一种特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法与流程

本发明属于煤矿瓦斯抽采，涉及一种特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法。

背景技术：

1、我国特厚煤层资源储量丰富，分布地域广阔，是我国实现高产高效开采的主力煤层，为我国煤炭能源供应提供了重要保障。特厚煤层往往也伴随着高瓦斯含量、高瓦斯压力、地透气性等特点，严重制约了矿井安全高效生产。

2、针对特厚煤层瓦斯抽采，主要以底板穿层钻孔预抽、定向钻孔抽采、顺层钻孔抽采等方式为主。但是特厚高瓦斯煤层由于煤层厚度较大、原始瓦斯含量高、瓦斯压力大、透气性低等特点，所需抽采达标周期较长，采用单一的瓦斯治理措施往往达不到预期效果。近年来，水力化增透措施、地面钻井瓦斯抽采等得到了广泛推广应用，为解决特厚煤层瓦斯治理问题提供了重要途径和手段。但是，由于瓦斯抽采布局不合理、抽采方式不协调、抽采工艺有缺陷等问题，往往导致瓦斯抽采效果不理想、瓦斯治理成本高等问题。鉴于此，本发明提供一种特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，通过优化抽采布局和瓦斯抽采工艺设计等，可有效提高瓦斯抽采效果，实现特厚煤层区域化高效抽采。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于解决特厚煤层瓦斯抽采的问题，提供一种特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，本发明以煤层水力压裂增透技术为基础手段，通过地面井区域超前预抽、井下定向钻孔强化抽采、底板穿层钻孔补充抽采等三级协同递进式抽采，有效解决特厚煤层原始瓦斯含量高、煤层透气性低、瓦斯抽采达标抽期长等问题，从而实现特厚高瓦斯煤层瓦斯的高效抽采，进而有效降低瓦斯治理成本，提高煤层瓦斯利用，减少碳排放，为确保矿井安全生产提供重要保障。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，包括以下步骤：

4、s1：地面井水力压裂区域超前预抽：在矿区地面向待抽采区域施工地面井，进行地面水力压裂增透后，对区域煤层瓦斯进行大面积超前预抽；

5、s2：井下定向钻孔分段水力压裂区域强化抽采：在地面井瓦斯抽采流量衰减后，通过井下区域边界巷道施工定向钻孔，进行井下分段水力压裂增透后，对区域煤层瓦斯进行强化抽采；

6、s3：底板穿层钻孔补充抽采：在区域煤层底板巷道掘进过程中，设计并施工底板穿层钻孔，对区域煤层瓦斯进行补充抽采。

7、进一步，步骤s1中，地面井沿煤层走向或倾向平行布置，地面井间距为150～200m，且地面井穿透煤层全厚；

8、地面井水力压裂工艺实施完成后，接入地面高负压瓦斯抽采系统进行瓦斯抽采，并通过瓦斯抽采监测系统对地面井瓦斯抽采流量、浓度、负压等参数进行实时监测，动态掌握抽采流量变化情况。

9、进一步，在地面钻井水力压裂期间，通过地面裂隙监测，确定地面井水力压裂的影响范围，为井下定向钻孔和底板穿层钻孔设计提供依据。

10、进一步，步骤s2中，井下定向钻孔沿煤层走向或倾向平行布置，分为定向压裂钻孔和定向抽采钻孔；钻孔施工时，先施工定向压裂钻孔，定向压裂钻孔施工完成后再施工定向抽采钻孔，定向钻孔施工完成后及时接入高负压瓦斯抽采系统进行瓦斯抽采。

11、进一步，定向压裂钻孔布置层位为煤层中部，设计间距为30～50m，并以实际压裂影响半径考察结果进行间距优化；定向抽采钻孔布置层位为煤层中下部，设计间距为15～20m，定向抽采钻孔沿施工方向每隔50～100m设计一个探顶分支钻孔，探顶分支钻孔必须穿透煤层顶板以上0.5m。

12、进一步，定向压裂钻孔的布置，根据地面裂隙监测确定的压裂影响范围进行设计，且压裂钻孔与地面钻孔的距离保持50m以上。

13、进一步，步骤s3中，在底板穿层钻孔设计时，综合考虑地面井压裂影响范围、井下定向钻孔抽采控制范围进行优化设计；钻孔布置在定向钻孔之间，避免各抽采钻孔之间相互串通影响补充抽采效果。

14、进一步，底板穿层钻孔呈扇形布置或平行布置，沿煤层走向间距为15～20m，且必须穿透煤层全厚至巷道顶板0.5m。

15、进一步，工作面回采过后，对地面井进行修复改造，进行工作面采空区瓦斯抽采以及用作防灭火观测、注浆或注氮防止采空区遗煤自燃，采用分层开采时进一步利用井下定向钻孔、底板穿层钻孔抽采卸压瓦斯，实现一孔多用功能。

16、本发明的有益效果在于：

17、(1)本发明以煤层水力压裂增透技术为基础手段，通过地面钻井水力压裂抽采，配合井下定向长钻孔二次水力压裂强化抽采、底板穿层钻孔补充抽采，形成了井上下协同递进抽采格局，大大提高了瓦斯抽采流量、抽采浓度和抽采效果，缩短了瓦斯预抽达标周期，可以有效缓解特厚高瓦斯煤层矿井抽、掘、采紧张的问题。

18、(2)本发明充分考虑了瓦斯抽采时空布局，克服了单一措施抽采效果差、综合措施相互交叉影响的问题，可有效降低瓦斯治理成本，提高煤层瓦斯利用，减少碳排放，为确保矿井安全生产提供了重要保障。

19、(3)本发明通过地面钻井进行区域大面积预抽，可以实现在井下不具备钻孔施工条件情况下，提前对区域煤层瓦斯进行抽采，适应了煤矿大区域瓦斯超前抽采的行业发展趋势。

20、(4)采用本发明中的方法，后期还可以对地面井进行修复改造，进行工作面采空区瓦斯抽采以及用作防灭火观测、注浆或注氮防止采空区遗煤自燃，采用分层开采时还可以进一步利用井下定向钻孔、底板穿层钻孔抽采卸压瓦斯，从而解决回采期间瓦斯治理问题，可以延长钻孔服务周期，实现一孔多用功能。

21、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，其特征在于：步骤s1中，地面井沿煤层走向或倾向平行布置，地面井间距为150～200m，且地面井穿透煤层全厚；

3.根据权利要求2所述的特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，其特征在于：在地面钻井水力压裂期间，通过地面裂隙监测，确定地面井水力压裂的影响范围，为井下定向钻孔和底板穿层钻孔设计提供依据。

4.根据权利要求1所述的特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，其特征在于：步骤s2中，井下定向钻孔沿煤层走向或倾向平行布置，分为定向压裂钻孔和定向抽采钻孔；钻孔施工时，先施工定向压裂钻孔，定向压裂钻孔施工完成后再施工定向抽采钻孔，定向钻孔施工完成后及时接入高负压瓦斯抽采系统进行瓦斯抽采。

5.根据权利要求4所述的特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，其特征在于：定向压裂钻孔布置层位为煤层中部，设计间距为30～50m，并以实际压裂影响半径考察结果进行间距优化；定向抽采钻孔布置层位为煤层中下部，设计间距为15～20m，定向抽采钻孔沿施工方向每隔50～100m设计一个探顶分支钻孔，探顶分支钻孔必须穿透煤层顶板以上0.5m。

6.根据权利要求5所述的特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，其特征在于：定向压裂钻孔的布置，根据地面裂隙监测确定的压裂影响范围进行设计，且压裂钻孔与地面钻孔的距离保持50m以上。

7.根据权利要求1所述的特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，其特征在于：步骤s3中，在底板穿层钻孔设计时，综合考虑地面井压裂影响范围、井下定向钻孔抽采控制范围进行优化设计；钻孔布置在定向钻孔之间，避免各抽采钻孔之间相互串通影响补充抽采效果。

8.根据权利要求7所述的特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，其特征在于：底板穿层钻孔呈扇形布置或平行布置，沿煤层走向间距为15～20m，且必须穿透煤层全厚至巷道顶板0.5m。

9.根据权利要求7所述的特厚煤层井上下协同递进抽采瓦斯的方法，其特征在于：工作面回采过后，对地面井进行修复改造，进行工作面采空区瓦斯抽采以及用作防灭火观测、注浆或注氮防止采空区遗煤自燃，采用分层开采时进一步利用井下定向钻孔、底板穿层钻孔抽采卸压瓦斯，实现一孔多用功能。

技术总结
本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域。涉及一种煤矿采煤工作面区域瓦斯先行抽采方法，包括S1：地面井水力压裂区域超前预抽、S2：井下定向钻孔分段水力压裂区域强化抽采、S3：底板穿层钻孔补充抽采。本发明以煤层水力压裂增透技术为基础手段，通过地面井区域超前预抽、井下定向钻孔强化抽采、底板穿层钻孔补充抽采等三级协同递进式抽采，有效解决特厚煤层原始瓦斯含量高、煤层透气性低、瓦斯抽采达标抽期长等问题，从而实现特厚高瓦斯煤层瓦斯的高效抽采，进而有效降低瓦斯治理成本，提高煤层瓦斯利用，减少碳排放，为确保矿井安全生产提供重要保障。

技术研发人员：黄光利,李志恒,王振,何云文,林府进,刘波,刘军,赵文华,李大勇,冯宁,冉庆雷,马平海,马智勇,贾立钢,刘俊,马望龙
受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14