專利名稱：煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯方法。
背景技術(shù)：
瓦斯預(yù)抽是解決煤巷掘進(jìn)和煤炭回采的主要措施。經(jīng)過多年的實踐，掘進(jìn)過程的 瓦斯預(yù)抽主要有兩種形式，一種是在掘進(jìn)過程中實行掛耳鉆場，利用超前打鉆，進(jìn)行邊掘邊 抽，缺點主要是抽采時間難以保證，抽采率低，生產(chǎn)過程中抽采與掘進(jìn)矛盾嚴(yán)重，影響煤巷 掘進(jìn)速度，經(jīng)常是忽略安全趕掘進(jìn)速度，造成安全事故。另一種是在煤層上方掘進(jìn)一條巖 巷，專門用來抽采瓦斯，稱為“瓦斯抽放巷”，存在問題是巖巷掘進(jìn)不但花費高，而且浪費大 量的時間，因為只有巖巷掘進(jìn)后才能打鉆抽采煤層瓦斯，況且?guī)r巷抽采瓦斯控制范圍有限， 工作面內(nèi)大部分煤層瓦斯并沒有被抽采，只有等到煤巷掘進(jìn)后才能打鉆抽采，因此抽采時 間難以保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯方法，可提前進(jìn)行地面鉆井抽采， 降低瓦斯含量，實現(xiàn)區(qū)域消突，為安全高效的進(jìn)行煤巷掘進(jìn)和煤炭回采創(chuàng)造條件，并且在采 煤階段真正實現(xiàn)一井多用。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦 斯方法，依次包括以下步驟(1)選擇瓦斯含量大于8 m3/t煤儲層；(2)根據(jù)即將準(zhǔn)備工 作面所掘進(jìn)的機(jī)巷與尾巷位置，作為復(fù)雜分支井的水平井段的位置，水平井段的長度等于 工作面走向長度；(3)根據(jù)巖層實際、煤層采高與開采方法，確定采煤產(chǎn)生的裂隙帶所在層 位；(4)在機(jī)巷與尾巷上方分別布置兩個水平井段，具體層位以裂隙帶中下部3-7 m的巖層 為水平段的施工層位；(5)根據(jù)水平井段著陸點確定井口和造斜點位置，實現(xiàn)大曲率半徑 增斜，造斜率選擇2飛。/30m ； (6)井身結(jié)構(gòu)采用三開結(jié)構(gòu)，水平井及分支井均采用裸眼結(jié) 構(gòu)；(7)在選定的巖層內(nèi)施工水平井段，其長度等于工作面走向長度；(8)在水平井段兩側(cè) 施工分支井，保證分支井均勻分布、全部鉆穿煤儲層且覆蓋整個工作面；(9)在水平井段上 施工下向分支井并鉆穿煤儲層；(10)安裝排采設(shè)備，進(jìn)行地面瓦斯抽采，如果抽采效果較 差，可以進(jìn)行小型水力壓裂解堵；(11)在采中和采后階段換負(fù)壓抽采，實現(xiàn)一井多用；(12) 效果檢驗，主要指標(biāo)包括與傳統(tǒng)瓦斯抽采相比，在時間上的提前量與相應(yīng)的瓦斯抽采量，能 否代替機(jī)巷和尾巷掘進(jìn)期間頂板巖巷治理瓦斯措施，采前、采中和采后瓦斯抽采量及變化。步驟(2)復(fù)雜分支井的水平井段布置在即將掘進(jìn)的機(jī)巷與尾巷正上方。所述的步驟(8)復(fù)雜的分支井上的每個分支均勻分布、全部鉆穿煤儲層且覆蓋整 個工作面。針對傳統(tǒng)的瓦斯治理不利局面，提出了煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯技術(shù)，可以 在即將規(guī)劃工作面的煤層頂板施工復(fù)雜分支井，然后通過地面瓦斯抽采，使得即將掘進(jìn)的 煤巷及回采工作面范圍內(nèi)的煤層瓦斯抽采時間大大提前，通過地面長時間的抽采，即可消
3除煤巷掘進(jìn)過程的瓦斯災(zāi)害，同時通過對工作面范圍的煤層瓦斯長期預(yù)抽，也可大大降低 煤層瓦斯含量，節(jié)省了煤巷掘進(jìn)后瓦斯抽采時間，最終使煤炭回采時間提前。還可以利用后 期煤炭開采產(chǎn)生的裂隙系統(tǒng)，實現(xiàn)采前、采中和采后一井多用的目標(biāo)。煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯技術(shù)是地面水平分支井技術(shù)的深化，操作性和針對 性更強(qiáng)，對解決高瓦斯煤礦開采具有更直接的意義，發(fā)展前景廣闊，同時該項技術(shù)還可繼續(xù) 發(fā)展，分支井控制面積將更大，分支方向更具針對性，抽采效率更高，將成為煤巷掘進(jìn)和區(qū) 域消突的重要途徑。本發(fā)明提供一種高瓦斯煤儲層的煤巷掘進(jìn)和工作面回采過程中的瓦斯治理技術(shù)， 代替瓦斯抽放專用巷，提前進(jìn)行地面鉆井抽采，降低瓦斯含量，實現(xiàn)區(qū)域消突，為安全高效 的進(jìn)行煤巷掘進(jìn)和煤炭回采創(chuàng)造條件。在采煤階段，利用水平井布置在裂隙帶的優(yōu)勢、在負(fù) 壓作用下大量抽采卸壓瓦斯，同時在采后還可在采空區(qū)繼續(xù)抽采瓦斯，為煤礦瓦斯治理服 務(wù)，真正實現(xiàn)一井多用。本發(fā)明針對高瓦斯煤儲層的瓦斯治理問題，目前機(jī)巷和尾巷掘進(jìn)前通常采用頂板 巖巷進(jìn)行瓦斯預(yù)抽采，抽采只有等巖巷掘進(jìn)完成后才能進(jìn)行，存在主要問題有瓦斯抽采時 間短，抽采代價高、抽采范圍僅限機(jī)巷和尾巷附近等。煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯技術(shù)， 避免了機(jī)巷和尾巷掘進(jìn)之前施工頂板巖巷的巨大工程投入，使得瓦斯抽采時間大大提前， 同時利用復(fù)雜分支井實現(xiàn)煤層與井筒溝通，也可以提前抽采工作面范圍的煤層瓦斯，降低 后期瓦斯治理的壓力，并且在煤炭開采期和采后也可以利用裂隙帶發(fā)育的裂隙繼續(xù)負(fù)壓抽 采，實現(xiàn)一井多用，達(dá)到高瓦斯煤儲層從采前(煤巷掘進(jìn)之前)到采中、采后瓦斯治理的有效 治理、對實現(xiàn)區(qū)域消突，降低煤礦瓦斯治理成本有重要意義。


圖1為煤層頂板復(fù)雜分支井的井身結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式實施例如圖1所示，確定工作面將要掘進(jìn)的尾巷1和機(jī)巷3位置，通過采煤厚度、 采空區(qū)管理、頂?shù)装鍘r性，計算裂隙帶層位，選擇尾巷1和機(jī)巷3的正上方裂隙帶層位作為 水平井主眼2的層位，通過地面施工垂直井段、造斜段4和水平井段2，然后在水平井主眼 2上施工側(cè)向分支井5和方向向下分支井5，并保證全部鉆穿煤層，并且側(cè)向分支井5覆蓋 整個工作面，通過地面抽采降低尾巷1、機(jī)巷3和工作面范圍的瓦斯含量，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的掘進(jìn) 尾巷1和機(jī)巷3采用的瓦斯抽放專用巖巷，并且將煤層瓦斯抽采時間大大提前。在采煤階 段，通過裂隙帶與頂板復(fù)雜分支井形成的網(wǎng)絡(luò)，在地面繼續(xù)負(fù)壓抽采瓦斯，達(dá)到一井多用的 目的。圖1中，A為地面，L為水平主井眼長度等于工作面走向長度。煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯技術(shù)依次包括以下步驟(1)選擇瓦斯含量大于8 m3/t煤儲層；(2)根據(jù)即將準(zhǔn)備工作面所掘進(jìn)的機(jī)巷與尾巷位置，作為復(fù)雜分支井的水平 井段的位置，水平井段的長度等于工作面走向長度(以傾斜長壁采煤法為例)，見圖1 ;(3) 根據(jù)巖層實際、煤層采高與開采方法，確定采煤產(chǎn)生的裂隙帶所在層位；(4)把兩個水平井 段分別布置在機(jī)巷與尾巷上方，具體層位以裂隙帶中下部3-7 m的巖層為水平段的施工層 位；(5)根據(jù)水平井段著陸點確定井口和造斜點位置，實現(xiàn)大曲率半徑增斜，造斜率選擇2飛。/30 m; (6)井身結(jié)構(gòu)采用三開結(jié)構(gòu)，水平井及分支井均采用裸眼結(jié)構(gòu)；三開結(jié)構(gòu)是鉆 井工程的一個常見名詞，就是鉆頭從大到小換三次，鉆出的井眼相應(yīng)的就是三開結(jié)構(gòu)。裸眼 就是地層直接裸露；(7)在選定的巖層內(nèi)施工水平井段，其長度等于工作面走向長度；(8) 在水平井段兩側(cè)施工分支井，保證分支井均勻分布、全部鉆穿煤儲層且覆蓋整個工作面(臨 近工作面也一并考慮)；(9)在水平井段上施工下向分支井并鉆穿煤儲層；(10)安裝排采設(shè) 備，進(jìn)行地面瓦斯抽采，如果抽采效果較差，可以進(jìn)行小型水力壓裂解堵；(11)在采中和采 后階段換負(fù)壓抽采，實現(xiàn)一井多用；(12)效果檢驗，主要指標(biāo)包括與傳統(tǒng)瓦斯抽采相比，在 時間上的提前量與相應(yīng)的瓦斯抽采量，能否代替機(jī)巷和尾巷掘進(jìn)期間頂板巖巷治理瓦斯措 施，采前、采中和采后瓦斯抽采量及變化。步驟(2)復(fù)雜分支井的水平井段布置在即將掘進(jìn)的機(jī)巷與尾巷正上方。步驟(8)復(fù)雜的分支井上的每個分支均勻分布、全部鉆穿煤儲層且覆蓋整個工作針對高瓦斯煤儲層，在即將掘進(jìn)的機(jī)巷和尾巷上方巖層內(nèi)施工復(fù)雜分支井，一方 面代替機(jī)巷和尾巷上方抽采瓦斯專用的巖巷，并能將抽采時間大大提前，通過瓦斯預(yù)抽，解 決煤巷掘進(jìn)過程的瓦斯災(zāi)害；另一方面，復(fù)雜分支井還可以對這個工作面范圍的所有煤層 瓦斯進(jìn)行采前預(yù)抽，降低后期煤炭開發(fā)過程中的瓦斯治理成本，同時在采中和采后兩個階 段通過采動裂隙進(jìn)行負(fù)壓抽采，達(dá)到一井多用的目標(biāo)。本發(fā)明針對高瓦斯煤儲層，通過煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯技術(shù)，解決煤巷掘 進(jìn)和回采過程的瓦斯問題，并利用采動影響，在采中和采后階段實現(xiàn)一井多用，此項技術(shù)不 但節(jié)省成本并使瓦斯抽采時間大大提前，有助于實現(xiàn)區(qū)域消突。
權(quán)利要求
1.煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯方法，其特征在于依次包括以下步驟(1)選擇瓦斯 含量大于8 m3/t煤儲層；(2)根據(jù)即將準(zhǔn)備工作面所掘進(jìn)的機(jī)巷與尾巷位置，作為復(fù)雜分支 井的水平井段的位置，水平井段的長度等于工作面走向長度；(3)根據(jù)巖層實際、煤層采高 與開采方法，確定采煤產(chǎn)生的裂隙帶所在層位；(4)在機(jī)巷與尾巷上方分別布置兩個水平 井段，具體層位以裂隙帶中下部3-7 m的巖層為水平段的施工層位；(5)根據(jù)水平井段著陸 點確定井口和造斜點位置，實現(xiàn)大曲率半徑增斜，造斜率選擇2飛。/30m; (6)井身結(jié)構(gòu)采 用三開結(jié)構(gòu)，水平井及分支井均采用裸眼結(jié)構(gòu)；(7)在選定的巖層內(nèi)施工水平井段，其長度 等于工作面走向長度；(8)在水平井段兩側(cè)施工分支井，保證分支井均勻分布、全部鉆穿煤 儲層且覆蓋整個工作面；(9)在水平井段上施工下向分支井并鉆穿煤儲層；(10)安裝排采 設(shè)備，進(jìn)行地面瓦斯抽采，如果抽采效果較差，可以進(jìn)行小型水力壓裂解堵；(11)在采中和 采后階段換負(fù)壓抽采，實現(xiàn)一井多用；(12)效果檢驗，主要指標(biāo)包括與傳統(tǒng)瓦斯抽采相比， 在時間上的提前量與相應(yīng)的瓦斯抽采量，能否代替機(jī)巷和尾巷掘進(jìn)期間頂板巖巷治理瓦斯 措施，采前、采中和采后瓦斯抽采量及變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯方法，其特征在于所述的步 驟(2)復(fù)雜分支井的水平井段布置在即將掘進(jìn)的機(jī)巷與尾巷正上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一條所述的煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯方法，其特征在于 所述的步驟(8)復(fù)雜的分支井上的每個分支均勻分布、全部鉆穿煤儲層且覆蓋整個工作面。
全文摘要
煤層頂板復(fù)雜分支井抽采瓦斯方法，選擇瓦斯含量大于8m3/t煤儲層；根據(jù)即將準(zhǔn)備工作面所掘進(jìn)的機(jī)巷與尾巷位置，作為復(fù)雜分支井的水平井段的位置；確定采煤產(chǎn)生的裂隙帶所在層位；把水平井段分別布置在機(jī)巷與尾巷上方；確定井口和造斜點位置，實現(xiàn)大曲率半徑增斜；井身結(jié)構(gòu)采用三開結(jié)構(gòu)，水平井及分支井均采用裸眼結(jié)構(gòu)；在選定的巖層內(nèi)施工水平井段；在水平井段兩側(cè)施工分支井；在水平井段上施工下向分支井并鉆穿煤儲層；安裝排采設(shè)備進(jìn)行瓦斯抽采；在采中和采后階段換負(fù)壓抽采，實現(xiàn)一井多用；效果檢驗。本發(fā)明可降低瓦斯含量，為安全高效的進(jìn)行煤巷掘進(jìn)和煤炭回采創(chuàng)造條件，并在采煤階段真正實現(xiàn)一井多用。
文檔編號E21B43/00GK102080518SQ20111000883
公開日2011年6月1日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者孫平, 李伍成, 王一兵, 蘇現(xiàn)波, 辛新平, 郭紅玉, 陶云奇, 馬耕, 鮮保安 申請人:河南理工大學(xué)