一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法，有一個(gè)確定的高瓦斯煤層礦區(qū)，首先在所述礦區(qū)內(nèi)邊、沿所要挖掘巷道走向鉆兩個(gè)豎井，從距煤層1米至井口側(cè)壁用水泥固井；采用高壓水噴射擴(kuò)孔工藝進(jìn)行煤層擴(kuò)孔；然后使用空氣動(dòng)力造穴工藝將兩個(gè)已擴(kuò)孔的煤層孔之間進(jìn)行壓裂氣隙貫通；在距兩個(gè)豎井至少60米范圍的礦區(qū)內(nèi)鉆第三豎井，第三豎井進(jìn)入煤層后采用橫向鉆進(jìn)的方式分別與第一豎井和第二豎井連通，將第三豎井口密封，從第一豎井和第二豎井口抽氣直至瓦斯?jié)舛刃∮跇?biāo)準(zhǔn)值，本發(fā)明利用地面兩口直井和地面一口多分支水平井建立起地面與井下巷道揭煤區(qū)域的通道，能掏出更多的煤，抽采更多的瓦斯，大大降低了目標(biāo)煤層中的瓦斯含量和壓力，達(dá)到了“防突”目的。
【專利說明】一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦安全領(lǐng)域，特別涉及一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法，是一種防止深部瓦斯強(qiáng)烈突出煤層的瓦斯突出事故的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，對于井下石門或巷道揭煤存在安全風(fēng)險(xiǎn)的礦井，例如在正在開采煤礦區(qū)，在距離開采巷道一定距離的檢測到的礦區(qū)是一個(gè)高瓦斯區(qū)，為了消除待開采礦區(qū)的高壓高瓦斯，現(xiàn)在普遍采用井下鉆孔瓦斯預(yù)抽的方法。這種方法存在鉆孔工程量大、施工困難、成本投入高，抽采時(shí)間長、影響正常生產(chǎn)規(guī)劃，且有可能在鉆進(jìn)過程中，發(fā)生孔內(nèi)瓦斯突出和瓦斯超限事故的問題。特別對于向更深水平開拓的礦井，煤層瓦斯含量高、瓦斯壓力大，采用常規(guī)井下預(yù)抽的方法，產(chǎn)生的問題尤為突出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法，利用地面兩口直井和地面一口多分支水平井建立起地面與井下巷道揭煤區(qū)域的通道，能掏出更多的煤，抽采更多的瓦斯，大大降低了目標(biāo)煤層中的瓦斯含量和壓力，達(dá)到了“防突”目的。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是:
一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法:有一個(gè)確定的高瓦斯煤層礦區(qū)，首先在所述礦區(qū)邊沿內(nèi)，沿所要挖掘巷道走向在地面相距不大于15米范圍內(nèi)向下鉆兩個(gè)豎井，分別為第一豎井和第二豎井，兩個(gè)豎井固井后的井徑在150mm至200mm之間,兩個(gè)豎井的井底伸入煤層至少10米，從距煤層I米至井口側(cè)壁用水泥固井；采用高壓水噴射擴(kuò)孔工藝，將一個(gè)擴(kuò)孔用高壓水噴射鉆頭伸入到井底煤層將兩個(gè)豎井下的煤層孔擴(kuò)孔，然后將高壓水噴射鉆頭取出；使用空氣動(dòng)力造穴工藝將兩個(gè)已擴(kuò)孔的煤層孔之間進(jìn)行壓裂氣隙貫通；在距兩個(gè)豎井至少60米范圍的礦區(qū)內(nèi)地面鉆第三豎井，第三豎井進(jìn)入煤層后采用多分支水平鉆進(jìn)方式分別與第一豎井和第二豎井連通，將第三豎井口密封，從第一豎井和第二豎井口抽氣直至瓦斯?jié)舛刃∮跇?biāo)準(zhǔn)值。
[0005]方案進(jìn)一步是:所述方法進(jìn)一步包括:在采用高壓水噴射括孔工藝前，首先采用機(jī)械方式對煤層孔進(jìn)行擴(kuò)孔至少4倍于豎井孔徑。
[0006]方案進(jìn)一步是:所述方法進(jìn)一步包括:在所述第一豎井和第二豎井貫通之間通道中間段與所述第三豎井口通過從第三豎井口水平鉆進(jìn)連通。
[0007]方案進(jìn)一步是:所述高壓水噴射鉆頭包括鉆頭主體，主體一端是與鉆桿連接的連接頭，主體另一端是鉆刃頭，所述主體中間帶有與鉆桿輸水管道連通的輸水孔，所述連接頭和鉆刃頭之間、圍繞主體圓周相距120度角設(shè)置三個(gè)凹槽，凹槽沿主體軸上下交錯(cuò)排列，凹槽的底端設(shè)置有與輸水孔連通的噴嘴接口，通過接口可以更換固定不同孔徑的噴嘴，凹槽的深度保證噴嘴不凸出主體圓周表面，在兩個(gè)凹槽之間的主體上，沿軸向設(shè)置有反水槽。
[0008]方案進(jìn)一步是:采用高壓水噴射擴(kuò)孔工藝是:依次使用孔徑為6mm、8mm、10_的直孔噴嘴對煤層進(jìn)行擴(kuò)孔直至反水中沒有或只有少量煤屑被帶出；其工藝參數(shù)分別是:在鉆桿的輸水孔加入不小于12MPa的水壓、以每分鐘5至10轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)壓水噴射鉆頭、并以每分鐘0.1至0.2米的速度在煤層上下移動(dòng)鉆頭。
[0009]方案進(jìn)一步是:所述空氣動(dòng)力造穴工藝是:在第一豎井和第二豎井同時(shí)加氣壓和放氣，氣壓從3MPa開始逐級遞增直到?jīng)]有煤渣從豎井中帶出，所述逐級遞增的階梯是IMPa。
[0010]方案進(jìn)一步是:所述第一豎井和第二豎井的井徑是150_。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:利用地面兩口直井和地面一口多分支水平井建立起地面與井下巷道揭煤區(qū)域的通道，能掏出更多的煤，抽采更多的瓦斯，大大降低了目標(biāo)煤層中的瓦斯含量和壓力，達(dá)到了“防突”目的。
[0012]由于上述技術(shù)方法都是在地面實(shí)施，保證了施工安全，避免了井下鉆井可能誘發(fā)“孔突”的危險(xiǎn)。
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作一詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為方法中的豎井結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為高壓水噴射鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖，圖3的B-B視圖；
圖3為高壓水噴射鉆頭橫斷面示意圖，圖2的A-A視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法，在煤礦區(qū)經(jīng)過勘探有一個(gè)已經(jīng)確定的高瓦斯煤層礦區(qū)，首先在所述礦區(qū)邊沿內(nèi)，沿所要挖掘巷道走向在地面相距不大于15米范圍內(nèi)向下鉆兩個(gè)豎井，分別為第一豎井和第二豎井，兩個(gè)豎井固井后的井徑在150_至200mm之間,兩個(gè)豎井的井底伸入煤層至少10米，從距煤層I米至井口側(cè)壁用水泥固井；采用機(jī)械方式對煤層孔進(jìn)行擴(kuò)孔至少4倍于豎井孔徑，然后將一個(gè)擴(kuò)孔用高壓水噴射鉆頭伸入到井底煤層，采用高壓水噴射擴(kuò)孔工藝?yán)^續(xù)將兩個(gè)豎井下的煤層孔擴(kuò)孔，然后將高壓水噴射鉆頭取出；使用空氣動(dòng)力造穴工藝將兩個(gè)已擴(kuò)孔的煤層孔之間進(jìn)行壓裂氣隙貫通；在距兩個(gè)豎井至少60米范圍的礦區(qū)內(nèi)地面鉆第三豎井，并且第三豎井不是與第一豎井和第二豎井在一條直線上，最佳位置是在第一豎井和第二豎井之間的中間位置；第三豎井進(jìn)入煤層后采用多分支水平鉆進(jìn)的方式分別與第一豎井和第二豎井連通，將第三豎井口密封，從第一豎井和第二豎井口抽氣直至瓦斯?jié)舛刃∮跇?biāo)準(zhǔn)值。
[0016]其中，為了加快排氣，可以在所述第一豎井和第二豎井貫通之間通道中間段與所述第三豎井口通過從第三豎井口水平鉆進(jìn)連通。。
[0017]具體方式如圖1所示，第一豎井I和第二豎井2采用的鉆井流程是:
a.一開Φ311.15mm開孔，進(jìn)入基巖20m后下J55鋼級、外徑Φ244.5的套管3，固井水泥返出地面。然后二開Φ215.9_鉆進(jìn)，完鉆井深至目標(biāo)煤層底板10m，井底位移不超兩米，常規(guī)煤炭測井，填砂至煤層上部lm，下入J55鋼級、外徑Φ177.8的套管4、下入井深距離煤層Im固井水泥返出地面。
[0018]b.三開Φ152.4mm鉆至井底5,循環(huán)出沙子；機(jī)械擴(kuò)孔至500mm,然后高壓水力噴射，最后空氣造穴至形成穩(wěn)定洞穴，循環(huán)出煤；
C.采用空氣動(dòng)力造穴的方法進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)孔，洗井，盡肯能多的循環(huán)出井內(nèi)煤屑。如果第一豎井和第二豎井沒有聯(lián)通，通過高壓泵車，在第一豎井或第二豎井注入高壓，最大壓力至25MPa，壓通第一豎井和第二豎井，壓通后循環(huán)洗井。
[0019]第三豎井6采用的鉆井流程是:
a.一開Φ311.15_開孔，進(jìn)入基巖20m后下J55鋼級、外徑Φ 244.5套管，固井水泥返出地面。二開采用Φ215.9mm鉆頭直井段鉆至設(shè)計(jì)深度開始造斜，鉆進(jìn)煤層著陸，著陸點(diǎn)復(fù)合設(shè)計(jì)要求的井斜和方位，然后J55鋼級、外徑Φ 177.8套管、下入井深距離煤層lm，固井水泥返出地面。三開采用Φ152.4_鉆頭，分別與第一豎井和第二豎井進(jìn)行連通。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，是否需要在第一豎井和第二豎井之間鉆第三個(gè)分支，如果需要再施工第三個(gè)分支，靶點(diǎn)在I號直井與2號直井中間。
[0020]b.水平井與I號直井連通后，更換鉆具采用高壓水力噴射擴(kuò)孔，之后采用I號直井注氣，水平井注水循環(huán)出煤屑。側(cè)鉆實(shí)現(xiàn)水平井與I號直井連通，采取與I號直井一樣的方式擴(kuò)孔。根據(jù)需要是否在第一豎井和第二豎井打分支。
[0021]實(shí)施例中:如圖2和圖3所示，所述高壓水噴射鉆頭包括鉆頭主體7，主體一端是與鉆桿連接的連接頭701，主體另一端是鉆刃頭702，所述主體中間帶有與鉆桿輸水管道連通的輸水孔703，所述連接頭和鉆刃頭之間、圍繞主體圓周相距120度角設(shè)置三個(gè)凹槽704，凹槽沿主體軸上下交錯(cuò)排列，凹槽的底端設(shè)置有與輸水孔連通的噴嘴接口，通過接口可以更換固定不同孔徑的噴嘴705，凹槽的深度保證噴嘴不凸出主體圓周表面，在兩個(gè)凹槽之間的主體上，沿軸向設(shè)置有反水槽706;所述多個(gè)凹槽沿主體軸向交錯(cuò)排列，所述凹槽有三個(gè)，三個(gè)凹槽圍繞主體圓周相距120度角設(shè)置，所述三個(gè)凹槽沿主體軸向相距10mm至150mm交錯(cuò)排列；所述反水槽為弧形反水槽，弧形反水槽的深度是主體半徑的三分之一至四分之一，弧形反水槽的開口寬度是凹槽之間弧線距離的三分之二至二分之一；所述鉆刃頭為圓錐體，在圓錐體側(cè)壁上鑲嵌有合金切削刃條707。所述噴嘴是噴水孔徑為6_、8_、1mm的直孔噴嘴。
[0022]實(shí)施例中:采用高壓水噴射擴(kuò)孔工藝是:依次使用孔徑為6mm、8mm、1mm的直孔噴嘴對煤層進(jìn)行擴(kuò)孔直至反水中沒有或只有少量煤屑被帶出；其工藝參數(shù)分別是:在鉆桿的輸水孔加入不小于12MPa的水壓、以每分鐘5至10轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)壓水噴射鉆頭、并以每分鐘0.1至0.2米的速度在煤層上下移動(dòng)鉆頭。
[0023]實(shí)施例中:所述空氣動(dòng)力造穴工藝是一種在煤礦開采中廣泛使用的一種成熟工藝，它是采用密封井口、加入高壓氣，然后放氣的方式對井內(nèi)的煤層進(jìn)行震裂與開挖，本實(shí)施例利用這一技術(shù)疏通兩個(gè)豎井的煤層，具體的方式是:在第一豎井第二豎井同時(shí)加氣壓和放氣，或者分別在第一豎井第二豎井同時(shí)加氣壓和放氣，氣壓從3MPa開始逐級遞增直到?jīng)]有煤渣從豎井中帶出，所述逐級遞增的階梯是IMPa。
[0024]作為一個(gè)優(yōu)選:所述第一豎井和第二豎井的井徑是150_。
[0025]采用上述實(shí)施例方法后，由于技術(shù)方法都是在地面實(shí)施，保證了施工安全，避免了井下鉆井可能誘發(fā)“孔突”的危險(xiǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法，有一個(gè)確定的高瓦斯煤層礦區(qū)，其特征在于，首先在所述礦區(qū)邊沿內(nèi)，沿所要挖掘巷道走向在地面相距不大于15米范圍內(nèi)向下鉆兩個(gè)豎井，分別為第一豎井和第二豎井，兩個(gè)豎井固井后的井徑在150_至200mm之間,兩個(gè)豎井的井底伸入煤層至少10米，從距煤層I米至井口側(cè)壁用水泥固井；采用高壓水噴射擴(kuò)孔工藝，將一個(gè)擴(kuò)孔用高壓水噴射鉆頭伸入到井底煤層將兩個(gè)豎井下的煤層孔擴(kuò)孔，然后將高壓水噴射鉆頭取出；使用空氣動(dòng)力造穴工藝將兩個(gè)已擴(kuò)孔的煤層孔之間進(jìn)行壓裂氣隙貫通；在距兩個(gè)豎井至少60米范圍的礦區(qū)內(nèi)地面鉆第三豎井，第三豎井進(jìn)入煤層后采用多分支水平鉆進(jìn)方式分別與第一豎井和第二豎井連通，將第三豎井口密封，從第一豎井和第二豎井口抽氣直至瓦斯?jié)舛刃∮跇?biāo)準(zhǔn)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括:在采用高壓水噴射擴(kuò)孔工藝前，首先采用機(jī)械方式對煤層孔進(jìn)行擴(kuò)孔至少4倍于豎井孔徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括:在所述第一豎井和第二豎井貫通之間通道中間段與所述第三豎井口通過從第三豎井口水平鉆進(jìn)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法，其特征在于，所述高壓水噴射鉆頭包括鉆頭主體，主體一端是與鉆桿連接的連接頭，主體另一端是鉆刃頭，所述主體中間帶有與鉆桿輸水管道連通的輸水孔，所述連接頭和鉆刃頭之間、圍繞主體圓周相距120度角設(shè)置三個(gè)凹槽，凹槽沿主體軸上下交錯(cuò)排列，凹槽的底端設(shè)置有與輸水孔連通的噴嘴接口，通過接口可以更換固定不同孔徑的噴嘴，凹槽的深度保證噴嘴不凸出主體圓周表面，在兩個(gè)凹槽之間的主體上，沿軸向設(shè)置有反水槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法，其特征在于，采用高壓水噴射擴(kuò)孔工藝是:依次使用孔徑為6mm、8mm、10mm的直孔噴嘴對煤層進(jìn)行擴(kuò)孔直至反水中沒有或只有少量煤屑被帶出；其工藝參數(shù)分別是:在鉆桿的輸水孔加入不小于12MPa的水壓、以每分鐘5至10轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)壓水噴射鉆頭、并以每分鐘0.1至0.2米的速度在煤層上下移動(dòng)鉆頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法，其特征在于，所述空氣動(dòng)力造穴工藝是:在第一豎井和第二豎井同時(shí)加氣壓和放氣，氣壓從3MPa開始逐級遞增直到?jīng)]有煤渣從豎井中帶出，所述逐級遞增的階梯是IMPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)突煤層預(yù)抽防突方法，其特征在于，所述第一豎井和第二豎井的井徑是150_。
【文檔編號】E21F7/00GK104265357SQ201410512008
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】陰慧勝, 楊濤, 張才, 杜博野, 丁祥發(fā) 申請人:北京大地高科煤層氣工程技術(shù)研究院