CN114837555A - 羽状多功能定向钻孔布置方法 - Google Patents

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CN114837555A CN202210483122.5A CN202210483122A CN114837555A CN 114837555 A CN114837555 A CN 114837555A CN 202210483122 A CN202210483122 A CN 202210483122A CN 114837555 A CN114837555 A CN 114837555A
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李岁宁
薛志强
王东杰
严锦钢
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    • Y02E10/20—Hydro energy

Abstract

本发明公开的羽状多功能定向钻孔布置方法，包括以下步骤：工作面回采前在停采线附近施工钻场，将定向钻机及配套设备布置在钻场内；布置主钻孔层位于工作面裂隙带下部；施工主钻孔；将主钻孔钻头后退取出后，换小型号钻头施工分支钻孔；在分支钻孔内进行水力割缝及水力压裂；安装负压装置，接入到瓦斯抽放系统中，进行瓦斯抽放。本发明采用顶板定向长钻孔代替高位瓦斯巷，可以减少巷道掘进量，提高瓦斯抽放效率。分支钻孔采用孔内水力割缝加水力压裂，在防治冲击地压的基础上，可以大幅度提升煤层通透性，增加瓦斯抽放量，相关应用设备技术成熟，能较快实现工业开采应用。

Description

羽状多功能定向钻孔布置方法
技术领域
本发明属于煤矿安全开采方法技术领域，具体涉及一种羽状多功能定向钻孔布置方法。
背景技术
对于高瓦斯厚煤层综放工作面，随着工作面开采强度的增加，特别是开采初期的瓦斯治理难度大，抽采工作面回采期间因放顶煤产生的大量瓦斯涌入工作面，导致上隅角瓦斯超限等问题，严重影响工作面的安全回采。
传统的井下瓦斯抽采技术如埋管抽采、高位抽采巷等存在工程量大、效率低下的问题，如高位抽采巷通过抽采采空区上部裂隙带瓦斯，减少采空区瓦斯涌入工作面，消除工作面瓦斯超限。由于顶板垮落滞后性，当放顶煤时，大部分顶板不会随放随跨，存在时间差，这就造成防煤期间，随着顶煤的垮落，顶煤中因煤体破碎而产生的瓦斯，不能及时抽走，会瞬间涌入工作面，造成工作面上隅角或回风巷瓦斯超限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种羽状多功能定向钻孔布置方法，能够在以孔代巷、抽放瓦斯的基础上，兼顾探查煤层赋存情况、水力压裂、水力割缝、增加瓦斯通透性的功能，实现一孔多用的目的。
本发明所采用的技术方案是：羽状多功能定向钻孔布置方法，包括以下步骤：
步骤1、工作面回采前在停采线附近施工钻场，将定向钻机及配套设备布置在钻场内；
步骤2、布置主钻孔层位于工作面裂隙带下部；
步骤3、施工主钻孔；
步骤4、将主钻孔钻头后退取出后，换小型号钻头施工分支钻孔；
步骤5、在分支钻孔内进行水力割缝及水力压裂；
步骤6、安装负压装置，接入到瓦斯抽放系统中，进行瓦斯抽放。
本发明的特点还在于，
步骤3中施工主钻孔采用Ф156mm钻头。
步骤4中施工分支钻孔采用Ф96mm钻头。
步骤4中施工分支钻孔时沿主钻孔向煤层方向，采用整体后退式每隔500m实施一个分支钻孔，分支钻孔见岩停钻。
步骤5具体为：分支钻孔施工完成后，在孔内开展后退式水力割缝，每30m割缝一刀，割缝时间不小于10min；割缝完成后，采用双封单卡分段压裂工艺，间距30m，保证节流器出水口位于水力割缝缝槽位置处。
本发明的有益效果是：
1、采用顶板定向长钻孔代替高位瓦斯巷，可以减少巷道掘进量，提高瓦斯抽放效率。
2、分支钻孔钻进过程中兼具探查煤层厚度及地质构造，可以减少甚至代替回采情况煤层探查孔，减少地质探查费用。
3、采用孔内水力割缝加水力压裂，在防治冲击地压的基础上，可以大幅度提升煤层通透性，增加瓦斯抽放量。
附图说明
图1是本发明的羽状多功能定向钻孔布置方法中分支钻孔施工完成后的示意图；
图2是本发明的羽状多功能定向钻孔布置方法中进行分支钻孔水力割缝的示意图；
图3是本发明的羽状多功能定向钻孔布置方法中进行分支钻孔水力压裂的示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种羽状多功能定向钻孔布置方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、工作面回采前在停采线附近施工钻场，将定向钻机及配套设备布置在钻场内。
步骤2、合理选择层位。采用顶板定向长钻孔抽放瓦斯原理为利用工作面回采时采动压力作用形成的顶板裂隙作为瓦斯抽采通道，在抽采负压的作用下，瓦斯从裂隙进入钻孔，实现瓦斯高效抽采。由于采空区内卸压瓦斯流动，瓦斯容易在采空区垮落带上方、裂隙带下方且靠近回风巷上隅角的位置形成瓦斯富集区，所以定向钻孔终孔位置落在瓦斯富集区附近的裂隙带下部。将主钻孔层位布置在工作面裂隙带下部，这样既能使钻孔沿着煤层顶板进行钻进，同时能够使瓦斯沿裂隙中流动从钻孔内抽出。
步骤3、施工主钻孔。在钻场内通过采用Ф156mm钻头配合随钻测量系统定向钻进，钻进至指定位置停钻。
步骤4、施工分支钻孔。将主钻孔钻头后退取出后，换Ф96mm钻头施工分支钻孔。从里往外，采用整体后退式每隔500m实施一个分支钻孔形成羽状结构，分支钻孔见岩停钻，分支钻孔施工期间兼具探查煤层赋存情况。
步骤5、如图2和图3所示，进行水力割缝及水力压裂。分支孔施工完成后，在孔内开展后退式水力割缝，每30m割缝一刀，割缝时间不小于10min。割缝完成后，采用“双封单卡分段压裂”工艺，间距30m，保证节流器出水口位于水力割缝缝槽位置处，形成“以割缝引导压裂，以压裂扩展割缝”的定向致裂效果，增大压裂范围。
步骤6、在主孔末端安装负压装置，接入到瓦斯抽放系统中，进行瓦斯抽放。
通过上述方式，本发明的羽状多功能定向钻孔布置方法通过定向钻机将主钻孔层位布置在工作面裂隙带下部，施工主钻孔完将主钻孔钻头后退取出后，换小型号钻孔施工分支钻孔。从里往外，采用整体后退式每隔500m实施一个分支钻孔，分支钻孔见岩停钻，分支钻孔施工期间兼具探查煤层赋存情况。分支孔施工完成后，在孔内开展后退式水力割缝，每30m割缝一刀，割缝时间不小于10min。割缝完成后，采用“双封单卡分段压裂”工艺，间距30m，每间隔一段同步压裂分支孔，保证节流器出水口位于水力割缝缝槽位置处，形成“以割缝引导压裂，以压裂扩展割缝”的定向致裂效果，增大压裂范围。最后在主钻孔末端安装负压装置，接入到瓦斯抽放系统化中，进行瓦斯抽放。本发明采用顶板定向长钻孔代替高位瓦斯巷，可以减少巷道掘进量，提高瓦斯抽放效率。分支钻孔采用孔内水力割缝加水力压裂，在防治冲击地压的基础上，可以大幅度提升煤层通透性，增加瓦斯抽放量，相关应用设备技术成熟，能较快实现工业开采应用。

Claims (5)

1.羽状多功能定向钻孔布置方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、工作面回采前在停采线附近施工钻场，将定向钻机及配套设备布置在钻场内；
步骤2、布置主钻孔层位于工作面裂隙带下部；
步骤3、施工主钻孔；
步骤4、将主钻孔钻头后退取出后，换小型号钻头施工分支钻孔；
步骤5、在分支钻孔内进行水力割缝及水力压裂；
步骤6、安装负压装置，接入到瓦斯抽放系统中，进行瓦斯抽放。
2.如权利要求1所述的羽状多功能定向钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤3中施工主钻孔采用Ф156mm钻头。
3.如权利要求1所述的羽状多功能定向钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤4中施工分支钻孔采用Ф96mm钻头。
4.如权利要求1所述的羽状多功能定向钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤4中施工分支钻孔时沿主钻孔向煤层方向，采用整体后退式每隔500m实施一个分支钻孔，分支钻孔见岩停钻。
5.如权利要求1所述的羽状多功能定向钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤5具体为：分支钻孔施工完成后，在孔内开展后退式水力割缝，每30m割缝一刀，割缝时间不小于10min；割缝完成后，采用双封单卡分段压裂工艺，间距30m，保证节流器出水口位于水力割缝缝槽位置处。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115163023A (zh) * 2022-08-03 2022-10-11 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种近距离煤层群瓦斯联合高效抽采方法
CN116480347A (zh) * 2023-06-26 2023-07-25 华能煤炭技术研究有限公司 煤矿顶板水力压裂方法

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CN115163023B (zh) * 2022-08-03 2023-11-07 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种近距离煤层群瓦斯联合高效抽采方法
CN116480347A (zh) * 2023-06-26 2023-07-25 华能煤炭技术研究有限公司 煤矿顶板水力压裂方法
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