建立过采空区煤与煤层气协同共采模型，将具有多层采空区的煤层群矿井进行分区，沿纵向分成上覆采空区、生产区、下伏泄压区，在横向上沿煤层回采走向的反方向分成卸压区、采动区、采空区；建立上覆采空区井、过采空区采动井组、采空区井和过采空区预抽井同时进行瓦斯抽采。降低上覆采空区瓦斯压力，降低瓦斯突出风险，最大限度代替高抽巷和底抽巷，提高采煤效率，实现煤矿开采的安全高效。

Description

一种过采空区下伏煤与煤层气共采方法
技术领域
本发明属于矿井瓦斯处理和煤层气开采技术领域，具体涉及一种过采空区下伏煤与煤层气共采方法。
背景技术
我国高瓦斯突出矿井约占煤矿总数的55％，煤层气的高效抽采能有效降低煤矿瓦斯事故，因此，煤与煤层气共采技术是我国煤矿瓦斯防治和煤层气产业化发展的必然需求。
对于开采低透气煤层群的瓦斯突出矿井，保护层开采是非常有效的区域防突措施。开采保护层形成采空区后，在采动影响范围内的临近煤层发生膨胀卸压，渗透率明显升高，瓦斯由吸附状态解吸为游离状态，降低了瓦斯抽采难度。《防治煤与瓦斯突出规定》中规定，在开采具有突出危险性煤层群时应首选保护层开采作为区域防突措施。国内外学者对开采上保护层开采过程中下伏煤岩体的移动变形和裂隙演化规律形成了较丰富的科研成果；两淮矿区针对煤层群矿井开采形成了保护层卸压井上下抽采技术体系；松藻矿区形成了井下三区配套三超前增透抽采技术体系；申请人单位矿区，针对单一煤层的煤矿开采形成了三区联动立体抽采模式，后发展成为高瓦斯矿井全区域(规划区、准备区、生产区、采空区)、全层位(主采煤层、邻近煤层煤线、富气围岩)、全时段(超前预抽、掘前抽、采前抽、采动抽、采后抽)“三全”瓦斯抽采全覆盖模式，丰富了煤与煤层气共采技术体系。
随着煤矿的大规模开采，晋城矿区煤与煤层气共采技术逐步由单一煤层开采模式向含有采空区的多煤层协调开发模式发展。大部分矿井上部煤层已经成为采空区，甚至是多层采空区，针对多层采空区开采下伏煤层的矿井，亟需提出新的煤与煤层气共采方法，促进煤与煤层气共采的协调开发。
发明内容
本发明为达到同时解决上覆采空区瓦斯压力和下伏煤层瓦斯突出的目的。
本发明采用如下技术方案；一种过采空区下伏煤与煤层气共采方法，建立过采空区煤与煤层气协同共采模型，将具有多层采空区的煤层群矿井进行分区，沿纵向分成上覆采空区、生产区、下伏泄压区，在横向上沿煤层回采走向的反方向分成卸压区、采动区、采空区；建立上覆采空区井、过采空区采动井组、采空区井和过采空区预抽井同时进行瓦斯抽采。
具体地；所述上覆采空区井和采空区井的固井方法为：
S1～一开D425mm的钻头开孔，钻入基岩10m完钻，下入φ377mm表层套管；
S2～二开D311mm的钻头钻至最下一层的采空区底板以下15m完钻，下入φ244.5mm套管；进入采空区裂隙带采用氮气钻井；采空区积水，将采空区积水抽完后继续钻进；采空区部分采用φ244.5mm筛管与二开套管连接；二开套管与表层套管环空间隙内填充黄土。
具体地；所述过采空区采动井组的固井方法为：
S1～一开D425mm的空气潜孔锤开孔，钻入基岩10m完钻，下入Ф377.7mm表层套管，表层套管下入深度30m，注水泥封固；
S2～二开D311.15mm空气潜孔锤钻头钻进至采空区裂隙带，钻进过程出现漏风，更换氮气循环介质施工，钻进至最下一层采空区底板下50米完钻，下入Ф244.5mm套管，固井注水泥返至所述采空区底板，二开套管与表层套管环空间隙内填充黄土；
S3～三开D215.9mm的钻头进行钻进，钻至回采煤层底板以上3m，见煤停钻，裸眼完井。
具体地；所述过采空区预抽井的固井方法为：
S1～一开D425mm的钻头开孔，钻入基岩10m完钻，下入φ377的表层套管；
S2～二开D311.15mm的钻头开孔，钻入最下一层采空区底板下20m后完钻，下入D244.5mm套管，固井水泥返高至上一层采空区；
S3～三开D215.9的钻头钻进，钻过目的煤层30m后完钻，预留30m口袋，下入D139.7套管，水泥返高至地面，侯凝完井。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明提供的一种过采空区下伏煤与煤层气共采方法，通过优化采空区井和过采空区井的井身结构，实现采空区井和过采空区井的安全高效钻进。通过采空区和生产区和采空区卸压区的煤层气同时抽采，形成一套穿越多层采空区下伏煤与煤层气共采技术体系。
通过本发明，降低上覆采空区瓦斯压力，降低瓦斯突出风险，最大限度代替高抽巷和底抽巷，提高采煤效率，实现煤矿开采的安全高效。
附图说明
图1为采空区煤与煤层气协同共采模型。
图2为过采空区下伏煤与煤层气共采技术体系示意图。
图中：1-上覆采空区井；2-过采空区预抽井；3-过采空区采动井组；4-采空区井；5-上覆采空区；6-开采煤层；7-回采工作面；8-工作面回采方向；9-生产煤层采空区；10-下伏煤层；11-地表。
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。
一种过采空区下伏煤与煤层气共采方法，针对含有多层采空区的煤层群矿井，利用大口径钻井技术穿越采空区，对采空区煤层气和煤储层煤层气同时抽采，实现煤与煤层气的协同高效共采。如图1所示；具体为，建立过采空区煤与煤层气协同共采模型，将具有多层采空区的煤层群矿井进行分区，沿纵向分成上覆采空区、生产区、下伏泄压区，在横向上沿煤层回采走向的反方向分成卸压区、采动区、采空区；建立上覆采空区井、过采空区采动井组、采空区井和过采空区预抽井同时进行瓦斯抽采。
(1)上覆采空区井和采空区井的固井方法为：钻井采用大口径钻进，一开：φ425mm钻头，钻入稳定基岩10m后，下入φ377mm表层套管至一开孔底固井。二开：φ311mm钻头钻至最下一层采空区底板以下15m，下入φ244.5mm套管，在每层的采空区部分采用φ 244.5mm的筛管与二开套管连接，在地面将二开套管与表层套管环空间隙使用黄土填实。钻井过程中，进入采空区裂隙带采用氮气钻井。在穿越采空区时，如遇有采空区积水，则进行抽水，将采空区积水抽完后继续钻进。完井后，在地面进行负压抽采。
(2)过采空区采动井组的固井方法为：一开采用Ф425mm空气潜孔锤开孔，钻穿基岩风化带10m后，下Ф377.7mm×10mm钢级J55表层套管，封固地表疏松层。表层套管下入深度为30m，注水泥全封固。二开采用Ф311.15mm空气潜孔锤钻头钻进至采空区裂隙带，钻进过程中出现漏风更换为氮气循环介质施工，钻进至最下一层采空区底板以下50米，下入Ф244.5mm×8.94mm钢级J55技术套管，固井注水泥返至煤层采空区底板，在地面将二开套管与表层套管环空间隙使用黄土填实。三开采用Φ215.9mm的钻头进行钻进，钻至回采煤层底板以上3m，见煤停钻，裸眼完井。
(3)过采空区预抽井的固井方法为；一开采用D425mm钻头钻进，钻穿黄土及地表松散岩石层，至比较稳定的基岩下10m终孔。下入钢级J55外径D377.7mm表层套管。二开：采用D311.15mm钻头钻至最下一层采空区底板下20m后，下入钢级J55外径D244.5的技术套管，封固套管底口，在第一层采空区以上50米套管外安装裸眼封隔器和反扣装置，反扣装置通过反丝连接上部套管，套管下完后，通过提动管柱方式打开坐封式裸眼封隔器，固井水泥返高至采空区，待固井水泥凝固后，将反扣装置及以上套管进行回收。三开：采用 D215.9的钻头钻进，钻过目的煤层30m后完钻，预留30m口袋，下入钢级N80外径D139.7 的生产套管，水泥返高至地面。
过采空区预抽井抽采采空区下伏煤储层煤层气，压裂目的煤层后，对下伏卸压多层煤层进行联合抽采。
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 (4)

1.一种过采空区下伏煤与煤层气共采方法，其特征在于：建立过采空区煤与煤层气协同共采模型，将具有多层采空区的煤层群矿井进行分区，沿纵向分成上覆采空区、生产区、下伏泄压区，在横向上沿煤层回采走向的反方向分成卸压区、采动区、采空区；建立上覆采空区井、过采空区采动井组、采空区井和过采空区预抽井同时进行瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的一种过采空区下伏煤与煤层气共采方法，其特征在于，所述上覆采空区井和采空区井的固井方法为：
S1～一开D425mm的钻头开孔，钻入基岩10m完钻，下入φ377mm表层套管；
S2～二开D311mm的钻头钻至最下一层的采空区底板以下15m完钻，下入φ244.5mm套管；进入采空区裂隙带采用氮气钻井；采空区积水，将采空区积水抽完后继续钻进；采空区部分采用φ244.5mm筛管与二开套管连接；二开套管与表层套管环空间隙内填充黄土。
3.根据权利要求1所述的一种过采空区下伏煤与煤层气共采方法，其特征在于，所述过采空区采动井组的固井方法为：
S1～一开D425mm的空气潜孔锤开孔，钻入基岩10m完钻，下入Ф377.7mm表层套管，表层套管下入深度30m，注水泥封固；
S2～二开D311.15mm空气潜孔锤钻头钻进至采空区裂隙带，钻进过程出现漏风，更换氮气循环介质施工，钻进至最下一层采空区底板下50米完钻，下入Ф244.5mm套管，固井注水泥返至所述采空区底板，二开套管与表层套管环空间隙内填充黄土；
S3～三开D215.9mm的钻头进行钻进，钻至回采煤层底板以上3m，见煤停钻，裸眼完井。
4.根据权利要求1所述的一种过采空区下伏煤与煤层气共采方法，其特征在于，所述过采空区预抽井的固井方法为：
S1～一开D425mm的钻头开孔，钻入基岩10m完钻，下入φ377的表层套管；
S2～二开D311.15mm的钻头开孔，钻入最下一层采空区底板下20m后完钻，下入D244.5mm套管，固井水泥返高至上一层采空区；
S3～三开D215.9的钻头钻进，钻过目的煤层30m后完钻，预留30m口袋，下入D139.7套管，水泥返高至地面，侯凝完井。
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