一種井上井下聯(lián)合卸壓消突煤層快速掘巷法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低滲、高突煤層瓦斯卸壓消突和煤層快速掘巷領(lǐng)域，尤其適合于煤層地應(yīng)力各向基本同性的煤層快速掘巷。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣(瓦斯)是煤的礦產(chǎn)資源，主要以吸附態(tài)形式賦存于煤層中。隨著我國(guó)部分礦井開采深度不斷增加，瓦斯含量增高，瓦斯存儲(chǔ)壓力增大，且由于我國(guó)煤層氣儲(chǔ)層透氣性差等原因，賦存于煤層中的瓦斯對(duì)煤層快速掘巷和開采等工作帶來巨大的安全隱患，危險(xiǎn)性加大。因此，在高瓦斯含量煤層的掘巷中必須先對(duì)其進(jìn)行卸壓消突。
[0003]目前，我國(guó)在煤層快速掘巷過程中用于瓦斯卸壓消突的方法主要有兩種。一種方法是，在井下掘巷過程中，對(duì)采掘工作面進(jìn)行合理的布孔并打鉆，在水平孔中安裝壓裂管道，壓裂管道進(jìn)口處與煤層工作面之間進(jìn)行封堵，利用水力壓裂對(duì)待采煤層進(jìn)行壓裂，以期降低待采煤層瓦斯含量和壓力。但由于水力壓裂過程中水壓達(dá)到30MPa以上，壓裂管道進(jìn)口處與煤層工作面之間易發(fā)生誘導(dǎo)突出事故，該方法達(dá)不到消突目的，且危險(xiǎn)系數(shù)較高。另一種方法是從地面打直井到煤層合理位置進(jìn)行水力壓裂，采取井上抽采技術(shù)對(duì)待采煤層卸壓消突。由于開采深度增加，該方法對(duì)煤層瓦斯抽采周期長(zhǎng)，且存在盲區(qū)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種井上井下聯(lián)合卸壓消突煤層快速掘巷方法，采用地面直井水力壓裂和井下鉆水平抽采孔卸壓消突相結(jié)合的方法，解決現(xiàn)有兩種技術(shù)中存在的問題。
[0005]為解決以上問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)措施(步驟)實(shí)現(xiàn):
(O由目標(biāo)煤層分布特點(diǎn)，確定煤層掘進(jìn)巷道，根據(jù)水力壓裂影響區(qū)和煤層地應(yīng)力方向，在地面進(jìn)行布井設(shè)計(jì)；
(2 )在地面布井位置鉆直井至目標(biāo)煤層，煤層頂板以上采取套管完井，煤層頂板以下采取復(fù)合材料完井；
(3)在地面利用高壓水力壓裂泵依次對(duì)地面直井注入高壓水，對(duì)目標(biāo)煤層進(jìn)行水力壓裂，進(jìn)行煤層結(jié)構(gòu)再造，增大煤層導(dǎo)流能力；
(4)利用地面瓦斯抽采裝置，通過地面直井對(duì)目標(biāo)煤層進(jìn)行瓦斯抽采，直至無法排采為止;
(5)在目標(biāo)煤層掘進(jìn)巷道工作面上合理布孔鉆水平抽采孔，形成水平抽采孔影響區(qū)，水平抽采孔影響區(qū)與水力壓裂影響區(qū)溝通，形成瓦斯運(yùn)移通道，增大煤層透氣性；
(6)在煤層掘進(jìn)巷道中設(shè)置井下瓦斯抽采裝置通過水平抽采孔對(duì)目標(biāo)煤層進(jìn)行二次瓦斯抽采，直至目標(biāo)煤層瓦斯含量和壓力到達(dá)安全開采標(biāo)準(zhǔn)以下為止；
(7)經(jīng)過兩次對(duì)目標(biāo)煤層瓦斯抽采處理后，達(dá)到煤層卸壓消突目的，可采用常規(guī)煤層快速掘巷技術(shù)對(duì)目標(biāo)煤層進(jìn)行掘巷； (8)根據(jù)水平抽采孔的影響區(qū)范圍，確定目標(biāo)煤層掘進(jìn)距離，重復(fù)(5)?(7)，直至整個(gè)煤層巷道掘進(jìn)工作完成。
[0006]所述地面直井的數(shù)量和分布情況，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、目標(biāo)煤層分布特點(diǎn)、煤層地應(yīng)力方向和水力壓裂作用范圍共同確定，水力壓裂范圍須覆蓋整個(gè)煤層掘進(jìn)巷道；所述井下水平抽采孔數(shù)量和分布情況，應(yīng)根據(jù)井下巷道煤層工作面大小、煤層分布特點(diǎn)和地面直井水力壓裂作用范圍共同確定；所述井下水平抽采孔向前鉆進(jìn)距離，應(yīng)根據(jù)井下瓦斯抽采裝置抽采能力大小確定。
[0007]本發(fā)明有益效果如下:
本發(fā)明所采用的一種井上井下聯(lián)合卸壓消突煤層快速掘巷方法，利用多個(gè)地面直井對(duì)目標(biāo)煤層進(jìn)行水力壓裂，在目標(biāo)煤層中形成有規(guī)律的壓裂帶，利用地面瓦斯抽采技術(shù)對(duì)目標(biāo)煤層進(jìn)行預(yù)先瓦斯抽采，降低煤層瓦斯含量與壓力；同時(shí)在井下巷道中對(duì)目標(biāo)煤層工作面進(jìn)行布孔鉆水平孔，利用井下抽采技術(shù)對(duì)目標(biāo)煤層進(jìn)行再一次的瓦斯抽采，最終達(dá)到煤層瓦斯含量安全標(biāo)準(zhǔn)一下，井上井下聯(lián)合卸壓消突方法可更大程度的使卸壓通道增多，煤層卸壓空間增大，煤層透氣性增強(qiáng)，給煤層內(nèi)部卸壓、瓦斯釋放和流動(dòng)創(chuàng)造有利條件，使得煤層瓦斯含量達(dá)到可采標(biāo)準(zhǔn)，降低安全隱患，實(shí)現(xiàn)煤層快速掘巷。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的井上井下聯(lián)合卸壓消突煤層快速掘巷整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的地面直井水力壓裂影響區(qū)示意圖；
圖3為本發(fā)明的井下水平抽采孔分布示意圖；
圖中標(biāo)記為:1:目標(biāo)煤層；2:地面；3:地面直井；4:煤層頂板；5:水平抽采孔；6:掘進(jìn)巷道工作面；7:煤層底板；8:水力壓裂影響區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0009]以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步描述:
所述的一種井上井下聯(lián)合卸壓消突煤層快速掘巷法，如圖1、圖2和圖3所示，具體實(shí)施步驟如下:
步驟1:由目標(biāo)煤層I分布特點(diǎn)，確定煤層掘進(jìn)巷道，根據(jù)水力壓裂影響區(qū)8和煤層地應(yīng)力方向，在地面2進(jìn)行布井設(shè)計(jì)；
步驟2:在地面2布井位置鉆直井3至煤層底板7，煤層頂板4以上采取套管完井，煤層頂板4以下采取復(fù)合材料完井；
步驟3:在地面利用高壓水力壓裂泵依次對(duì)地面直井3注入高壓水，對(duì)目標(biāo)煤層I進(jìn)行水力壓裂，使煤層結(jié)構(gòu)再造，增大煤層導(dǎo)流能力；
步驟4:利用地面瓦斯抽采裝置，通過地面直井3對(duì)目標(biāo)煤層I進(jìn)行瓦斯抽采，直至無法排采為止；
步驟5:在目標(biāo)煤層I掘進(jìn)巷道工作面6上合理布孔鉆水平抽采孔5，形成水平抽采孔5影響區(qū)，水平抽采孔5影響區(qū)與水力壓裂影響區(qū)8溝通，形成瓦斯運(yùn)移通道，增大煤層透氣性；
步驟6:在煤層掘進(jìn)巷道中設(shè)置井下瓦斯抽采裝置通過水平抽采孔5對(duì)目標(biāo)煤層I進(jìn)行二次瓦斯抽采，直至目標(biāo)煤層I瓦斯含量和壓力到達(dá)安全開采標(biāo)準(zhǔn)以下為止；
步驟7:經(jīng)過兩次對(duì)目標(biāo)煤層I瓦斯抽采處理后，達(dá)到煤層卸壓消突目的，可采用常規(guī)煤層快速掘巷技術(shù)對(duì)目標(biāo)煤層I進(jìn)行掘巷；
步驟8:根據(jù)水平抽采孔的影響區(qū)范圍，確定巷道掘進(jìn)距離，重復(fù)步驟5?7，直至整個(gè)煤層巷道掘進(jìn)工作完成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種井上井下聯(lián)合卸壓消突煤層快速掘巷法，包括以下幾個(gè)步驟，其特征在于: 步驟1:由目標(biāo)煤層(I)分布特點(diǎn)，確定煤層掘進(jìn)巷道，根據(jù)水力壓裂影響區(qū)(8)和煤層地應(yīng)力方向，在地面(2)進(jìn)行布井設(shè)計(jì)； 步驟2:在地面(2 )布井位置鉆直井(3 )至煤層底板(7 )，煤層頂板(4 )以上采取套管完井，煤層頂板(4)以下采取復(fù)合材料完井； 步驟3:在地面利用高壓水力壓裂泵依次對(duì)地面直井(3)注入高壓水，對(duì)目標(biāo)煤層(I)進(jìn)行水力壓裂，使煤層結(jié)構(gòu)再造，增大煤層導(dǎo)流能力； 步驟4:利用地面瓦斯抽采裝置，通過地面直井(3)對(duì)目標(biāo)煤層(I)進(jìn)行瓦斯抽采，直至無法排采為止； 步驟5:在目標(biāo)煤層(I)掘進(jìn)巷道工作面(6 )上合理布孔鉆水平抽采孔(5 )，形成水平抽采孔(5)影響區(qū)，水平抽采孔(5)影響區(qū)與水力壓裂影響區(qū)(8)溝通，形成瓦斯運(yùn)移通道，增大煤層透氣性； 步驟6:在煤層掘進(jìn)巷道中設(shè)置井下瓦斯抽采裝置通過水平抽采孔(5)對(duì)目標(biāo)煤層(I)進(jìn)行二次瓦斯抽采，直至目標(biāo)煤層(I)瓦斯含量和壓力到達(dá)安全開采標(biāo)準(zhǔn)以下為止； 步驟7:經(jīng)過兩次對(duì)目標(biāo)煤層(I)瓦斯抽采處理后，達(dá)到煤層卸壓消突目的，可采用常規(guī)煤層快速掘巷技術(shù)對(duì)目標(biāo)煤層(I)進(jìn)行掘巷； 步驟8:根據(jù)水平抽采孔的影響區(qū)范圍，確定巷道掘進(jìn)距離，重復(fù)步驟5?7，直至整個(gè)煤層巷道掘進(jìn)工作完成。2.如權(quán)利要求1所述的一種井上井下聯(lián)合卸壓消突煤層快速掘巷法，其特征在于:地面直井的數(shù)量和分布情況，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、目標(biāo)煤層分布特點(diǎn)、煤層地應(yīng)力方向和水力壓裂作用范圍共同確定，水力壓裂范圍須覆蓋整個(gè)煤層掘進(jìn)巷道。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種井上井下聯(lián)合卸壓消突煤層快速掘巷法，其特征在于:井下水平抽采孔數(shù)量和分布情況，應(yīng)根據(jù)井下巷道煤層工作面大小、煤層分布特點(diǎn)和地面直井水力壓裂作用范圍共同確定。4.如權(quán)利要求1、2或3所述的一種井上井下聯(lián)合卸壓消突煤層快速掘巷法，其特征在于:井下水平抽采孔向前鉆進(jìn)距離，由井下瓦斯抽采裝置抽采能力大小確定。5.如權(quán)利要求1、2、3、或4所述的一種井上井下聯(lián)合卸壓消突煤層快速掘巷法，其特征在于:煤層快速掘巷距離，應(yīng)根據(jù)水平抽采孔向前鉆進(jìn)距離和煤層中瓦斯含量與壓力決定。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種井上井下聯(lián)合卸壓消突煤層快速掘巷方法，首先，在目標(biāo)煤層（1）的地面（2）部分鉆設(shè)直井（3），并利用高壓水力壓裂泵對(duì)目標(biāo)煤層（1）進(jìn)行煤層再造；然后，在地面直井（3）處設(shè)置地面瓦斯抽采裝置，對(duì)目標(biāo)煤層（1）進(jìn)行瓦斯抽采處理；其次，在目標(biāo)煤層（1）掘進(jìn)巷道工作面（4）上合理布孔并鉆設(shè)抽采孔（5），設(shè)置井下瓦斯抽采裝置對(duì)目標(biāo)煤層（1）進(jìn)行二次瓦斯抽采處理，直到煤層瓦斯含量和壓力到達(dá)安全開采標(biāo)準(zhǔn)以下為止；然后，對(duì)已卸壓消突煤層快速掘巷。本發(fā)明為低滲高突煤層快速掘巷提供了新解決方法。
【IPC分類】E21F7/00
【公開號(hào)】CN105019935
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410151121
【發(fā)明人】馮立杰, 王金鳳, 翟雪琪, 王延峰, 岳俊舉, 潘云波, 張博, 盧明, 秦穎, 王亞州, 王宇彬
【申請(qǐng)人】鄭州大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2014年4月16日