专利名称：一种确定水平井在采空区瓦斯抽放的空间位置的方法
技术领域：
本发明属于采矿领域，具体地说是一种确定水平井在采空区瓦斯抽放的空间位置的方法。
背景技术：
水平井技术不仅在石油、天然气开采中得到了普遍重视和迅猛发展，而且逐渐向其它领域延伸并发挥着重要的作用，如在管线铺设、市政工程中也得到了广泛使用；目前，水平井技术在瓦斯抽放方面也越来越得到重视并显示出应用前景。瓦斯抽放对于煤矿生产安全和甲烷资源利用都有重要意义；目前采空区瓦斯抽放是煤矿瓦斯抽放的其中一种方法。将水平井技术应用于采空区瓦斯抽放，可以实现用顶板水平井抽放瓦斯；顶板水平井替代高抽巷或其它方式抽放瓦斯，具有缩短施工周期，缓解采掘面接替紧张局面，节约施工成本，实现“以孔代巷”抽放瓦斯的优点。如图I所示，通常，水平井包括直孔段I、造斜段2和水平段3。在采用水平井在采空区进行瓦斯抽放的整个技术中，确定水平井水平段3的空间位置十分重要，水平井水平段3位置是否合适，对于瓦斯抽放效果影响很大。但目前，对此研究很少，而且很多情况是凭借施工经验，不利于保证瓦斯抽放效果。
发明内容
为了克服水平井在采空区瓦斯抽放时，针对水平井空间位置确定的研究少、案例少、凭借施工经验的不足，本发明提供一种确定水平井在采空区瓦斯抽放时空间位置的方法，其设置了水平井的走向、在工作面上方的位置、倾斜程度。本发明是这样实现的，一种确定水平井在采空区瓦斯抽放的空间位置的方法，其包括以下步骤第一步，水平井的走向确定将水平井的走向与具体开采工作面中煤层的走向一致；第二步，水平井在工作面上方位置的确定，即水平井的水平段距离煤层的高度的确定在采动区沿垂直方向由下往上，分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，水平井避开冒落带、弯曲下沉带，而布置在裂隙带内；
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第三步，水平井的水平段在内错风巷的距离的确定将水平井布置在瓦斯聚集区；第四步，水平井的水平段向采煤工作面方向倾斜；第五步，根据以上水平井的水平段空间位置的设计，来确定水平井的直孔段、水平井的造斜段的空间位置。本发明的有益效果是，采用水平井技术在采空区进行瓦斯抽放时，根据该方法可以对水平井的空间位置进行简单、明确的确定，也就是说以水平井水平段的走向、距离煤层的高度、内错风巷的距离为主要内容，实现在采空区瓦斯抽放时，水平井空间位置的确定，方法简单、步骤明确。
图I为现有水平井与开采煤层的结构示意图。图2为本发明提供的确定水平井在采空区瓦斯抽放的空间位置的方法的流程图。图3为本发明较佳实施方式中采煤工作面上覆岩层沿工作面推进方向的分区和垂向分带结构示意图。图4为本发明较佳实施方式中采空区瓦斯流场示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。请参阅图2，其为本发明提供的一种确定水平井在采空区瓦斯抽放的空间位置的方法的流程图，其包括以下步骤第一步S21，水平井的走向确定将水平井的走向与具体开采工作面中煤层的走向一致；第二步S22，水平井在工作面上方位置的确定，即水平井的水平段距离煤层的高度的确定在采动区沿垂直方向由下往上，分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，水平井避开冒落带、弯曲下沉带，而布置在裂隙带内；第三步S23，水平井的水平段在内错风巷的距离的确定将水平井布置在瓦斯聚集区；第四步S24，水平井的水平段向采煤工作面方向倾斜；第五步S25，根据以上水平井的水平段空间位置的设计，来确定水平井的直孔段、水平井的造斜段的空间位置。接下去，对本发明的确定水平井在采空区瓦斯抽放的空间位置的方法做详细说明。第一步S21，根据采空区瓦斯的储集特征，由于开采煤层的采空区上覆岩层中采动裂隙的存在，为采空区瓦斯储集提供了空间，所以，将水平井布置在离层裂隙发育且能长时间保持的区域，有利于卸压瓦斯流动到水平井中，从而保证水平井有效抽采时间长，抽采范围大，瓦斯抽采率高；水平井的走向应与具体开采工作面中煤层的走向一致，这使得水平井与开采煤层之间的垂直距离保持在一个合理的范围之内。第二步S22，水平井在工作面上方位置的确定在采动区沿垂直方向由下往上，分为冒落带I、裂隙带II、弯曲下沉带III;如果水平井布置在冒落带I内，由开采冒落形成的通道就很畅通，但这样抽采的瓦斯浓度会很低；若布置在弯曲下沉带III内，裂隙不发育，水平井与瓦斯抽放空间没有足够的裂隙沟通，形成不了良好的通道，这样抽不出来瓦斯；所以，水平井应避开冒落带I、弯曲下沉带III，而布置在裂隙带II内，如图3所示。在图3中，符号①表示为煤壁支撑影响区，符号②表示为离层区，符号③表示为重新压实区。第三步S23，根据瓦斯在采空区上覆岩层裂隙中的流动特征，如图4所示，为了增加抽放瓦斯的效率，应将水平井布置在瓦斯聚集区。以上三步，也就是确定了水平井水平段的走向、距离煤层的高度、内错风巷的距离。第四步S24，为了防止水平井水平段孔内积水，影响瓦斯的抽放，水平段不是完全水平，而是水平段要向采煤工作面方向略微倾斜，以便孔内积水流向采空区。
第五步S25，根据水平井水平段空间位置的设计，来确定水平井直孔段、造斜段的空间位置；确定造斜段的空间位置时，曲率半径设计要符合钻具柔性要求。针对确定水平井在采空区瓦斯抽放的空间位置的方法的上述详细说明，择如下一实施方式举例说明。刘庄煤矿首采工作面走向长1260m，倾斜宽215m;开采煤层为13_1煤，煤层深度-660 -720m，煤层厚度3. 50 5. OOm,煤层倾角3 5。；基岩面深265 280m。第一步，根据首采工作面中13-1煤层的走向，选择水平井的走向与煤层的 走向一致。第二步，根据淮南矿区13-1煤层开采显现的冒落带、裂隙带、弯曲下沉带的岩移规律，确定水平井水平段的高度在13-1煤层顶板之上25m左右。第三步，根据瓦斯在采空区上覆岩层裂隙中的流动特征和以往淮南矿区的瓦斯抽放效果，确定水平井水平段的设计位置在内错风巷30m左右。第四步，为了防止水平井水平段孔内积水，影响瓦斯的抽放，水平段向采煤工作面方向略微倾斜，以便孔内积水流向采空区；本实例采取2%-3%的倾斜度。第五步，在水平井水平段的空间位置确定后，就可以确定水平井直孔段、造斜段的空间位置；确定造斜段的空间位置时，曲率半径设计要符合钻具柔性要求；本实例的造斜段曲率半径设计为200m，增斜率为O. 287° / m。本实例的用于采空区瓦斯抽放的水平井施工，成井钻探总进尺1116. 60m,终孔直径215. 9mm，水平井的水平段长约380m，后期瓦斯抽放效果良好。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种确定水平井在采空区瓦斯抽放的空间位置的方法，其特征在于，其包括以下步骤 第一步，水平井的走向确定将水平井的走向与具体开采工作面中煤层的走向一致；第二步，水平井在工作面上方位置的确定，即水平井的水平段距离煤层的高度的确定在采动区沿垂直方向由下往上，分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，水平井避开冒落带、弯曲下沉带，而布置在裂隙带内； 第三步，水平井的水平段在内错风巷的距离的确定将水平井布置在瓦斯聚集区； 第四步，水平井的水平段向采煤工作面方向倾斜； 第五步，根据以上水平井的水平段空间位置的设计，来确定水平井的直孔段、水平井的造斜段的空间位置。
全文摘要
本发明公开了一种确定水平井在采空区瓦斯抽放的空间位置的方法，其包括以下步骤第一步，将水平井的走向与具体开采工作面中煤层的走向一致；第二步，在采动区沿垂直方向由下往上，分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，水平井避开冒落带、弯曲下沉带，而布置在裂隙带内；第三步，将水平井布置在瓦斯聚集区；第四步，水平井的水平段向采煤工作面方向倾斜；第五步，根据以上水平井的水平段空间位置的设计，来确定水平井的直孔段、水平井的造斜段的空间位置。本发明的优点在于以水平井水平段的走向、距离煤层的高度、内错风巷的距离为主要内容，实现在采空区瓦斯抽放时，水平井空间位置的确定，方法简单、步骤明确。
文档编号E21F7/00GK102777205SQ20121028314
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者余大有, 吴松贵, 孙家应, 赵志根 申请人:安徽省煤田地质局第一勘探队