一种Y型煤矿井下瓦斯治理新水平井的制作方法

一种y型煤矿井下瓦斯治理新水平井
技术领域
[0001]
本实用新型属于煤矿瓦斯治理技术领域，尤其涉及一种y型煤矿井下瓦斯治理新水平井。


背景技术：

[0002]
煤矿作为高危行业之一，煤矿瓦斯治理工作一直以来都是煤矿安全生产的重中之重，其中煤层瓦斯预抽采是煤矿瓦斯治理采用的主要方法之一。我国煤炭分布区域广，煤层结构、特性等各不相同，以及受空间、环境等因素影响，不可能采用同一种方法进行瓦斯预抽采，我们在经过长期的煤层瓦斯治理实践和经验积累后，形成了很多煤矿瓦斯预抽采的方法，目前比较常用的有：地面直接钻井进行煤层瓦斯预抽采；煤矿井下从近邻巷道直接钻瓦斯排放孔；在煤层的顶板或底板采用掘进的方式掘出高巷或低巷，再从高巷或低巷内钻瓦斯排放孔等等，但它们都具有局限性。地面直接钻井进行煤层瓦斯预抽采，需要完善的地面排采设施，后期维护成本高；煤矿井下直接钻瓦斯排放孔，一般排放孔都比较小，井下钻机能力有限，不能施工太长的井段，同时在粉煤或煤层不稳定煤层中钻瓦斯排放孔，不好成孔，事故频发；采用高巷或低巷排放煤层中的瓦斯，施工周期太长等。
[0003]
在我国的淮南、淮北、贵州等地区的许多煤矿的煤层都存在粉煤或不稳定煤层，煤层瓦斯突出，同时煤层中含水，地面也没有排采设施等问题，为了解决瓦斯突出问题，需要提前煤层瓦斯进行预抽采，采用传统的煤层瓦斯预抽采方法，都存在一定的问题，因此如何解决这些煤矿瓦斯突出的问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，为了使得成孔稳定性较高、施工范围较大、安全系数较高且建造成本较低，本实用新型提供一种y型煤矿井下瓦斯治理新水平井。
[0005]
本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种y型煤矿井下瓦斯治理新水平井，包括地面多分支水平井、煤矿井下平行井和煤矿井下瓦斯排放系统，所述地面多分支水平井通过连通点连接煤矿井下平行井，所述煤矿井下平行井井口连接煤矿井下瓦斯排放系统，
[0006]
所述地面多分支水平井设置在地面多分支水平井井场内，所述地面多分支水平井包括竖直段和水平段，所述地面多分支水平井的竖直段位于煤层顶板中和所述地面多分支水平井的水平段位于煤层中，且所述地面多分支水平井的竖直段与水平段之间夹角小于等于九十度，所述地面多分支水平井的竖直段井口处安装有表层套管，所述表层套管内穿套有技术套管且所述技术套管下端设置在着陆点，所述地面多分支水平井的水平段包括主支和分支，所述主支和分支内分别安装有玻璃钢筛管，所述主支内的玻璃钢筛管上端悬挂连接技术套管下端；
[0007]
所述煤矿井下平行井设置在煤矿井下平行井钻场内且位于煤层底板中，所述煤矿
井下平行井井口处安装有套管，所述煤矿井下平行井的水平段处安装有排采套管，所述排采套管穿套在套管内且排采套管下端设置在连通点，所述煤矿井下平行井通过连通点接通地面多分支水平井。
[0008]
进一步，所述地面多分支水平井的竖直段与水平段之间夹角小于等于九十度，进一步包括，所述地面多分支水平井的工作平面内纵向设置有停采线和回采线，当所述停采线的煤层海拔比回采线的煤层海拔低时，则所述地面多分支水平井井场设置在停采线一侧，当所述回采线的煤层海拔比停采线的煤层海拔低时，则所述地面多分支水平井井场设置在回采线一侧；
[0009]
所述地面多分支水平井的着陆点设置在煤层顶板中，所述煤矿井下平行井水平段长度小于等于一千米；
[0010]
所述地面多分支水平井的主支与分支之间的间距范围为五十至八十米，所述主支上至少含有两个分支。
[0011]
进一步，所述地面多分支水平井的水平段中主支通过侧钻点接通分支，所述相邻两分支的扭转方向相反。
[0012]
进一步，所述连通点设置在地面多分支水平井水平段的最低点。
[0013]
进一步，当所述地面多分支水平井井场设置在停采线一侧，则所述地面多分支水平井连通点距离停采线三十米且分支终点距离回采线三十米；当所述地面多分支水平井井场设置在回采线一侧，则所述地面多分支水平井连通点距离回采线三十米且分支终点距离停采线三十米。
[0014]
本实用新型的有益效果为：
[0015]
1、地面多分支水平井的水平段中主支和分支设计结构，同时将主支上各分支均匀分布在地面多分支水平井的工作平面上，且可以根据工作平面宽度调制分支数量，主支和分支的结构设计可以有效控制整个工作面的瓦斯抽排，达到瓦斯消突的效果，使得瓦斯抽排施工范围较大。
[0016]
2、煤矿井下平行井位于煤层底板中且在煤层底板中施工，将煤矿井下平行井控制在煤层底板下一至三米的位置，最后五十米时再进入煤层与地面多分支水平井连通形成排采通道，煤层底板中施工易于成孔且大大降低钻井风险，提高成孔稳定性和工作安全系数。
[0017]
3、充分利用现有的煤矿井下完善的煤矿井下瓦斯排放系统进行抽采，不需要重新投入排采设计系统，大大节省了原料成本，减低了建造本y型煤矿井下瓦斯治理新水平井的成本。
附图说明
[0018]
图1为本实用新型一种y型煤矿井下瓦斯治理新水平井的结构示意图。
[0019]
图2为本实用新型一种y型煤矿井下瓦斯治理新水平井的俯视图。
[0020]
图3为本实用新型的煤矿井下瓦斯排放系统的结构示意图。
[0021]
图4为本实用新型一种y型煤矿井下瓦斯治理新水平井的操作流程图。
[0022]
图5为本实用新型的地面多分支水平井的施工流程图。
[0023]
图6为本实用新型的煤矿井下平行井的施工流程图。
[0024]
图中：
[0025]
1、地面多分支水平井 2、煤矿井下平行井
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3、煤矿井下瓦斯排放系统
[0026]
4、连通点
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5、地面多分支水平井井场 6、煤层顶板
[0027]
7、煤层
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8、表层套管
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9、技术套管
[0028]
10、着陆点
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11、主支
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12、分支
[0029]
13、玻璃钢筛管
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14、煤层底板
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15、套管
[0030]
16、排采套管
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17、工作平面
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18、停采线
[0031]
19、回采线
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20、侧钻点
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21、煤矿井下平行井钻场
具体实施方式
[0032]
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0033]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0034]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0035]
如图1-图3所示，本实用新型提供的一种y型煤矿井下瓦斯治理新水平井，包括地面多分支水平井1、煤矿井下平行井2和煤矿井下瓦斯排放系统3，地面多分支水平井1通过连通点4连接煤矿井下平行井2，煤矿井下平行井2井口连接煤矿井下瓦斯排放系统3，
[0036]
地面多分支水平井1设置在地面多分支水平井井场5内，地面多分支水平井1包括竖直段和水平段，地面多分支水平井1的竖直段位于煤层顶板6中和地面多分支水平井1的水平段位于煤层7中，且地面多分支水平井1的竖直段与水平段之间夹角小于等于九十度，地面多分支水平井1的竖直段井口处安装有表层套管8，表层套管8内穿套有技术套管9且技术套管9下端设置在着陆点10，地面多分支水平井1的水平段包括主支11和分支12，主支11和分支12内分别安装有玻璃钢筛管13，主支11内的玻璃钢筛管13上端悬挂连接技术套管9下端。其中，表层套管8长度二十米，表层套管8的作用是封固地表风化层，防止地表风化层发生坍塌、井漏等事故。
[0037]
煤矿井下平行井2设置在煤矿井下平行井钻场21内且位于煤层底板14中，煤矿井下平行井2井口处安装有套管15，煤矿井下平行井2的水平段处安装有排采套管16，排采套管16穿套在套管15内且排采套管16下端设置在连通点4，煤矿井下平行井2通过连通点4接通地面多分支水平井1。其中，套管15长度50米，套管15形成煤矿井下平行井2封固层，用于安装井口、排采瓦斯等。
[0038]
地面多分支水平井1的竖直段与水平段之间夹角小于等于九十度，进一步包括，地面多分支水平井1的工作平面17内纵向设置有停采线18和回采线19，当停采线18的煤层7海拔比回采线19的煤层7海拔低时，则地面多分支水平井井场5设置在停采线18一侧，当回采线19的煤层7海拔比停采线18的煤层7海拔低时，则地面多分支水平井井场5设置在回采线19一侧。
[0039]
其中，根据煤层7的倾向，选择将地面多分支水平井井场5布置在上扬角大于零度一侧，也就是使得地面多分支水平井1的竖直段与水平段之间夹角小于等于九十度，当停采线18的煤层7海拔比回采线19的煤层7海拔低时，则将地面多分支水平井井场5预设在停采线18一侧，当回采线19的煤层7海拔比停采线18的煤层7海拔低时，则将地面多分支水平井井场5预设在回采线19一侧，确保主支11和分支12的轨迹始终处于上倾，利于排采煤层7中的水和瓦斯。
[0040]
地面多分支水平井1的着陆点10设置在煤层顶板6中，煤矿井下平行井2水平段长度小于等于一千米。其中，地面多分支水平井1的着陆点10设计在煤层7上方煤层顶板6一至三米的位置，确保二开井眼轨迹的稳定。尽可能减短煤矿井下平行井2的水平段长度，该水平段长度最长尽可能不大于一千米，减小难度和降低施工风险。
[0041]
地面多分支水平井1的主支11与分支12之间的间距范围为五十至八十米，主支11上至少含有两个分支12。其中，主支11上至少含有两个分支12，根据分支12之间的距离设计在50-80m左右的要求，尽可能在满足煤层7瓦斯预抽采的情况下，设计以最小的分支12数控制整个工作平面17，可以根据工作平面17的宽度增减分支12数量。
[0042]
地面多分支水平井1的水平段中主支11通过侧钻点20接通分支12，相邻两分支12的扭转方向相反。
[0043]
连通点4设置在地面多分支水平井1水平段的最低点。其中，连通点4设置在地面多分支水平井1水平段的最低点，利于排水解析瓦斯。
[0044]
当地面多分支水平井井场5设置在停采线18一侧，则地面多分支水平井1连通点4距离停采线18三十米且分支12终点距离回采线19三十米；当地面多分支水平井井场5设置在回采线19一侧，则地面多分支水平井1连通点4距离回采线19三十米且分支12终点距离停采线18三十米。
[0045]
其中，掌握工作面中停采线18和回采线19的位置，将连通点4设计在距离停采线18或回采线19三十米左右的位置，将所有主分支12的的终点设计在距离停采线18或回采线19三十米左右的位置，使地面多分支水平井1合理有效的控制整个工作面的瓦斯抽排，达到瓦斯消突的目的。
[0046]
本实用新型的工作过程如下：
[0047]
封堵地面多分支水平井1井口，启动煤矿井下排采系统，煤层7中的水顺着主支11上井眼流入主支11玻璃钢筛管13中，还顺着分支12上井眼流入分支12玻璃钢筛管13中，主支11玻璃钢筛管13和分支12玻璃钢筛管13中水汇合后经连通点4(地面多分支水平井1水平段的最低点)流入排采套管16中，排采套管16中水从高处往低处流动至煤矿井下平行井2的井口，煤层7中的水排出后，煤层7压力降低则瓦斯自动解析，解析后瓦斯和煤层7中的水一块排出至煤矿井下平行井2的井口液气分离后，通过煤矿井下瓦斯排采系统排出地面，实现对工作平面17内瓦斯预抽采。
[0048]
如图4-图6所示，一种如上的y型煤矿井下瓦斯治理新水平井的应用方法，包括以下步骤：
[0049]
步骤1、提出预设方案，步骤11、根据地面多分支水平井1的竖直段与水平段之间夹角小于等于九十度的需求，确定地面多分支水平井井场5布置位置；步骤12、根据地面多分支水平井1的着陆点10位置，确定煤矿井下平行井钻场21布置位置；步骤13、根据地面多分支水平井1的工作平面17宽度，确定地面多分支水平井1的分支12数量。
[0050]
步骤11、根据地面多分支水平井1的竖直段与水平段之间夹角小于等于九十度的需求，确定地面多分支水平井井场5布置位置，进一步包括：地面多分支水平井1的工作平面17内预设停采线18和回采线19，判断停采线18与回采线19的煤层7海拔高低，当停采线18的煤层7海拔比回采线19的煤层7海拔低时，则将地面多分支水平井井场5预设在停采线18一侧，当回采线19的煤层7海拔比停采线18的煤层7海拔低时，则将地面多分支水平井井场5预设在回采线19一侧。
[0051]
其中，根据煤层7的倾向，选择将地面多分支水平井井场5布置在上扬角大于零度一侧，也就是使得地面多分支水平井1的竖直段与水平段之间夹角小于等于九十度，当停采线18的煤层7海拔比回采线19的煤层7海拔低时，则将地面多分支水平井井场5预设在停采线18一侧，当回采线19的煤层7海拔比停采线18的煤层7海拔低时，则将地面多分支水平井井场5预设在回采线19一侧，确保主支11和分支12的轨迹始终处于上倾，利于排采煤层7中的水和瓦斯。
[0052]
当将地面多分支水平井井场5预设在停采线18一侧，则地面多分支水平井1连通点4预设在距离停采线18三十米处且分支12终点预设在距离回采线19三十米处；当将地面多分支水平井井场5预设在回采线19一侧，则地面多分支水平井1连通点4预设在距离回采线19三十米处且分支12的终点预设在距离停采线18三十米处。
[0053]
其中，掌握工作面中停采线18和回采线19的位置，将连通点4设计在距离停采线18或回采线19三十米左右的位置，将所有主分支12的的终点设计在距离停采线18或回采线19三十米左右的位置，使地面多分支水平井1合理有效的控制整个工作面的瓦斯抽排，达到瓦斯消突的目的。
[0054]
步骤12、根据地面多分支水平井1的着陆点10位置，确定煤矿井下平行井钻场21布置位置，进一步包括：将地面多分支水平井1的着陆点10预设在煤层顶板6中，根据地面多分支水平井1的着陆点10位置以及煤矿井下平行井2水平段长度小于等于一千米的需求，确定煤矿井下平行井钻场21布置位置。
[0055]
其中，将煤矿井下平行井钻场21布置在距离地面多分支水平井1着陆点10较近的位置，尽可能减短煤矿井下平行井2的水平段长度，该水平段长度最长尽可能不大于一千米，减小难度和降低施工风险。将地面多分支水平井1的着陆点10设计在目的煤层7上方煤层顶板6一至三米的位置，如果因地层资料缺失等原因造成，无法准确掌握着陆煤层7的位置，可以在设计时设计一个导眼，通过导眼掌握着陆点10煤层7资料，以便将着陆点10精准控制在煤层7上方煤层顶板6一至三米的位置。
[0056]
步骤13、根据地面多分支水平井1的工作平面17宽度，确定地面多分支水平井1的分支12数量，进一步包括：根据地面多分支水平井1的工作平面17宽度以及地面多分支水平井1的主支11与分支12之间的间距范围为五十至八十米的需求，确定地面多分支水平井1的
分支12数量。
[0057]
其中，根据地面多分支水平井1的工作平面17的宽度，主分支12之间的距离设计在50-80m左右的要求，合理设计分支12数量，尽可能在满足煤层7瓦斯预抽采的情况下，设计以最小的分支12数控制整个工作平面17，可以根据工作平面17的宽度增减分支12数量。
[0058]
步骤2、完成地面多分支水平井1钻探任务，根据地面多分支水平井井场5布置位置，地面多分支水平井1采用钻头施工，步骤21、地面多分支水平井1的竖直段井口处，钻头一开钻进煤层顶板6并下入表层套管8固井；步骤22、地面多分支水平井1的竖直段处，钻头二开钻进煤层顶板6至着陆点10并下入技术套管9，并将技术套管9从表层套管8内穿至着陆点10固井；步骤23、地面多分支水平井1的水平段处，钻头钻进煤层7形成主支11和分支12，分别在主支11和分支12内下入玻璃钢筛管13且将主支11内的玻璃钢筛管13上端悬挂在技术套管9内。
[0059]
其中，地面多分支水平井1的一开采用φ311.1mm钻头钻进至基岩20m，下入φ244.5mm表层套管8到底并固井。下表层套管8的作用是封固地表风化层，防止地表风化层发生坍塌、井漏等事故，为后续施工，提供可靠的通道。地面多分支水平井1的二开采用φ215.9mm的钻头钻进，钻进至距离目的煤层顶板6上垂深1-3m处着陆点10的位置着陆，着陆过程需要结合邻井资料或导眼中比较稳定、可靠的标志层，通过邻井资料或导眼标志层的对比，准确将二开着陆在着陆点10位置，下入φ178mm技术套管9、固井，为施工水平段打下基础。上述步骤21和步骤22完成后，侯凝48小时，进行地面多分支水平井1的水平段施工，水平段采用φ152.4mm的钻头钻进，施工先施工分支12，施工至下个分支12侧钻点20时，预留侧钻点20，预留完侧钻点20将轨迹调整好，继续正常导向钻进，直到按设计完成分支12的施工，下入玻璃钢筛管13距离井底50m的位置，玻璃钢筛管13上端丢手于距离下一个侧钻点2030m的位置，玻璃钢筛管13有效保护井壁，确保侧钻下一个分支12顺利进行；分支12完成后，侧钻下一个分支12，侧钻成功后，按施工分支12的步骤施工完成下一个分支12和主支11，主支11内的玻璃钢筛管13上端悬挂在二开技术套管9内，与技术套管9重叠30m左右，确保连通对接时仪器顺利下至设计位置，地面多分支水平井1完成。
[0060]
步骤23、地面多分支水平井1的水平段处，钻头钻进煤层7形成主支11和分支12，分别在主支11和分支12内下入玻璃钢筛管13且将主支11内的玻璃钢筛管13上端悬挂在技术套管9内，进一步包括：地面多分支水平井1的水平段处钻头钻进煤层7时，首先按前后顺序依次施工分支12，钻头通过主支11上侧钻点20钻进煤层7形成分支12并在分支12内下入玻璃钢筛管13，钻头继续向后通过下一个侧钻点20钻进煤层7形成分支12并在分支12内下入玻璃钢筛管13，控制钻头钻进方向使得相邻两分支12的扭转方向相反，直至向后施工完所有分支12；最后施工主支11，钻头水平向后钻进形成主支11并在主支11内下入玻璃钢筛管13，且将主支11内的玻璃钢筛管13上端悬挂在技术套管9内。
[0061]
其中，钻头通过主支11钻进煤层7时预留侧钻点20，轨迹将要钻进至预留侧钻点20时，提前将轨迹增斜，并扭方位钻进，扭方位方向与下一个分支12方向相反，控制侧钻点20轨迹的位置位于煤层7的中上部。
[0062]
步骤23、地面多分支水平井1的水平段处，钻头钻进煤层7形成主支11和分支12，进一步包括，地面多分支水平井1的水平段处钻头钻进时采用无固相钻井液，通过调整无固相钻井液的密度和粘度，来控制无固相钻井液的液柱压力。
形成y型结构的设计方式，通过合理的设计，充分利用了煤矿井下完善的瓦斯排采系统，实现煤矿井下煤层7瓦斯预抽采的目的，为煤矿井下瓦斯治理提供了一种新水平井井型。
[0071]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。