一种精准确定采空区瓦斯抽采最佳井位和层位的方法与流程

一种精准确定采空区瓦斯抽采最佳井位和层位的方法，适用于生产矿区内采煤工作面瓦斯抽采，特别适用于采用地面钻井抽采采空区瓦斯时，精准确定地面钻井布置的井位和层位。

背景技术：

我国煤炭开采多为井下作业，且矿井瓦斯含量普遍较高。井下工作面回采后形成采空区，这些采空区内散落的遗煤和煤柱会逐渐解吸出大量瓦斯，它是一种清洁能源，可作为汽车燃气、居民生活用气和用作发电等。目前常用的抽采采空区瓦斯的方法主要有高位钻孔、高抽巷和地面钻井。高位钻孔虽然具有施工方便、施工费用的优点，但高位钻孔的位置经常难以控制，导致瓦斯抽采浓度低。高抽巷能有效抽采采空区瓦斯，但其工程量大且施工费用高。此外，现有的地面钻井井位和层位的确定方法主要基于采空区竖“三带”和“o”形圈理论，但其确定的地面钻井井位和层位范围过大且模糊，无法高效抽采采空区瓦斯。

技术实现要素：

本发明克服了基于采空区竖“三带”和“o”形圈理论确定地面钻井井位和层位理论的不足之处，通过设计和施工定向考察井，实时检测定向考察井抽出的瓦斯浓度和混合气体流量，根据不同井位和层位瓦斯浓度和混合气体流量，精准确定采空区瓦斯抽采最佳的井位和层位，以高效抽采采空区瓦斯。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案步骤如下：

a.在与采煤工作面停采线水平距离为80-100m和与进风巷水平距离为10-70m处的地面垂直向下施工钻井至钻井底部位于煤层上方100-150m处；

b.自钻井底部沿水平方向与回风巷的夹角为15-50°和竖直方向与煤层的夹角为10-45°的方向，向采煤工作面的开切眼方向施工定向考察井至开切眼处，且与回风巷水平距离为20-30m；

c.在地面钻井井口安装抽采泵、瓦斯浓度和气体流量传感器；

d.在采煤工作面推进过程中，实时监测定向考察井所处的井位和层位对应的瓦斯浓度c（单位是%）和混合气体流量q（单位是m³/s）；

e.根据公式w=c×q，w为瓦斯流量，单位是m³/s。当瓦斯流量w的值最大时，即为瓦斯抽采最佳的井位和层位。

本发明的有益效果：

（1）提高了瓦斯抽采效果，有效缓解了采煤工作面瓦斯浓度超限，保证了采煤工作面煤炭生产的安全性；

（2）利用定向考察井精准确定采空区瓦斯抽采最佳井位和层位，从而增加了瓦斯抽采浓度和流量，提高了瓦斯利用率。

附图说明

图1为定向考察井在工作面的水平布置图;

图2为定向考察井在工作面的竖向截面图;

图中：1、采煤工作面，2、停采线，3、进风巷，4、地面，5、钻井，6、煤层，7、开切眼，8、定向考察井，9、回风巷。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式：

如图1所示，煤层在地面以下约400m处，首先在与采煤工作面停采线水平距离为80-100m和与进风巷水平距离为10-70m处的地面垂直向下施工钻井至其底部位于煤层上方100-150m。随后自钻井底部沿水平方向与回风巷的夹角为15-50°和竖直方向与煤层的夹角为10-45°的方向，向采煤工作面开切眼方向施工定向考察井至开切眼处，且与回风巷水平距离为20-30m。钻井施工完成后，在钻井井口安装抽采泵、瓦斯浓度和气体流量传感器。在工作面的推进过程中，实时监测并记录钻井抽采的瓦斯浓度和混合气体流量。在整个采煤工作面推进过程中，根据公式w=c×q，当w的值最大时，即为瓦斯抽采最佳的井位和层位。

技术特征：

技术总结
一种精准确定采空区瓦斯抽采最佳井位和层位的方法，适用于采用地面钻井抽采采空区瓦斯时，精准确定地面钻井井底的井位和层位。包括：a.在与采煤工作面停采线水平距离为80‑100m和与进风巷水平距离为10‑70m处的地面垂直向下施工钻井至钻井底部位于煤层上方100‑150m处；b.自钻井底部向采煤工作面的开切眼方向施工定向考察井至开切眼处，定向考察井与回风巷水平距离为20‑30m；c.在采煤工作面推进过程中，实时监测定向考察井的瓦斯浓度c和混合气体流量q；根据公式w=c×q，当w的值最大时，即为瓦斯抽采最佳的井位和层位；w为瓦斯流量，单位是m3/s。本发明定位精准、瓦斯抽采浓度高、抽采流量大。

技术研发人员：胡胜勇;张奡;郭力萌;冯国瑞;郝国才;韩丹丹;李振
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2018.12.11
技术公布日：2019.03.19