一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法与流程

本发明涉及煤矿井下瓦斯抽采，尤其涉及一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法。

背景技术：

1、随着现代化煤矿生产的发展，其规模日趋扩大，生产过程中存在能量巨大的潜在危险源，伴随着多种灾害事故的发生，如瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事故等。但同时瓦斯又是储量丰富、清洁、高效的新型能源。因此安全有效地抽采瓦斯不仅能够减少矿井事故的发生，并且能够作为清洁能源用于工业发电、汽车燃气和日常生活用气等，进而获得较好的环境效益。

2、目前，被保护层卸压瓦斯抽采的方法主要有井下穿层钻孔抽采、地面钻井抽采两种。地面钻井抽采卸压瓦斯的方法在全国多个矿区的保护层开采工作面得到了应用，并取得了一定的成果，但是其整体应用效果并不理想。究其原因，主要是采用地面钻井抽采被保护层的卸压瓦斯时，经常出现塌井、堵井等情况。井下穿层钻孔抽采方法比较稳定，通过煤层顶板或底板开掘巷道向被抽采煤层打钻孔进行瓦斯抽采，以降低被抽采煤层在采掘过程中瓦斯涌出量和突出危险性，且对保护层保护效果的考察也比较方便，因此被广泛使用。

3、但是，井下穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯的方法钻孔工程量大，要占用大量的人力、物力资源。根据相关研究可知，夹矸对瓦斯穿层流动具有阻碍作用，严重制约着含夹矸保护层瓦斯卸压抽采效率。而穿层钻孔能够削弱夹矸层对瓦斯的穿层流动作用影响。同时定向穿层钻孔能与界面导流通道联通，在界面处形成多个影响一定范围的抽采负压区，利于瓦斯向界面处解吸并通过界面导流作用汇集至钻孔，从而提高含夹矸煤层瓦斯抽采效率。因此，需要对钻孔布孔方式进行优化，节约人力物力成本。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为达到上述目的，本发明提出了一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，包括以下步骤：

3、s1、在煤体保护层使用钻机按照预定倾角向保护层内进行主孔穿层钻孔作业，主孔贯穿夹矸煤层至目标岩层；

4、s2、采用模拟软件，对主孔穿过的煤层区域的实际地层结构进行包含夹矸煤层的模型建立作业；

5、s3、对夹矸煤层进行煤样采集，并对煤样进行试验，获取夹矸煤层煤样的基本物理参数以及各煤岩层固气耦合模型基本物理参数，并将其带入s2步骤的模型中，获得煤岩层中钻孔有效抽采半径，并对模型进行横向波浪穿层钻孔的模型补充建模和规划；

6、s4、按照s3中横向波浪穿层钻孔的模拟规划，以主孔到达目标岩层尾端为起点，进行横向波浪穿层钻孔的钻进作业；

7、s5、在s2的模型中平行于横向波浪穿层钻孔进行多个分支波浪穿层钻孔的模型建立，并依据该模型进行分支波浪穿层钻孔的钻进作业。

8、本发明的通过建立与主孔连通的横向波浪穿层钻孔以及多个分支波浪穿层钻孔，可以对各个岩层进行充分的穿透，各个岩层铰接处的瓦斯导流通道与横向波浪穿层钻孔以及分支波浪穿层钻孔连通，充分利用了岩层交界面处瓦斯导流通道对瓦斯的抽采促进作用，提高了含矸煤层的瓦斯抽采效率，同时利用横向波浪钻孔以及波浪穿层钻孔优化了传统的钻孔布置方式，形成了立体的抽采网络，有效减小了钻孔工程量并且提高了抽采效率。

9、可选地，s1中，所述主孔自保护层钻孔开口处朝向远离保护层的煤层方向，且依次贯穿煤层顶板、煤上层、夹矸煤层至煤下层。

10、进一步地，在s3中，标准试样的加工规格为直径50mm*高度100mm。

11、进一步地，在s3中，试验获得原煤试样以及岩石试样的基本力学参数，包括弹性模量以及泊松比，采用三轴同步加载-渗流试验设备测试试样的渗透率，并获得试样全应力应变-渗透率变化曲线，同时获得定轴压卸围压条件下界面结构渗透率变化曲线。

12、进一步地，所述横向波浪穿层钻孔自主孔尾端起始，朝向保护层方向依次贯穿煤下层、夹矸煤层至煤上层后，再改变方向依次穿过煤上层、夹矸煤层至煤下层，以此为一个周期的波浪孔段，横向波浪穿层孔连续设置有多个周期的波浪孔段。

13、进一步地，所述分支波浪穿层钻孔均与所述主孔连通设置，且所述分支波浪钻孔与所述横向波浪穿层钻孔平行布置。

14、进一步地，所述分支波浪钻孔之间的分布间距以及分支波浪钻孔与横向波浪穿层钻孔之间的间距，均不大于瓦斯有效抽采半径的2倍。

15、进一步地，在单个周期内，横向波浪穿层钻孔对称钻孔部位之间的间距不应大于瓦斯有效抽采半径的2倍。

16、进一步地，完成s5步骤后，形成包含主孔、横向波浪穿层钻孔以及多条分支波浪钻孔的立体网络抽采模型，建立数据库对该模型进行数据保存，并建立数据匹配调用模块，供后续施工进行模型数据调用。

17、进一步地，s1中，所述主孔自保护层钻孔开口处朝向远离保护层的煤层方向，且依次贯穿煤层顶板、煤上层、多个夹矸煤层至煤下层。

18、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，其特征在于，s1中，所述主孔自保护层钻孔开口处朝向远离保护层的煤层方向，且依次贯穿煤层顶板、煤上层、夹矸煤层至煤下层。

3.如权利要求1所述的一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，其特征在于，在s3中，标准试样的加工规格为直径50mm*高度100mm。

4.如权利要求1所述的一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，其特征在于，在s3中，试验获得原煤试样以及岩石试样的基本力学参数，包括弹性模量以及泊松比，采用三轴同步加载-渗流试验设备测试试样的渗透率，并获得试样全应力应变-渗透率变化曲线，同时获得定轴压卸围压条件下界面结构渗透率变化曲线。

5.如权利要求1所述的一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，其特征在于，所述横向波浪穿层钻孔自主孔尾端起始，朝向保护层方向依次贯穿煤下层、夹矸煤层至煤上层后，再改变方向依次穿过煤上层、夹矸煤层至煤下层，以此为一个周期的波浪孔段，横向波浪穿层孔连续设置有多个周期的波浪孔段。

6.如权利要求5所述的一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，其特征在于，所述分支波浪穿层钻孔均与所述主孔连通设置，且所述分支波浪钻孔与所述横向波浪穿层钻孔平行布置。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，其特征在于，所述分支波浪钻孔之间的分布间距以及分支波浪钻孔与横向波浪穿层钻孔之间的间距，均不大于瓦斯有效抽采半径的2倍。

8.如权利要求5任一项所述的一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，其特征在于，在单个周期内，横向波浪穿层钻孔对称钻孔部位之间的间距不应大于瓦斯有效抽采半径的2倍。

9.如权利要求1所述的一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，其特征在于，完成s5步骤后，形成包含主孔、横向波浪穿层钻孔以及多条分支波浪钻孔的立体网络抽采模型，建立数据库对该模型进行数据保存，并建立数据匹配调用模块，供后续施工进行模型数据调用。

10.如权利要求1所述的一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，其特征在于，s1中，所述主孔自保护层钻孔开口处朝向远离保护层的煤层方向，且依次贯穿煤层顶板、煤上层、多个夹矸煤层至煤下层。

技术总结
本发明公开了一种含夹矸煤层卸压瓦斯抽采定向钻孔布置方法，包括以下步骤：S1、进行主孔穿层钻孔作业；S2、采用模拟软件，对主孔穿过的煤层区域的实际地层结构进行包含夹矸煤层的模型建立作业；S3、对夹矸煤层进行煤样试验，获取夹矸煤层煤样的基本物理参数以及各煤岩层固气耦合模型基本物理参数，获得煤岩层中钻孔有效抽采半径，并对模型进行探顶分支钻孔的模型补充建模和规划；S4、以主孔到达目标岩层尾端为起点，进行横向波浪穿层钻孔的钻进作业；S5、在模型中平行于横向波浪穿层钻孔进行多个分支波浪穿层钻孔的模型建立，并依据该模型进行分支波浪穿层钻孔的钻进作业。该发明利用界面处瓦斯导流通道对瓦斯抽采的促进作用，提高了抽采效率。

技术研发人员：蔡永博,齐庆杰,周天白,徐超,刘英杰,柴佳美,孙祚,崔大尉,程业
受保护的技术使用者：煤炭科学研究总院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7