基於U型井與定向鑽孔協同遞進抽採煤層瓦斯的方法與流程
2023-12-10 12:26:02 2
本發明屬於礦井的安全裝置技術領域，具體涉及一種基於u型井與定向鑽孔協同遞進抽採煤層瓦斯的方法。
背景技術：
隨著當前我國國民經濟的飛速發展，對能源的需求也與日俱增。而我國是一個貧油、少氣、富煤的國家，因此煤炭長期佔據著我國一次消費能源的主要地位。當前我國煤礦開採的深度逐步增加，煤與瓦斯動力災害的程度呈現出不斷攀升的態勢。我國煤炭行業普遍採用開採保護層或大面積抽採的方法實施礦井瓦斯災害的治理，隨著鑽井技術的不斷發展，已有許多礦區將地面鑽井技術應用於煤礦瓦斯災害治理，即：通過施工地面鑽井對井下高瓦斯或突出危險性煤層進行抽採。特別是，近年來u型鑽井取得重大突破，我國的晉城礦區已率先於全國採用該技術對氣產量降低的老井進行增產，並取得了較好的應用效果。大多數u型鑽井在對穿後，需對水平段進行分區壓裂，以此來提高地面鑽井抽採瓦斯的效果，由於壓裂工藝自身存在壓壞煤層頂、底板的威脅，故在回採工作面推進至該壓裂區域時，將極有可能導致回採期間頂板管理難的問題，並且壓裂施工成本高，且目前的壓裂液大多將對井下水造成汙染。因此，亟需一種適宜於u型井施工，且能大面積、高效率抽採高瓦斯或突出危險性煤層瓦斯的方法。
技術實現要素：
針對現有技術的上述不足，本發明要解決的技術問題是提供一種基於u型井與定向鑽孔協同遞進抽採煤層瓦斯的方法，以避免抽採瓦斯施工工程量大，成本高，需壓裂施工等問題，達到施工工程量小、穩定性高、瓦斯抽採量大、抽採濃度高的效果。
為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：
一種基於u型井與定向鑽孔協同遞進抽採煤層瓦斯的方法，包括如下步驟：
1)、規劃採區範圍，規劃回採工作面、停採線、運輸順槽、迴風順槽、切眼的位置；
2)、在所述回採工作面的中部、所述運輸順槽和迴風順槽之間並靠近所述迴風順槽的位置向下鑽進至煤層，形成一號地面鑽井，通過一號地面鑽井對煤層瓦斯實施大面積區域預抽；
3)、待一號地面鑽井瓦斯氣體產量進入衰減期後，於所述停採線附近、靠近所述迴風順槽的位置向下鑽進二號地面鑽井；當二號地面鑽井鑽進至煤層後，向所述一號地面鑽井方向進行水平鑽進以形成水平井，所述水平井鑽進至與所述一號地面鑽井連通；所述二號地面鑽井、水平井、一號地面鑽井形成u型井；
4)、所述二號地面鑽井通過所述水平井與所述一號地面鑽井連通後，繼續向所述切眼方向進行水平鑽進，使水平井延伸至所述切眼附近但不連通切眼；
5)、將篩管由所述二號地面鑽井下放至所述u型井的整個水平段，通過所述二號地面鑽井與一號地面鑽井聯合進行煤層瓦斯抽採；
6)、待煤層瓦斯含量降低為掘進允許安全標準含量後，同步實施運輸順槽及迴風順槽的掘進作業；掘進運輸順槽的過程中，從所述停採線開始，每掘進一定距離在所述運輸順槽與迴風順槽之間鑽進一個長距離定向鑽孔，所述長距離定向鑽孔與工作面傾向平行，並與所述水平井呈立體交叉設置；
7)、每一個長距離定向鑽孔完成後，將帶有篩孔的pe管放入至鑽孔內，然後用封孔材料將鑽孔封堵起來；煤層瓦斯進入帶有篩孔的pe管，經所述長距離定向鑽孔與所述水平井形成的破裂區進入水平井及地面鑽井，抽採至地面；
8)、掘進運輸順槽及迴風順槽直至所述切眼位置，布置切眼，準備工作面回採；
9)、工作面回採過程中，隨著工作面的不斷推進，所述水平井從煤層中暴露出來時，採用聚氨酯材料對工作面前方採動影響區範圍的水平井進行封堵。
進一步，所述步驟7)中帶有篩孔的pe管其尾部設有對鑽孔進行密封的擋板。
本發明的有益效果在於：該方法可對高瓦斯或具有煤與瓦斯突出危險的煤層進行瓦斯抽採；該方法具有地面鑽井抽採煤層瓦斯所具備的抽採量大、抽採濃度高、抽採效果好的優點，又具有穩定性好、施工簡單和工程量小等優點；特別是，井下長距離定向鑽孔完畢後，隨即放入帶有篩孔的pe管與水平井形成立體交叉的格局，完全可替代井下瓦斯抽採，不僅減少了工作面瓦斯抽採管道的投入，同時也降低了煤礦瓦斯抽採泵站的規模；長距離定向鑽孔中帶有篩孔的pe管與水平井形成的立體交叉格局，位於煤層中，無需壓裂施工工藝，減少了壓裂站及壓裂液的投入，避免了壓裂液的汙染，具有極高的技術與經濟性。
附圖說明
為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明：
圖1-本發明實施例煤層瓦斯抽採結構布局圖；
圖2-本發明實施例u型井及定向鑽孔結構示意圖；
其中：1-一號地面鑽井；2-二號地面鑽井；3-迴風順槽；4-切眼；5-運輸順槽；6-定向鑽孔；7-回採工作面；8-水平井；9-停採線。
具體實施方式
下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
一種基於u型井與定向鑽孔協同遞進抽採煤層瓦斯的方法，包括如下步驟：
1)、規劃採區範圍，規劃回採工作面7、停採線9、運輸順槽5、迴風順槽3、切眼4的位置；
2)、在所述回採工作面7的中部、所述運輸順槽5和迴風順槽3之間、靠近所述迴風順槽3的位置豎直向下鑽進至煤層，形成一號地面鑽井1，通過一號地面鑽井1對煤層瓦斯實施大面積區域預抽；
3)、待一號地面鑽井1瓦斯氣體產量進入衰減期後，於所述停採線9附近、靠近所述迴風順槽3的位置豎直向下鑽進至煤層，形成二號地面鑽井2；從二號地面鑽井2的底部向所述一號地面鑽井1方向進行水平鑽進以形成水平井8，所述水平井8鑽進至與所述一號地面鑽井1的底部連通；所述二號地面鑽井2、水平井8、一號地面鑽井1形成u型井；
4)、所述二號地面鑽井2底部通過所述水平井8與所述一號地面鑽井1底部連通後，繼續向所述切眼4方向進行水平鑽進，使水平井8延伸至所述切眼4附近但不連通切眼4；
5)、將篩管由所述二號地面鑽井2下放至所述u型井的整個水平段，通過所述二號地面鑽井2與一號地面鑽井1聯合進行煤層瓦斯抽採；
6)、待煤層瓦斯含量降低為掘進允許安全標準含量後，開始實施運輸順槽及迴風順槽的掘進作業，掘進運輸順槽的過程中，從所述停採線9開始，每掘進一定距離就在所述運輸順槽5與迴風順槽3之間鑽進一個長距離定向鑽孔6，所述長距離定向鑽孔6與工作面傾向平行，與所述水平井8呈立體交叉設置；
7)、每一個長距離定向鑽孔6完成後，即將帶有篩孔的pe管放入至孔內，然後用封孔材料將孔封堵起來；所述帶有篩孔的pe管，在其尾部增加擋板，對其進行密封；煤層瓦斯進入帶有篩孔的pe管，經所述長距離定向鑽孔6與所述水平井8形成的破裂區進入水平井8及地面鑽井，抽採至地面；
8)、掘進運輸順槽及迴風順槽直至所述切眼4位置，布置切眼4，準備工作面回採；
9)、工作面回採過程中，隨著工作面的不斷推進，所述水平井8會從煤層中暴露出來，造成水平井8與井下大氣貫通，影響瓦斯抽採效果；此時採用聚氨酯材料對工作面前方採動影響區範圍的水平井8進行封堵，可防止因工作面的推進造成水平井8與井下大氣貫通；然後利用工作面回採引起的礦壓規律，採煤與瓦斯抽採同時進行，邊採邊抽。
本方法的井下長距離定向鑽孔6中帶有篩孔的pe管與水平井8形成立體交叉的格局，完全可替代井下瓦斯抽採，不僅減少了工作面瓦斯抽採管道的投入，同時也降低了煤礦瓦斯抽採泵站的規模；長距離定向鑽孔6中帶有篩孔的pe管與水平井8形成的立體交叉格局，位於煤層中，無需壓裂施工工藝，減少了壓裂站及壓裂液的投入，避免了壓裂液的汙染，具有極高的技術與經濟性。
最後需要說明的是，本發明的上述實施例僅僅是為說明本發明所作的舉例，但是本發明不限於上述的具體實施例，上述的具體實施例僅是示意性的，而不是限制性的。儘管申請人參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動，這裡無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬於本發明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。