基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及煤礦瓦斯防治領(lǐng)域，特別涉及一種基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
瓦斯是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一，在我國的煤炭事故中70%以上是瓦斯事故。目前，我國礦井開采呈現(xiàn)出開采深度逐漸增大的趨勢，地質(zhì)條件日益復(fù)雜，逐步出現(xiàn)煤層透氣性低、瓦斯壓力高、瓦斯含量大、預(yù)抽煤層瓦斯困難等難題，同時(shí)大部分開采煤層屬近距離煤層群賦存，受采動影響，鄰近層和圍巖解析瓦斯會大量涌入采空區(qū)，導(dǎo)致井下瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，使得煤礦瓦斯治理難度增大，現(xiàn)有技術(shù)面臨挑戰(zhàn)。
[0003]目前，煤礦一般采用頂板高抽巷、高位鉆孔等方法治理采空區(qū)瓦斯，從而降低回采工作面的瓦斯?jié)舛?。采空區(qū)瓦斯抽采較有效的方法是頂板高抽巷，也就是在煤層回采后的裂隙帶下部布置一條頂板巖(煤)巷，當(dāng)煤層回采時(shí)工作面開采過高抽巷后，頂板跨落，頂板巖層及煤層卸壓，冒落帶全部冒落，裂隙帶形成后，該頂板巷道與采空區(qū)連通，原始煤層中的瓦斯壓力平衡遭到破壞，圍巖、煤層、采空區(qū)遺煤解吸的瓦斯在抽放負(fù)壓作用下向高抽巷流動，通過高抽巷將采空區(qū)內(nèi)瓦斯抽出，同時(shí)在地面采用每隔200米間距實(shí)施地面直井抽采采空區(qū)瓦斯，達(dá)到綜合治理采空區(qū)瓦斯的目的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:隨著回采強(qiáng)度的加大，裂隙形成越好，抽放效果越明顯，同時(shí)在回采結(jié)束后的一定時(shí)間內(nèi)有穩(wěn)定的抽出瓦斯?jié)舛?，可以降低下一煤層或同煤層工作面回采期間瓦斯管理的壓力，便于日常管理、觀測，易于控制瓦斯抽出量。存在的主要問題有:1)頂板高抽巷的作用是在回采過程中，無法達(dá)到開采前對煤層瓦斯進(jìn)行提前預(yù)抽的效果；2)高抽巷巷道施工工程量大，巖巷掘進(jìn)速度慢，工期長，成本十分昂貴；3)在回采初期，由于頂板裂隙形成不充分，初期抽放瓦斯效果不好，很多時(shí)候需要有其他方法輔助；4)回采期間頂板高抽巷易造成采空區(qū)漏風(fēng)，引起煤炭自燃；5)地面抽采直井無法滿足嚴(yán)格的200米間距。由上所述，現(xiàn)有技術(shù)采用的頂板高抽巷方法主要適用于回采過程中，同時(shí)當(dāng)煤層地質(zhì)條件復(fù)雜、裂隙帶發(fā)育不好時(shí)抽采范圍大幅度縮小，抽采效果差，需與其他礦井瓦斯治理方法(地面抽采直井)結(jié)合，這樣既增加了瓦斯治理成本，也使得工程量增大，施工難、時(shí)間長，同時(shí)影響后期采煤，更不利于礦井安全生產(chǎn)。因此，迫切需要一種新技術(shù)手段，解決以上問題，提升單井的抽采范圍，同時(shí)不受限于回采巷道的形成，實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯提前預(yù)抽和采空區(qū)瓦斯的高效抽采，有效提升抽采效果，降低施工難度及成本，經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性顯著。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理方法，采用地面多分支水平井代替頂板瓦斯抽采巷和地面抽采直井來抽采采空區(qū)瓦斯，從而達(dá)到治理采空區(qū)瓦斯的目的。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理方法，包括如下步驟:首先，在地面開辟一個(gè)鉆場；其次，在地面鉆場沿著工作面巷道的掘進(jìn)方向在開采煤層頂板裂隙帶施工水平井主支井；然后，從水平井主支井內(nèi)每隔一段距離向開采煤層施工向下側(cè)分支井；最后，在地面鉆場的井口處安裝抽采裝置，接入地面泵站進(jìn)行負(fù)壓抽采，并進(jìn)行動態(tài)觀測，即完成水平井對煤礦采空區(qū)瓦斯的治理。進(jìn)一步地，成井后在水平井主支井內(nèi)下入玻璃鋼篩管，側(cè)分支井采用裸眼終孔。
[0006]進(jìn)一步地，在開采煤層頂板裂隙帶中施工水平井主支井一般距離開采煤層頂板
20—40π?ο
[0007]進(jìn)一步地，從水平井主支井內(nèi)每隔100m，向開采煤層施工向下側(cè)分支井，終孔于煤層頂板以下5m。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:該方法通過采用地面水平井代替頂板瓦斯抽采巷，用向下側(cè)分支井代替地面抽采直井抽采采空區(qū)瓦斯，增加了瓦斯運(yùn)移通道和流量供給范圍，有效提升了單井的抽采范圍和效果；通過使用定向繞障，對常規(guī)鉆井無法治理的區(qū)域進(jìn)行瓦斯抽采，借助地面多分支水平井，實(shí)現(xiàn)水平段全井眼在裂隙帶中分布，同時(shí)水平井主支井內(nèi)下入玻璃鋼篩管，延長了鉆井的使用壽命，而側(cè)分支井采用裸眼完井，不影響后續(xù)采煤工作；同時(shí)，該方法因不受限于回采巷道的形成，可在準(zhǔn)備工作面掘進(jìn)和回采前I年或更早時(shí)間實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯預(yù)抽，較好的解決了傳統(tǒng)高抽巷抽放瓦斯技術(shù)存在的施工工程量大，工期較長，費(fèi)用昂貴及不能進(jìn)行提前預(yù)抽的局限性。
[0009]【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明實(shí)施例中基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理平面示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例中基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理剖面示意圖；
圖中:1_地面鉆場，2-開采煤層，3-水平井主支井，4-向下側(cè)分支井。
[0010]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0011]如圖1、圖2所示，基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理方法，包括如下步驟:首先，在地面開辟一個(gè)鉆場；其次，在地面鉆場I沿著工作面巷道的掘進(jìn)方向在開采煤層2 —般距離煤層頂板20-40m的頂板裂隙帶中施工水平井主支井3 ;從水平井主支井3內(nèi)每隔10m向開采煤層2施工向下側(cè)分支井4，終孔于煤層頂板以下5m ;成井后在水平井主支井3內(nèi)下入玻璃鋼篩管，向下側(cè)分支井4采用裸眼終孔；在地面鉆場I的井口處安裝抽采裝置，接入地面泵站進(jìn)行負(fù)壓抽采，并進(jìn)行動態(tài)觀測，即完成水平井對煤礦采空區(qū)瓦斯的治理。
[0012]采用該方法治理采空區(qū)瓦斯的過程中，回采前，向下側(cè)分支井4可提前對煤層瓦斯進(jìn)行卸壓預(yù)抽采；回采后，向下側(cè)分支井4雖被破壞，形成大面積的裂隙通道，但水平井主支井3因位于頂板裂隙帶，且下入了玻璃鋼篩管，始終保持有瓦斯抽采的通道(井眼變形后仍然存在間隙)，隨著采線的不斷推進(jìn)，向下側(cè)分支井4依次破壞，但水平井主支井3抽采通道始終保持暢通，最終實(shí)現(xiàn)水平井對工作面及上隅角瓦斯的抽采，由此可知，該方法能夠解決以下實(shí)際問題:1)大井眼、長距離鉆孔，增加了瓦斯運(yùn)移的通道和供給范圍，有效提升了單井的抽采范圍和效果；2)裂隙帶內(nèi)的水平井主支側(cè)分支可代替頂板瓦斯抽放巷道和地面抽采直井，節(jié)省了大量的工作量，同時(shí)贏得了充足的時(shí)間；3)長距離水平井成孔后下入高強(qiáng)度玻璃鋼篩管，延長了鉆孔的有效使用壽命，不影響采煤作業(yè)；4)側(cè)分支及主井眼與裂隙帶裂隙的網(wǎng)狀相連通，解決了常規(guī)抽采直井采后堵塞的難題，同時(shí)可提高單井抽采流量；5)因不受限于回采巷道的形成，可在準(zhǔn)備工作面掘進(jìn)和回采前I年或更早時(shí)間實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯預(yù)抽；6)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，水平井的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于頂板高抽巷及多個(gè)地面抽采直井的工程費(fèi)用；7)當(dāng)工作面回采結(jié)束后，該井可作為采空區(qū)瓦斯抽采鉆孔或采空區(qū)滅火等鉆孔使用，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)抽、采中抽采、采后抽采以及滅火等綜合作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理方法，其特征在于:包括如下步驟:首先，在地面開辟一個(gè)鉆場；其次，在地面鉆場沿著工作面巷道的掘進(jìn)方向在開采煤層頂板裂隙帶施工水平井主支井；然后，從水平井主支井內(nèi)每隔一段距離向開采煤層施工向下側(cè)分支井；最后，在地面鉆場的井口處安裝抽采裝置，接入地面泵站進(jìn)行負(fù)壓抽采，并進(jìn)行動態(tài)觀測，即完成水平井對煤礦采空區(qū)瓦斯的治理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理方法，其特征在于:所述水平井成井后在水平井主支井內(nèi)下入玻璃鋼篩管，側(cè)分支井采用裸眼終孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理方法，其特征在于:所述在開采煤層頂板裂隙帶中施工水平井主支井，一般距離開采煤層頂板20-40m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理方法，其特征在于:所述從水平井主支井內(nèi)每隔100m，向開采煤層施工向下側(cè)分支井，終孔于煤層頂板以下5m ο
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于地面水平井的煤礦采空區(qū)瓦斯治理方法，包括如下步驟：首先，在地面開辟一個(gè)鉆場；其次，在地面鉆場沿著工作面巷道的掘進(jìn)方向在開采煤層頂板裂隙帶施工水平井主支井；然后，從水平井主支井內(nèi)每隔一段距離向開采煤層施工向下側(cè)分支井；最后，在地面鉆場的井口處安裝抽采裝置，接入地面泵站進(jìn)行負(fù)壓抽采，并進(jìn)行動態(tài)觀測，即完成水平井對煤礦采空區(qū)瓦斯的治理。該方法采用地面多分支水平井代替頂板瓦斯抽采巷和地面抽采直井來抽采采空區(qū)瓦斯，提升了單井的抽采范圍，同時(shí)不受限于回采巷道的形成，實(shí)現(xiàn)了煤層瓦斯提前預(yù)抽和采空區(qū)瓦斯的高效抽采，有效提升了抽采效果，降低了施工難度及成本，經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性顯著。
【IPC分類】E21B7-04, E21F7-00
【公開號】CN104806285
【申請?zhí)枴緾N201510130452
【發(fā)明人】喬煒, 牛國斌, 張志峰, 張超, 李蓓
【申請人】寧夏煤炭勘察工程公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月25日