一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法与流程

本发明涉及煤矿井下瓦斯抽采，尤其涉及一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法。

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瓦斯抽采方法，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定向钻孔作业，形成主孔穿层段，主孔穿层段贯穿至下部目标煤体后进行顺煤层水平钻进，直至完成预定主孔水平长度钻进作业；

4、s2、在主孔水平段进行多个探顶分支钻孔规划及钻进作业；

5、s3、在主孔水平段起点位置沿同一水平面进行多条水平分支钻孔规划及钻进作业；

6、s4、依照s2对探顶分支钻孔的规划，在每个水平分支钻孔上施工多个探顶分支钻孔规划及钻进作业；

7、s5、在主孔穿层段出口位置处进行瓦斯抽采作业。

8、本发明利用水平分支钻孔和探顶分支钻孔的设置，优化了原本的穿层钻孔抽采技术，将主孔作为抽采孔，在煤层内部建立立体且覆盖范围更大的抽采孔道网络结构，有效减少了钻孔工程的工作量，节约了成本，并且充分利用了界面处瓦斯导流通道对瓦斯抽采的促进作用，提高了含矸煤层瓦斯抽采效率。

9、可选地，所述主孔穿层段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，且主孔水平段以及若干所述水平分支钻孔均在煤下层中进行钻进作业。

10、进一步地，所述探顶分支钻孔自起始处朝向保护层方向依次贯穿煤下层、夹矸煤层至煤上层。

11、进一步地，在s2中，根据被保护层开采卸压后钻孔抽采有效半径、截面导流效果以及主孔水平段的长度，来对探顶分支钻孔的起点、间距及数量进行规划。

12、进一步地，对探顶分支钻孔起点、间距及数量的规划，包括以下步骤：

13、s21、在目标含夹矸煤层获取大块原煤试样、保留原位截面结构的煤岩组合体试样以及岩石试样，并将采集的试样加工制作为标准试样；

14、s22、对架构后的标准试样进行试验，用以获取对应夹矸煤层中各个试样的基本物理参数，并依据各个试样的基本物理参数模拟获得各煤、岩层固气耦合基本物理参数；

15、s23、采用数值模拟软件，根据实际施工地层结构，对地层结构进行包含夹矸煤层网格模型建立，并将s22的各个参数带入该模型，模拟获得有效抽采半径及截面对瓦斯导流影响半径；

16、s24、根据模拟所得抽采半径，确定探顶分支钻孔的间距，并根据主孔水平段长度信息确定每个探顶分支钻孔的起点及数量。

17、进一步地，所述探顶分支钻孔之间的分布间距不大于瓦斯有效抽采半径的2倍。

18、进一步地，在s41中，加工为直径50mm*高度100mm的标准试样。

19、进一步地，s22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。

20、进一步地，在s23中，模拟软件采用comsolmu lt iphys ics数值模拟软件。

21、进一步地，在s3中，依据探顶分支钻孔之间的分布间距范围、瓦斯有效抽采半径以及截面对瓦斯导流影响半径对水平分支钻孔的数量及间距进行规划。

22、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。

23、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：

1.一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法，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瓦斯抽采方法，其特征在于，所述主孔穿层段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，且主孔水平段以及若干所述水平分支钻孔均在煤下层中进行钻进作业。

3.如权利要求1所述的一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法，其特征在于，所述探顶分支钻孔自起始处朝向保护层方向依次贯穿煤下层、夹矸煤层至煤上层。

4.如权利要求1所述的一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法，其特征在于，在s2中，根据被保护层开采卸压后钻孔抽采有效半径、截面导流效果以及主孔水平段的长度，来对探顶分支钻孔的起点、间距及数量进行规划。

5.如权利要求4所述的一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法，其特征在于，对探顶分支钻孔起点、间距及数量的规划，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法，其特征在于，所述探顶分支钻孔之间的分布间距不大于瓦斯有效抽采半径的2倍。

7.根据权利要求5所述的一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法，其特征在于，在s41中，加工为直径50mm*高度100mm的标准试样。

8.根据权利要求5所述的一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法，其特征在于，s22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。

9.根据权利要求5所述的一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法，其特征在于，在s23中，模拟软件采用comsol multiphysics数值模拟软件。

10.根据权利要求6所述的一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法，其特征在于，在s3中，依据探顶分支钻孔之间的分布间距范围、瓦斯有效抽采半径以及截面对瓦斯导流影响半径对水平分支钻孔的数量及间距进行规划。

11.如权利要求1所述的一种含夹矸煤层瓦斯抽采方法，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瓦斯抽采方法，包括以下步骤：S1、在煤体保护层进行主孔定向钻孔作业形成主孔穿层段，贯穿至下部目标煤体后进行顺煤层水平钻进；S2、在主孔水平段进行多个探顶分支钻孔规划及钻进作业；S3、在主孔水平段起点位置沿同一水平面进行多条水平分支钻孔规划及钻进作业；S4、依照S2对探顶分支钻孔的规划，在每个水平分支钻孔上施工多个探顶分支钻孔规划及钻进作业；S5、在主孔穿层段出口位置处进行瓦斯抽采作业。本发明利用水平分支钻孔和探顶分支钻孔的设置，在煤层内部建立立体且覆盖范围更大的抽采孔道网络结构，减少钻孔工程的工作量，利用界面处瓦斯导流通道对瓦斯抽采的促进作用，提高含夹矸煤层瓦斯抽采效率。

技术研发人员：蔡永博,张彦禄,齐庆杰,刘英杰,任仰辉,程业,孙祚,柴佳美
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：2024/4/8