专利名称：区域井下高压水力掏穴卸压开采煤层气方法
技术领域：
本发明涉及区域井下高压水力掏穴卸压开采煤层气方法，尤其适用于高煤层气低 透气性区域煤层的煤层气开采方法。
背景技术：
煤层中含有大量的煤层气，又称为瓦斯，它不仅是宝贵的资源，也是煤矿地下开采 中煤与瓦斯突出潜能的重要组成部分，其主要成分是甲烷。我国95%以上的煤矿都是井工 开采，其中很大一部分矿井开采深度大，煤层气含量高，煤层气压力大，煤层透气性低，在采 掘过程中煤层气放散量大，放散速度快。随着矿井煤层开采向深部延伸，矿井煤层的突出危 险性进一步增强，一些浅部为非突出的煤层进入深部后逐渐转变为突出煤层，再加上开采 煤层地质条件复杂，在一定条件下将产生煤与瓦斯突出动力现象，容易造成特大瓦斯事故 的发生。然而，煤层气又是一种优质、洁净的燃料，如果得到合理的开发、回收和利用，不仅 可以减少煤矿事故的发生，保障煤矿的正常生产，还可以解决我国能源紧缺的问题。我国的 煤层气资源量约36万亿立方米，这一数值与天然气资源量相当。我国已成功地实现开采层抽采煤层气、邻近层抽采煤层气、采空区抽采煤层气、围 岩抽采煤层气等技术，并在全国大、中、小型煤矿区域防突中得到了广泛的应用，在煤层气 抽采、防治瓦斯爆炸和减少煤与瓦斯突出方面取得了一些成效。由于我国煤层赋存地质条 件复杂，瓦斯含量高，煤层的渗透率低，所以在煤层气抽采方面出现较大的困难，虽然目前 在高瓦斯低渗透性煤层也采用了一些提高煤层开采效率的方法，但各有其特定适应条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高瓦斯低透性煤层的区域井下高压水力掏穴卸 压开采煤层气方法。本发明的目的可通过下述技术措施(步骤)来实现(1)首先在采煤或掘进工作面前方防突区域煤层的底板岩巷内，沿巷道掘进方向 设置多个钻场，并在每个钻场布置一个或多个钻孔孔位，孔位之间保持适当距离；(2)然后，采用与煤层硬度相匹配的钻孔设备对钻孔孔位进行小孔径普通钻孔作 业；(3)钻孔进入煤层设计深度后，退钻，配置高压射流掏穴设备，将射流器、过滤装置 及连接的钻杆送入钻孔内，钻杆的尾部连接的高压水尾通过高压管与高压水泵相连；(4)启动高压水泵，射流器对煤层内钻孔的孔壁进行旋转冲击，钻杆沿钻孔轴向方 向运动形成对钻孔的径向连续冲击掏穴，形成卸压空间，并收集喷出水流所带出的煤水混 合物；掏穴一定深度后，通过改变钻杆的数量，以调整射流器的位置继续掏穴，直到掏穴的 宽度与深度达到设计要求；(5)前述(1) (4)步骤结束后，逐一对每个钻场所布置的钻孔4的孔位重复以上 步骤(2) ⑷。
(6)换下高压射流掏穴设备后，在每个钻孔内置入胶管，并采用密封装置对钻孔和 胶管之间的间隙进行密封，胶管通过阀门与钻场的汇流管相连，汇流管与煤层气抽放管相 连通；(7)按照常规方法对掏穴后的煤层实施煤层气抽采作业，并通过煤层气抽放管排
出ο掏穴作业过程中产生的煤水混合物，首先进入到沉淀池中，沉降一些大的煤粒，然 后进入旋流器中，根据煤与水所受离心力的不同，实现煤与水的分离，上清液直接循环供掏 穴作业继续使用，煤泥烘干后进行回收利用。应当说明的是，所述钻场的间距应根据煤层透气性及煤层气含量的大小来决定， 以最大限度的提高钻孔覆盖范围和抽放区域为住；所述钻孔的数量应根据煤层实际条件煤 层气储量要求的抽放率和钻孔有效抽放时间来决定。本发明的有益效果如下本发明提供的区域井下高压水力掏穴卸压开采煤层气方法，通过从低板岩巷内设 置的钻场向防突区域的煤层施工钻孔，利用可喷出高压水射流、又能自行旋转的射流器对 钻孔进行近圆柱体旋转冲击，从而使小直径钻孔在煤层段形成更大腔体，形成卸压空间，增 加了钻孔周围煤体的暴露面积，增大了钻孔的卸压范围和影响半径，从而大大提高煤层气 的渗透率。同时，由于高压水的影响，抽放钻孔附近煤层有增加透气性、增强煤体硬度及解 除应力卸压的效果。本发明相对减少了巷道维修工程量，缩短了煤层气开采时间，可大幅度 提高煤层气的抽采效率。
图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明的管路结构示意图；图3为本发明的煤水混合物处理流程图；图中标记为1 煤层；2 底板岩巷；3 钻场；4 钻孔；5 胶管；6 汇流管；7 煤层 气抽放管；8 煤水混合物；9 沉淀池；10 旋流器；11 上清液；12 煤泥；虚线箭头为煤层 气抽采方向。
具体实施例方式本发明以下将结合一个实施例(附图)作进一步描述如图1、图2、图3所示，本发明的区域井下高压水力掏穴卸压开采煤层气方法，具 体实施步骤如下(1)首先在采煤或掘进工作面前方防突区域煤层1的底板岩巷2内，沿巷道掘进方 向设置多个钻场3，并在每个钻场3布置一个或多个钻孔孔位，孔位之间保持适当距离；(2)然后，采用与煤层1硬度相匹配的钻孔设备对钻孔孔位进行小孔径普通钻孔 作业；(3)钻孔4进入煤层设计深度后，退钻，配置高压射流掏穴设备，将射流器、过滤装 置及连接的钻杆送入钻孔4内，钻杆的尾部连接的高压水尾通过高压管与高压水泵相连；(4)启动高压水泵，射流器对煤层内钻孔4的孔壁进行旋转冲击，钻杆沿钻孔轴向
4方向运动形成对钻孔4的径向连续冲击掏穴，形成卸压空间，并收集喷出水流所带出的煤 水混合物8 ；掏穴一定深度后，通过改变钻杆的数量，以调整射流器的位置继续掏穴，直到 掏穴的宽度与深度达到设计要求；(5)前述⑴ (4)步骤结束后，逐一对每个钻场3所布置的钻孔4的孔位重复以 上步骤O) ⑷。(6)换下高压射流掏穴设备后，在每个钻孔4内置入胶管5，并采用密封装置对钻 孔4和胶管5之间的间隙进行密封，胶管5通过阀门与钻场的汇流管6相连，汇流管6与煤 层气抽放管7相连通；(7)按照常规方法对掏穴后的煤层1实施煤层气抽采作业，并通过煤层气抽放管 排出。掏穴作业13过程中产生的煤水混合物8，首先进入到沉淀池9中，沉降一些大的煤 粒，然后进入旋流器10中，根据煤与水所受离心力的不同，实现煤与水的分离，上清液11直 接循环供掏穴作业13继续使用，煤泥12烘干后进行回收利用。应当说明的是，所述钻场3的间距应根据煤层1透气性及煤层气含量的大小来决 定，以最大限度的提高钻孔4覆盖范围和抽放区域为佳；所述钻孔4的数量应根据煤层1实 际条件煤层气储量要求的抽放率和钻孔4有效抽放时间来决定；所述胶管5之间采用法兰 盘进行连接；本发明提供的区域井下高压水力掏穴卸压开采煤层气方法，通过从低板岩巷内设 置的钻场向防突区域的煤层施工钻孔，利用可喷出高压水射流、又能自行旋转的射流器对 钻孔进行近圆柱体旋转冲击，从而使小直径钻孔在煤层段形成更大腔体，形成卸压空间，增 加了钻孔周围煤体的暴露面积，增大了钻孔的卸压范围和影响半径，从而大大提高煤层气 的渗透率。同时，由于高压水的影响，抽放钻孔附近煤层有增加透气性、增强煤体硬度及解 除应力卸压的效果。本发明相对减少了巷道维修工程量，缩短了煤层气开采时间，可大幅度 提高煤层气的抽采效率。
权利要求
1.区域井下高压水力掏穴卸压开采煤层气方法，包括以下几个步骤，其特征在于步骤1，首先在采煤或掘进工作面前方防突区域煤层(1)的底板岩巷O)内，沿巷道掘进方向设置多个钻场(3)，并在每个钻场C3)布置一个或多个钻孔孔位，孔位之间保持适当 距离；步骤2，然后，采用与煤层(1)硬度相匹配的钻孔设备对钻孔孔位进行小孔径普通钻孔 作业；步骤3，钻孔(4)进入煤层(1)设计深度后，退钻，将射流器、过滤装置及连接的钻杆送 入钻孔内，钻杆的尾部连接的高压水尾通过高压管与高压水泵相连；步骤4，启动高压水泵，射流器对煤层(1)内钻孔(4)的孔壁进行旋转冲击，钻杆沿钻孔 轴向方向运动形成对钻孔的径向连续冲击掏穴，形成卸压空间，并收集喷出水流所带 出的煤屑；掏穴一定深度后，通过改变钻杆的数量，以调整射流器的位置继续掏穴，直到掏 穴的宽度与深度达到设计要求；步骤5，前述1 4步骤结束后，逐一对每个钻场C3)所布置的钻孔(4)的孔位重复以 上步骤2 4 ；步骤6，换下高压射流掏穴设备后，在每个钻孔(4)内置入胶管(5)，并采用密封装置对 钻孔⑷和胶管(5)之间的间隙进行密封，胶管⑷通过阀门与钻场(3)的汇流管(6)相 连，汇流管(6)与煤层气抽放管(7)相连通；步骤7，按照常规方法对掏穴后的煤层(1)实施煤层气抽采作业，并通过煤层气抽放管 (7)排出。
2.如权利要求1所述的区域井下高压水力掏穴卸压开采煤层气方法，其特征在于掏 穴作业(1 过程中产生的煤水混合物(8)，首先进入到沉淀池(9)中，沉降一些大的煤粒， 然后进入旋流器(10)中，根据煤与水所受离心力的不同，实现煤与水的分离，上清液(11) 直接循环供掏穴作业(1 继续使用。
3.如权利要求1所述的区域井下高压水力掏穴卸压开采煤层气方法，其特征在于所 述钻孔(4)的数量应根据煤层(1)实际条件瓦斯储量要求的抽放率和钻孔(4)有效抽放时 间来决定，钻场(3)的间距应根据煤层(1)透气性及瓦斯含量的大小来决定，以最大限度的 提高钻孔(4)覆盖范围和抽放区域为佳。
全文摘要
本发明公开的区域井下高压水力掏穴卸压开采煤层气方法，将射流器、过滤装置及连接的钻杆送入钻孔(4)内，启动高压水泵，射流器对煤层(1)内钻孔(4)的孔壁进行旋转冲击掏穴，形成卸压空间；掏穴达到设计要求后，按照常规方法对掏穴后的煤层(1)实施煤层气抽采作业，并通过煤层气抽放管(7)排出。掏穴作业(13)过程中产生的煤水混合物(8)进入旋流器(10)中实现煤与水的分离，上清液(11)直接循环供掏穴作业(13)继续使用。本发明可大幅减少钻孔(3)数量，扩大突出煤层(1)的卸压空间(6)，提高瓦斯的抽放效率，高压水的注入还能有效抑制粉尘，在降低煤层突出危险性的同时也改善了井下作业环境。
文档编号E21B43/40GK102086760SQ20101059582
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者余华杰, 冯立杰, 刘振锋, 刘鹏, 周宗恒, 姜光杰, 张志强, 李朝辉, 王金凤, 翟雪琪, 邓波, 邓珺, 钟华珂, 陈党义 申请人:郑州大学