[發(fā)明專利]一種頂板離層水與煤系氣協(xié)同疏排方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811493867.X
• 申請(qǐng)日: 2018-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN109339746B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳財(cái)芳;房孝杰;劉寧寧;劉小磊;張和偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B43/00
• 分類號(hào): E21B43/00;E21B43/30;E21F7/00;E21F16/00
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 胡定華

1.一種頂板離層水與煤系氣協(xié)同疏排方法，煤巖層剖面結(jié)構(gòu)包括U型井和排采裝置以及采空區(qū)（7）、煤層（8）、彎曲下沉帶（9）、工作面（10）、堅(jiān)硬巖層（11）、軟弱巖層（12）、離層空間（13）和未采區(qū)（14），所述U型井包括直井（1）、水平井（2）、水平井水平段（3）、水平井豎直段（4）和水平井造斜段（5），其特征在于，所述排采裝置包括管式泵（15）、油管（16）、抽油桿（17）、常規(guī)套管（18）、玻璃鋼套管（19）、塑性對(duì)接管（20）和密封裝置（6），所述疏排方法包括以下步驟：①單采煤系氣階段，在煤炭回采之前，對(duì)水平井水平段（3）進(jìn)行常規(guī)套管（18）定向射孔和分段水力壓裂，射孔方向垂直向下，直井（1）主要進(jìn)行排水作業(yè)，水平井（2）采氣，壓裂裂縫對(duì)煤層（8）及煤層（8）頂板中的煤系氣進(jìn)行抽采，抽采方式為負(fù)壓抽采，設(shè)定排采時(shí)間為8年；

②疏水采氣同步進(jìn)行階段，在單獨(dú)采氣8年后，煤層（8）開始回采，采空區(qū)（7）形成之后，利用密封裝置（6）在水平井水平段（3）對(duì)應(yīng)于工作面（10）位置的常規(guī)套管（18）進(jìn)行封隔，將水平井水平段（3）分隔為兩段，分別是采空區(qū)（7）疏水段和未采區(qū)（14）采氣段，對(duì)未采區(qū)（14）煤系氣繼續(xù)排采，并對(duì)采空區(qū)（7）彎曲下沉帶（9）離層空間（13）中的離層水進(jìn)行疏干，對(duì)未采區(qū)（14）進(jìn)一步降壓解吸；

③單疏頂板離層水階段，在工作面（10）持續(xù)向前推進(jìn)，直至工作面（10）臨近水平井豎直段（4）對(duì)應(yīng)位置，關(guān)閉密封裝置（6），此時(shí)，在水平井水平段（3）及其上的彎曲下沉帶（9）范圍內(nèi)形成了多組離層空間（13），上層離層空間（13）中的離層水被裂隙導(dǎo)通，向其下的離層空間（13）內(nèi)導(dǎo)水，此時(shí)利用直井（1）、水平井豎直段（4）以及未被圍巖破壞的水平井水平段（3）同時(shí)進(jìn)行疏水，待工作面（10）回采完成后，封井。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂板離層水與煤系氣協(xié)同疏排方法，其特征在于：所述水平井水平段（3）設(shè)置在采空區(qū)（7）彎曲下沉帶（9）底端由下而上出現(xiàn)的第一層上為堅(jiān)硬巖層（11）、下為軟弱巖層（12）的巖系之間的區(qū)域，直井（1）靠近工作面（10）一側(cè)，水平井（2）遠(yuǎn)離工作面（10），水平井水平段（3）通過水平井造斜段（5）與水平井豎直段（4）連通，水平井水平段（3）設(shè)置在靠近工作面（10）回風(fēng)巷一側(cè)，當(dāng)回采煤層為瓦斯含量較高的煤層時(shí)，在靠近工作面（10）進(jìn)風(fēng)巷的對(duì)應(yīng)位置布置一組相同結(jié)構(gòu)的U型井。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂板離層水與煤系氣協(xié)同疏排方法，其特征在于：所述工作面（10）后方形成的采空區(qū)（7）彎曲下沉帶（9）內(nèi)，容易陸續(xù)分層出現(xiàn)離層空間（13）并匯集離層水，將水平井水平段（3）布置在最下層可能形成離層空間的堅(jiān)硬巖層（11）底部緊鄰的軟弱巖層（12）頂界內(nèi)，該層段首先形成最下層的一組離層空間（13），隨回采工作進(jìn)行，待離層空間形成后，將該離層空間指向未采區(qū)（14）一側(cè)緊鄰的第一個(gè)密封裝置（6）打開，使水平井水平段（3）密封為兩部分，未采區(qū)（14）仍進(jìn)行煤系氣的排采，采空區(qū)（7）進(jìn)行以疏干離層水為目的排水作業(yè)，并兼顧采空區(qū)（7）煤系氣的抽采，隨著回采工作的進(jìn)行，依次打開最新形成的離層空間（13）指向未采區(qū)（14）一側(cè)緊鄰的第一個(gè)密封裝置（6），關(guān)閉已打開的離層空間（13）指向直井（1）的密封裝置（6），使水平井水平段（3）始終分為疏水、采氣兩段，直至煤層回采至水平井豎直段（4）相應(yīng)位置，關(guān)閉最后一個(gè)密封裝置（6），直井（1）、水平井豎直段（4）以及未被圍巖破壞的水平井水平段（3）同時(shí)進(jìn)行疏水作業(yè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂板離層水與煤系氣協(xié)同疏排方法，其特征在于：所述管式泵（15）設(shè)置在直井（1）與水平井水平段（3）對(duì)接段的下部和水平井豎直段（4）的底部，管式泵（15）上方連接油管（16），油管（16）內(nèi)部為抽油桿（17），按照放頂煤回采設(shè)計(jì)中每段放頂長度確定密封裝置的安裝位置，密封裝置（6）的安裝數(shù)量為n-1，n為放頂段數(shù)，在水平井水平段（3）兩常規(guī)套管（18）間的對(duì)接處連接塑性對(duì)接管（20），共需連接m-1根塑性對(duì)接管（20），m為常規(guī)套管根數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂板離層水與煤系氣協(xié)同疏排方法，其特征在于：水平井（2）和直井（1）均采用大直徑鉆具鉆進(jìn)，在水平井水平段（3）與直井（1）的對(duì)接處設(shè)置玻璃鋼套管（19），并對(duì)直井（1）對(duì)接段進(jìn)行機(jī)械擴(kuò)徑，使該段直徑達(dá)到0.5m，便于水平井水平段（3）與直井（1）的對(duì)接。