[發明專利]一種多分支水平井抽采煤礦采空區瓦斯工藝

有效

• 申請號: 202010699147.X
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111963109B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 楊森;倪小明;周理仁;韓穎;張俊斌;劉曉;郗志遠;譚學斌;薛磊;曹勇
• 申請（專利權）人: 西山煤電（集團）有限責任公司鉆探分公司;河南理工大學
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B7/04;E21F7/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

1.一種多分支水平井抽采煤礦采空區瓦斯工藝，其特征在于：包括以下步驟：

（一）、根據圍巖性質、煤層采高、煤層層數等地質資料計算采空區上部垮落帶和裂隙帶高度、確定采空區瓦斯富集區域，確定鉆井方位布置方案；

（二）、針對目標煤層數和相應瓦斯富集區域分布選取井身結構；

（三）、根據地層結構、井身結構設計選取合理鉆具組合；

（四）、按照步驟（一）中鉆井方位布置方案計算井眼軌跡；

（五）、根據所選鉆具組合和所鉆地層巖性，選取合適鉆進參數；

（六）、參照步驟（一）中鉆井方位布置方案、采空區工作面長度和寬度，優化井身主分支結構參數；

（七）、按照鉆井設計完鉆；

（八）、連接組裝地面抽采設備；

（九）、根據抽采層段瓦斯濃度、滲透率等確定合理抽采負壓、抽采程序，完成對目標區域瓦斯進行抽采；

步驟（一）具體為：

（I）、確定采空區上部垮落帶和裂隙帶的高度：根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規范》，結合煤礦不同的開采方式及上覆巖層巖性，確定出不同的垮落帶和裂隙帶的高度，具體高度參數見表一和表二：

表一.單一煤層開采方式的不同開采厚度條件下垮落帶和裂隙帶高度一覽表

表二. 多煤層開采方式的不同開采厚度條件下垮落帶和裂隙帶高度一覽表

；

（II）、確定采空區瓦斯富集區帶：由于單一煤層和多煤層在開采時間上存在差異，導致上覆巖層垮落時間、瓦斯運移路徑產生差異：單一煤層剛開始開采時，上覆巖層裂隙逐漸形成，瓦斯將沿著裂隙發生運移，形成相對富集區，隨著開采的進行，出現周期來壓，中部垮落巖層逐漸壓實，瓦斯運移的富集區帶以壓實區為中心呈帽狀分布；多煤層開采時，隨著上部煤層先行開采，上覆巖層裂隙逐漸形成，上覆巖層的瓦斯富集“O”形圈逐漸形成的同時，也會在兩煤層間的巖層中產生底板采動裂隙而形成裂隙帶，下部煤層中的瓦斯會沿著底板采動裂隙向采空區運移，下部煤層開采過程中，兩煤層間距不同、其裂隙形態也會發生一定變化，但其對瓦斯富集區帶影響相對較小，這里是根據經驗計算得到瓦斯富集區帶，具體見表三：

表三.瓦斯富集區帶計算一覽表

；

（III）、確定采空區多分支水平井鉆井方位

根據采空區裂隙帶高度、瓦斯富集區帶分布及其它需要考慮的因素，確定多分支水平井鉆井方位：

（1）、單一煤層采空區多分支水平井鉆井方位的確定

單一煤層開采時，瓦斯富集在上覆巖層的垮落帶以上、裂隙帶中下部，根據采煤工作面的寬度確定主支條數和角度：當工作面寬度相對較窄時（＜200m），建議采用單主支的方式，當工作寬度較寬時（≥200m），建議采用雙主支的方式，采用單主支時，盡量垂直于裂隙帶主裂隙發育的角度進行布置，使抽采效果更好，采用雙主支時，雙主支之間的夾角一般為30°左右，盡量讓雙主支的角度與裂隙帶主裂隙發育角呈高角度相交（＞60°）；

（2）、多煤層采空區多分支水平井鉆井方位的確定

多煤層開采時，上部煤層井位布置方案與單一煤層相同，這里以兩層煤進行說明，由于上、下兩層煤的開采，導致兩層煤間形成層間采動裂隙，需要在兩層煤間進行鉆進，層間鉆井方位高度為兩層煤層間巖石中段，主支布置考慮因素與單一煤層類似，在此不再贅述。

2.根據權利要求1所述的多分支水平井抽采煤礦采空區瓦斯工藝，其特征在于：步驟（二）具體為：因煤礦開采，導致上覆巖層發生變形破壞，為了使多分支水平井的使用壽命較長且抽采效果較好，多分支水平井采用三開結構，在水平段鉆井時應使其直徑相對較大，一開鉆至表層，下表層套管，水泥固井；二開鉆進下生產套管，水泥固井；三開下生產套管，水平段下篩管，多分支水平井井身結構數據具體見表四：

表四.多分支水平井井身結構數據表

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3.根據權利要求2所述的多分支水平井抽采煤礦采空區瓦斯工藝，其特征在于：步驟（三）具體為：多分支水平井根據需求一般選用單增剖面結構和雙增剖面結構，其鉆具組合可分為：直井段采用塔式鉆具或鐘擺鉆具，控制井斜；造斜段采用定向造斜鉆具組合，要求造斜能力大于設計造斜率20%以上；水平段采用常規滿眼鉆具組合，具體鉆具組合見表五：

表五.鉆具組合設計

。