一种以钻代巷的预抽防突工艺的制作方法
【专利摘要】一种以钻代巷的预抽防突工艺，包括以下步骤：(1)在地面使用钻机，开设地面抽采钻孔和工程钻孔，抽采钻孔为垂直全孔套管，工程钻孔包括垂直段、造斜段、水平段和水平压裂段，其中垂直段和造斜段下套管固井；(2)工程钻孔水平段与抽采钻孔是贯通后继续施工水平压裂段；(3)通过地面高压泵向水平压裂孔内注入高压压裂液，压裂该段水平孔；(4)安装抽采设备，抽采煤巷条带瓦斯。本发明以地面造斜钻孔代替井下煤层底板岩巷，以煤层底板压裂解放代替穿层孔抽采，实现煤矿瓦斯区域综合治理煤巷条带瓦斯预抽防突工作的地面化，从而实现了煤矿生产的安全、高效、低耗、节能、减排、环保的大目的。
【专利说明】一种以钻代巷的预抽防突工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿巷道掘进技术，具体为一种以钻代巷的预抽防突工艺。
【背景技术】
[0002]根据国家安全生产方针和煤矿瓦斯综合治理的要求，具有突出危险区域内的煤层在开采前必须进行区域预抽防突治理。目前，煤矿突出煤层瓦斯区域综合治理区域预抽防突工艺有两种:人工解放层预抽和底板岩巷穿层孔加顺层孔预抽。
[0003]人工解放层预抽:在具有瓦斯突出危险的煤层顶底板一定的距离内选择一层无突出危险的煤层(无该种煤层时可选择一层较为松软的岩层作为人工解放层)作为解放层先行开采。其采空区冒落活动不能破坏被解放煤层的整体性。冒落产生的裂隙又要贯穿被解放煤层。被解放煤层的瓦斯顺裂隙涌入解放层采空区。在采空区埋管抽采瓦斯。使被解放煤层消除突出危险性。
[0004]底板岩巷穿层孔加顺层孔预抽:在突出煤层工作面煤巷(风巷、机巷和开孔眼)条带范围内采用底板穿层孔预抽条带煤层瓦斯。即在煤层底板20?30m范围内的岩层中，布置与煤巷平行的岩巷，岩巷中每隔一定距离布置一钻场。向上方煤层施工穿层钻孔，预抽煤层瓦斯。4?6个月消除煤巷条带瓦斯突出危险。
[0005]现有的这两种工艺都具有以下缺点:
[0006](I)投资大，淮北矿区的治理费用达到150?200元/吨。
[0007](2)井巷工程量大，每个工作面(按工作面走向长1500m计)都要增加岩巷3000m左右、钻孔20多万m或回采同面积的岩石。
[0008](3)生产及辅助系统复杂。
[0009](4)提升、通风负担量。
[0010](5)治理过程全井下作业，危险源多，存在安全隐患。
【发明内容】
[0011]本发明所解决的技术问题在于提供一种安全、高效、经济、实用的一种以钻代巷的预抽防突工艺，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0012]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0013]一种以钻代巷的预抽防突工艺，包括以下步骤:
[0014](I)在地面使用钻机，开设地面抽采钻孔和工程钻孔，抽采钻孔为全垂直钻孔，全垂直钻孔分表土和岩石两次下套管固井，工程钻孔包括垂直段、造斜段、水平段和水平压裂段，其中垂直段和造斜段下套管固井，水平段及水平压裂段钻孔在设计的工作面煤巷下方10-20m的岩层中，其轴线与设计的工作面煤巷轴线在垂面上重合；
[0015](2)工程钻孔水平段与抽采钻孔是贯通后继续施工水平压裂段；
[0016](3)通过地面高压泵向水平压裂孔内注入高压压裂液，压裂该段水平孔；
[0017](4)起钻封孔，在地面安装抽采设备，抽采煤巷条带瓦斯。[0018]步骤(I)中，所述抽采钻孔和工程钻孔的表土段套管底口进入稳定基岩的深度大于或等于20m，使得套管不会发生偏移和变形，起到很好的导向作用，抽采钻孔深度比工程钻孔水平段标高底40-60m，便于沉砂和积水，抽采钻孔距工程钻孔350-450m，并在工程钻孔的水平段范围内。
[0019]步骤⑵中，所述工程钻孔水平段与抽采钻孔采用强磁仪器引导贯通。
[0020]步骤(3)中，所述水平压裂是分段后退式进行的，每段段长80-150m，段与段之间靠止浆塞实现分段，压裂液是清水加2% kcl，根据需要，可以混砂，砂粒径0.2?1.2_之间，混入量为5%，压裂压力是根据压裂孔所在岩层及上面煤层抗压强度设计的，压裂范围上到煤层顶板、煤巷两侧各15m范围内。
[0021]所述表土段套管均为无缝地质管，抽采钻孔直孔的钻孔偏斜率小于或等于千分之
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[0022]所述工程钻孔的造斜轨迹曲率为5°/18?30m。
[0023]所述造斜段为垂直孔和水平孔之间的过渡段。
[0024]本发明与以往技术相比，具有以下优点:
[0025]1、在地面利用定向钻进技术钻进煤层底板水平钻孔，通过地面压裂车向水平钻孔内注入压裂液，压裂煤层及煤层与水平钻孔之间的岩层，煤层瓦斯通过裂隙进入水平钻孔经地面抽采泵抽出，实现了煤层瓦斯的预抽防突。
[0026]2、以地面钻孔通过压裂形成解放层代替底抽巷加穿层孔实现煤巷条带的预抽防突，简单易行，节能环保，节省了大量的巷道工程和井下穿层钻孔工程，简化了井下生产及辅助系统，使矿井更易于安全管理，同时减少了岩巷掘进工程量，降低了矿井提升压力和风量需求，提高了矿井两大生命线装备的运行可靠性，实现了全地面作业，且取消了许多井下作业点，消除了危险源，提高了矿井安全可靠性。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]实施例1
[0029]一种以钻代巷的预抽防突工艺，包括以下步骤:
[0030](I)在地面使用钻机，开设地面抽采钻孔和工程钻孔，抽采钻孔为全垂直钻孔，全垂直钻孔分表土和岩石两次下套管固井，工程钻孔包括垂直段、造斜段、水平段和水平压裂段，其中垂直段和造斜段下套管固井，水平段及水平压裂段钻孔在设计的工作面煤巷下方10-20m的岩层中，其轴线与设计的工作面煤巷轴线在垂面上重合；
[0031](2)工程钻孔水平段与抽采钻孔是贯通后继续施工水平压裂段；
[0032](3)通过地面高压泵向水平压裂孔内注入高压压裂液，压裂该段水平孔；
[0033](4)起钻封孔，在地面安装抽采设备，抽采煤巷条带瓦斯。
[0034]步骤(I)中，所述抽采钻孔和工程钻孔的表土段套管底口进入稳定基岩的深度大于或等于20m，使得套管不会发生偏移和变形，起到很好的导向作用，抽采钻孔深度比工程钻孔水平段标高底40-60m，便于沉砂和积水，抽采钻孔距工程钻孔350-450m，并在工程钻孔的水平段范围内。
[0035]步骤(2)中，所述工程钻孔水平段与抽采钻孔采用强磁仪器引导贯通，水平段和水平压裂段钻孔孔径为Φ 133mm。
[0036]步骤(3)中，所述水平压裂是分段后退式进行的，段长80-150m，分段靠止浆塞实现，压裂液是清水加2 % kcI，根据需要，可以混砂，砂粒径0.2?1.2mm之间，混入量为5 %，压裂压力是根据压裂孔所在岩层及上面煤层抗压强度设计的，压裂范围上到煤层顶板、煤巷两侧各15m范围内。
[0037]所述表土段套管规格均为Φ 244.5mmX 8.94mm无缝地质管，抽采钻孔基岩段套管规格为Φ 177.8mmX8.05_，直孔的钻孔偏斜率小于或等于千分之三。
[0038]所述工程钻孔的造斜轨迹曲率为5°/18?30m，工程钻孔的基岩段和造斜段套管规格为 Φ 177.8mmX8.05mm。
[0039]操作时，利用钻机在地面同时施工工程钻孔和抽采钻孔。工程钻孔的水平段标高为煤层底板下10-20m。工程钻孔表土段施工完成后套管固井。岩石段垂直孔按设计深度钻孔轨迹逐渐过渡到水平孔。垂直孔和水平孔之间的过渡段叫造斜段。垂直段和造斜段下套管固井；抽采钻孔为全垂直钻孔。全孔分表土和岩石两次下套管固井。抽采钻孔施工结束后工程钻孔与其连通，并继续施工水平压裂段钻孔。注入压裂液压裂，起钻封孔安装设备抽采瓦斯。工作面煤巷往往长达数千米，单个工程钻孔水平孔钻井很难实现，往往是在地面间隔一定距离同时布置多个工程钻孔和抽采钻孔，使各个水平压裂孔依次接续，以达到煤巷底板全长压裂的目的。
[0040]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0041]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1.一种以钻代巷的预抽防突工艺，其特征是，包括以下步骤: (1)在地面使用钻机，开设地面抽采钻孔和工程钻孔，抽采钻孔为全垂直钻孔，全垂直钻孔分表土和岩石两次下套管固井，工程钻孔包括垂直段、造斜段、水平段和水平压裂段，其中垂直段和造斜段下套管固井，水平段及水平压裂段钻孔在设计的工作面煤巷下方10-20m的岩层中，其轴线与设计的工作面煤巷轴线在垂面上重合； (2)工程钻孔水平段与抽采钻孔是贯通后继续施工水平压裂段； (3)通过地面高压泵向水平压裂孔内注入高压压裂液，压裂该段水平孔； (4)起钻封孔，在地面安装抽采设备，抽采煤巷条带瓦斯。
2.根据权利要求1所述的一种以钻代巷的预抽防突工艺，其特征是，步骤(I)中，所述抽采钻孔和工程钻孔的表土段套管底口进入稳定基岩的深度大于或等于20m，抽采钻孔深度比工程钻孔水平段标高底40-60m，抽采钻孔距工程钻孔350-450m，并在工程钻孔的水平段范围内。
3.根据权利要求1所述的一种以钻代巷的预抽防突工艺，其特征是，步骤(2)中，所述工程钻孔水平段与抽采钻孔采用强磁仪器引导贯通。
4.根据权利要求1所述的一种以钻代巷的预抽防突工艺，其特征是，步骤(3)中，所述水平压裂是分段后退式进行的，每段段长80-150m，段与段之间靠止浆塞实现分段，压裂压力是根据压裂孔所在岩层及上面煤层抗压强度设计的，压裂范围上到煤层顶板、煤巷两侧各15m范围内。
5.根据权利要求1或2所述的一种以钻代巷的预抽防突工艺，其特征是，所述表土段套管均为无缝地质管，抽采钻孔直孔的钻孔偏斜率小于或等于千分之三。
6.根据权利要求1所述的一种以钻代巷的预抽防突工艺，其特征是，所述工程钻孔的造斜轨迹曲率为5°/18?30m。
7.根据权利要求1所述的一种以钻代巷的预抽防突工艺，其特征是，所述造斜段为垂直孔和水平孔之间的过渡段。
【文档编号】E21B43/26GK103670498SQ201310724613
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】陈远坤, 程桦, 郭晖, 陈慧, 陈浩, 张彬 申请人:安徽浩惠能源科技有限公司