一种井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷法.pdf

本发明公开一种井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷方法，首先，在目标煤层（1）的地面（2）部分钻设直井（3），并利用高压水力压裂泵对目标煤层（1）进行煤层再造；然后，在地面直井（3）处设置地面瓦斯抽采装置，对目标煤层（1）进行瓦斯抽采处理；其次，在目标煤层（1）掘进巷道工作面（4）上合理布孔并钻设抽采孔（5），设置井下瓦斯抽采装置对目标煤层（1）进行二次瓦斯抽采处理，直到煤层瓦斯含量和压力到达安全开采标准以下为止；然后，对已卸压消突煤层快速掘巷。本发明为低渗高突煤层快速掘巷提供了新解决方法。

1.  一种井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷法，包括以下几个步骤，其特征在于：
步骤1：由目标煤层（1）分布特点，确定煤层掘进巷道，根据水力压裂影响区（8）和煤层地应力方向，在地面（2）进行布井设计；
步骤2：在地面（2）布井位置钻直井（3）至煤层底板（7），煤层顶板（4）以上采取套管完井，煤层顶板（4）以下采取复合材料完井；
步骤3：在地面利用高压水力压裂泵依次对地面直井（3）注入高压水，对目标煤层（1）进行水力压裂，使煤层结构再造，增大煤层导流能力；
步骤4：利用地面瓦斯抽采装置，通过地面直井（3）对目标煤层（1）进行瓦斯抽采，直至无法排采为止；
步骤5：在目标煤层（1）掘进巷道工作面（6）上合理布孔钻水平抽采孔（5），形成水平抽采孔（5）影响区，水平抽采孔（5）影响区与水力压裂影响区（8）沟通，形成瓦斯运移通道，增大煤层透气性；
步骤6：在煤层掘进巷道中设置井下瓦斯抽采装置通过水平抽采孔（5）对目标煤层（1）进行二次瓦斯抽采，直至目标煤层（1）瓦斯含量和压力到达安全开采标准以下为止；
步骤7：经过两次对目标煤层（1）瓦斯抽采处理后，达到煤层卸压消突目的，可采用常规煤层快速掘巷技术对目标煤层（1）进行掘巷；
步骤8：根据水平抽采孔的影响区范围，确定巷道掘进距离，重复步骤5～7，直至整个煤层巷道掘进工作完成。

2.  如权利要求1所述的一种井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷法，其特征在于：地面直井的数量和分布情况，应根据地质条件、目标煤层分布特点、煤层地应力方向和水力压裂作用范围共同确定，水力压裂范围须覆盖整个煤层掘进巷道。

3.  如权利要求1或2所述的一种井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷法，其特征在于：井下水平抽采孔数量和分布情况，应根据井下巷道煤层工作面大小、煤层分布特点和地面直井水力压裂作用范围共同确定。

4.  如权利要求1、2或3所述的一种井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷法，其特征在于：井下水平抽采孔向前钻进距离，由井下瓦斯抽采装置抽采能力大小确定。

5.  如权利要求1、2、3、或4所述的一种井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷法，其特征在于：煤层快速掘巷距离，应根据水平抽采孔向前钻进距离和煤层中瓦斯含量与压力决定。

一种井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷法
技术领域
本发明涉及低渗、高突煤层瓦斯卸压消突和煤层快速掘巷领域，尤其适合于煤层地应力各向基本同性的煤层快速掘巷。
背景技术
煤层气（瓦斯）是煤的矿产资源，主要以吸附态形式赋存于煤层中。随着我国部分矿井开采深度不断增加，瓦斯含量增高，瓦斯存储压力增大，且由于我国煤层气储层透气性差等原因，赋存于煤层中的瓦斯对煤层快速掘巷和开采等工作带来巨大的安全隐患，危险性加大。因此，在高瓦斯含量煤层的掘巷中必须先对其进行卸压消突。
目前，我国在煤层快速掘巷过程中用于瓦斯卸压消突的方法主要有两种。一种方法是，在井下掘巷过程中，对采掘工作面进行合理的布孔并打钻，在水平孔中安装压裂管道，压裂管道进口处与煤层工作面之间进行封堵，利用水力压裂对待采煤层进行压裂，以期降低待采煤层瓦斯含量和压力。但由于水力压裂过程中水压达到30MPa以上，压裂管道进口处与煤层工作面之间易发生诱导突出事故，该方法达不到消突目的，且危险系数较高。另一种方法是从地面打直井到煤层合理位置进行水力压裂，采取井上抽采技术对待采煤层卸压消突。由于开采深度增加，该方法对煤层瓦斯抽采周期长，且存在盲区。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷方法，采用地面直井水力压裂和井下钻水平抽采孔卸压消突相结合的方法，解决现有两种技术中存在的问题。
为解决以上问题，本发明通过下述技术措施（步骤）实现：
（1）由目标煤层分布特点，确定煤层掘进巷道，根据水力压裂影响区和煤层地应力方向，在地面进行布井设计；
（2）在地面布井位置钻直井至目标煤层，煤层顶板以上采取套管完井，煤层顶板以下采取复合材料完井；
（3）在地面利用高压水力压裂泵依次对地面直井注入高压水，对目标煤层进行水力压裂，进行煤层结构再造，增大煤层导流能力；
（4）利用地面瓦斯抽采装置，通过地面直井对目标煤层进行瓦斯抽采，直至无法排采为止；
（5）在目标煤层掘进巷道工作面上合理布孔钻水平抽采孔，形成水平抽采孔影响区，水平抽采孔影响区与水力压裂影响区沟通，形成瓦斯运移通道，增大煤层透气性；
（6）在煤层掘进巷道中设置井下瓦斯抽采装置通过水平抽采孔对目标煤层进行二次瓦斯抽采，直至目标煤层瓦斯含量和压力到达安全开采标准以下为止；
（7）经过两次对目标煤层瓦斯抽采处理后，达到煤层卸压消突目的，可采用常规煤层快速掘巷技术对目标煤层进行掘巷；
（8）根据水平抽采孔的影响区范围，确定目标煤层掘进距离，重复（5）～（7），直至整个煤层巷道掘进工作完成。
所述地面直井的数量和分布情况，应根据地质条件、目标煤层分布特点、煤层地应力方向和水力压裂作用范围共同确定，水力压裂范围须覆盖整个煤层掘进巷道；所述井下水平抽采孔数量和分布情况，应根据井下巷道煤层工作面大小、煤层分布特点和地面直井水力压裂作用范围共同确定；所述井下水平抽采孔向前钻进距离，应根据井下瓦斯抽采装置抽采能力大小确定。
本发明有益效果如下：
本发明所采用的一种井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷方法，利用多个地面直井对目标煤层进行水力压裂，在目标煤层中形成有规律的压裂带，利用地面瓦斯抽采技术对目标煤层进行预先瓦斯抽采，降低煤层瓦斯含量与压力；同时在井下巷道中对目标煤层工作面进行布孔钻水平孔，利用井下抽采技术对目标煤层进行再一次的瓦斯抽采，最终达到煤层瓦斯含量安全标准一下，井上井下联合卸压消突方法可更大程度的使卸压通道增多，煤层卸压空间增大，煤层透气性增强，给煤层内部卸压、瓦斯释放和流动创造有利条件，使得煤层瓦斯含量达到可采标准，降低安全隐患，实现煤层快速掘巷。
附图说明
图1为本发明的井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷整体结构示意图；
图2为本发明的地面直井水力压裂影响区示意图；
图3为本发明的井下水平抽采孔分布示意图；
图中标记为：1：目标煤层；2：地面；3：地面直井；4：煤层顶板；5：水平抽采孔；6：掘进巷道工作面；7：煤层底板；8：水力压裂影响区。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的一个实施例作进一步描述：
所述的一种井上井下联合卸压消突煤层快速掘巷法，如图1、图2和图3所示，具体实施步骤如下：
步骤1：由目标煤层1分布特点，确定煤层掘进巷道，根据水力压裂影响区8和煤层地应力方向，在地面2进行布井设计；
步骤2：在地面2布井位置钻直井3至煤层底板7，煤层顶板4以上采取套管完井，煤层顶板4以下采取复合材料完井；
步骤3：在地面利用高压水力压裂泵依次对地面直井3注入高压水，对目标煤层1进行水力压裂，使煤层结构再造，增大煤层导流能力；
步骤4：利用地面瓦斯抽采装置，通过地面直井3对目标煤层1进行瓦斯抽采，直至无法排采为止；
步骤5：在目标煤层1掘进巷道工作面6上合理布孔钻水平抽采孔5，形成水平抽采孔5影响区，水平抽采孔5影响区与水力压裂影响区8沟通，形成瓦斯运移通道，增大煤层透气性；
步骤6：在煤层掘进巷道中设置井下瓦斯抽采装置通过水平抽采孔5对目标煤层1进行二次瓦斯抽采，直至目标煤层1瓦斯含量和压力到达安全开采标准以下为止；
步骤7：经过两次对目标煤层1瓦斯抽采处理后，达到煤层卸压消突目的，可采用常规煤层快速掘巷技术对目标煤层1进行掘巷；
步骤8：根据水平抽采孔的影响区范围，确定巷道掘进距离，重复步骤5～7，直至整个煤层巷道掘进工作完成。