一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法技术

本发明专利技术属于多煤层可采技术领域，具体涉及一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法。本发明专利技术上部煤层回采后，利用上部煤层的采动卸压作用对下部底鼓变形带煤层群瓦斯进行开采，开采的步骤如下：首先计算底鼓变形带的起始深度h和终止深度，确定开采的预抽区域，在地面钻一个多分支水平井，多分支水平井包括主支井眼和若干侧钻分支，主支井眼在底鼓变形带的顺层张裂隙区域中部，侧钻分支覆盖底鼓变形带的顺层张裂隙区域的上下部分，实现底鼓变形带瓦斯全覆盖抽采。本发明专利技术采用地面直接抽采，降低30%成本的同时，高效的全覆盖抽采底鼓变形带煤层群的瓦斯，解决下部煤层采掘接替紧张问题，保障煤矿安全生产，安全系数更高。安全系数更高。安全系数更高。

【技术实现步骤摘要】
一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法


[0001]本专利技术属于多煤层瓦斯抽采
，具体涉及一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法。

技术介绍

[0002]对于多煤层可采煤矿区，上部煤层开采后，形成大面积采空区，上部采空区的存在对下部煤层产生阻隔，对下部煤层采掘衔接和煤层气地面预抽造成影响，导致下部煤层的煤层气不能得到有效抽采，影响煤矿安全生产和产能释放。因此，迫切需要穿越上部煤层采空区对下组煤瓦斯进行提前预抽，解决下部煤层采掘接替紧张问题，保障煤矿安全生产。
[0003]煤层瓦斯治理中开采保护层是防治煤与瓦斯突出经济有效的防治措施之一，在国内外获得了大量应用。《煤矿安全规程》中明确规定：“在煤与瓦斯突出矿井开采煤层群时，必须首先开采保护层”。
[0004]煤矿上保护层开采后，底板岩层向采空区方向移动和变形，使得煤岩体的原始应力平衡被打破，随着煤层底板岩层位移变形，煤岩层应力重新分布。工作面正常推进过程中，煤层底板始终处于采前压缩、采后膨胀和应力恢复的状态下。采空区下部卸压区经过长时间应力释放后，岩层发生膨胀产生大量的采动裂隙和高渗区域。采空区底板卸压区域内发生底鼓破坏和膨胀变形，形成底鼓裂隙带和底鼓变形带。一般情况下，认为底鼓裂隙带、底鼓变形带下限分别位于采空区底板下方15~20m和50~70m。底鼓裂隙带内的裂隙主要为沿层理的顺层张裂隙和岩层破断后垂直、斜交层理形成的穿层裂隙，裂隙连通性较好，并与采空区导通，不适合地面正压预抽。底鼓变形带内裂隙以沿层理形成的顺层张裂隙为主，顺层裂隙发育情况与采空区距离成反比，该区域内岩层发生膨胀变形，煤层内甲烷由吸附状态解吸为游离状态，利用应力释放煤储层渗透率增大作用可实现地面高效预抽。
[0005]现有的采气理论分为两种，一种是在未受回采扰动前，基于常规疏水降压解吸采气理论，通过地面钻井，压裂，排水降低煤储层流体压力,储层压力低于临界解吸压力时,煤层气发生大量解吸,游离气运移到井筒形成工业气流，该方法需要压裂增透、排水降压，瓦斯治理成本相对较高。另一种是煤矿区被保护层煤层气采动卸压增透开发理论，煤岩应力释放和体积膨胀，大大改善煤层渗透性，煤层气大量解吸和渗流到地面井井筒，基于该理论采用的方法有：地面采动直井，覆岩变形易造成井孔破断；基于保护层开采，井下采用穿层钻孔抽采，受井下工程的影响，抽采时间短，无法有效降低吨煤瓦斯含量，大量人员在井下作业，安全系数低。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决上述问题，提供了一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法。
[0007]本专利技术采用如下的技术方案实现：一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法，上部煤层回采后，利用上部煤层的采动卸压作用对下部底鼓变形带煤层群瓦斯
进行开采，开采的步骤如下：首先计算底鼓变形带的起始深度h和终止深度，在地面钻一个多分支水平井，多分支水平井包括主支井眼和若干侧钻分支，主支井眼在底鼓变形带的顺层张裂隙区域中部，侧钻分支覆盖底鼓变形带的顺层张裂隙区域的上下部分，实现底鼓变形带瓦斯全覆盖抽采。
[0008]进一步的，所述底鼓变形带的起始深度h的计算公式有三个，分别计算出h1、h2和h3，起始深度h取h1、h2和h3中的最大值，三个计算公式、和如下：公式（1）：公式(1)中L
‑
开采工作面倾斜长度，m；公式（2）：公式(2)中
‑
开采工作面推进长度，m；Rc
‑
底板岩体的单轴抗压强度，MPa；H
‑
开采埋深（煤层埋藏的深度），m；
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底板岩体的容重，取0.025N/m3；公式（3）：公式(3)中
‑
底板岩体的容重，N/m3；H
‑
开采埋深（煤层埋藏的深度），m；L
‑
开采工作面倾斜长度，m ；Rc
‑
底板岩体的单轴抗压强度，MPa。
[0009]进一步的，所述底鼓变形带的终止深度按照70m
‑
80m。
[0010]进一步的，所述多分支水平井的主支井眼为一个，侧钻分支沿主支井眼的长度方向等间距间隔设置多个，并且侧钻分支在主支井眼的上下方向均设有，位于主支井眼上下两侧的侧钻分支错开排布。
[0011]进一步的，所述多分支水平井按照“从前往后”工艺施工，多分支水平井的主支井眼采用大尺寸钻头打钻，侧钻分支采用小尺寸钻头打钻；具体如下：1. 一开采用Φ311.15mm钻头钻入稳定基岩10m，下入J55钢级Φ273.1mm表层套管，固井水泥返至地面；2.二开采用Φ241.3mm钻头钻进至目的层顶板以上5m处，下入N80钢级Φ193.7mm技术套管至目标层顶板以上10m处，固井水泥返至地面；3.三开主支井眼采用Φ171.5mm钻头钻进，三开侧钻分支采用Φ152mm钻头钻进。
[0012]进一步的，所述多分支水平井的井口距开采停采线至少300m。
[0013]进一步的，所述多分支水平井的主支井眼的着陆点低于主支井眼的靶点。
[0014]进一步的，所述多分支水平井的主支井眼进行主支非金属筛管完井。
[0015]本专利技术相比现有技术的有益效果：1.覆盖范围广：本申请充分利用上部煤层回采对下部煤层群形成的卸压增透效应，对下部底鼓变形带（仅顺层张裂隙区域）煤层群瓦斯，直接通过地面多分支水平井主支井眼在顺层张裂隙区域中部，侧钻分支覆盖上下顺层张裂隙区域，实现底鼓变形带煤层群瓦斯的高效全覆盖抽采；2.预抽时间长：地面多分支水平井预抽时间长，通过几年抽采，可地面实现区域瓦斯治理，相比井下通过保护层开采施工穿层钻孔，一方面钻孔施工受井下采掘工程的影响，另一方面，井下穿层钻孔抽采时间比地面钻孔短；
3.节约瓦斯治理成本：本申请基于卸压增透效应无需地面压裂等工序，大大降低排采设备的使用，减少30%的地面瓦斯治理费用，大大减少瓦斯治理成本，同时大大提高施工效率；4.提高安全系数：本申请是在地面抽采，无需井下作业，减少入井人数，大大提高开采安全系数；由此可见，本申请是一种积极主动的，借助上部煤层采动卸压应力释放作用，下部煤层群裂隙发育瓦斯解吸，采用地面直接抽采，降低30%成本的同时，高效的全覆盖抽采底鼓变形带煤层群的瓦斯，解决下部煤层采掘接替紧张问题，保障煤矿安全生产，安全系数更高。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的预抽区域煤层群的示意图；图2为本专利技术的多分支水平井的剖面示意图；图中：1
‑
主支井眼，2
‑
侧钻分支，3
‑
靶点，4
‑
着陆点，5
‑
底鼓变形带，6
‑
开采停采线，7
‑
底鼓裂隙带，8
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井口，9
‑
预抽区域，h
‑
起始深度，M
‑
终止深度。
具体实施方式
[0017]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法，其特征在于：上部煤层回采后，利用上部煤层的采动卸压作用对下部底鼓变形带（5）煤层群瓦斯进行开采，开采的步骤如下：首先计算底鼓变形带（5）的起始深度（h）和终止深度（M），在地面钻一个多分支水平井，多分支水平井包括主支井眼（1）和若干侧钻分支（2），主支井眼（1）在底鼓变形带（5）的顺层张裂隙区域中部，侧钻分支（2）覆盖底鼓变形带（5）的顺层张裂隙区域的上下部分，实现底鼓变形带瓦斯全覆盖抽采。2.根据权利要求1所述的一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法，其特征在于：所述底鼓变形带（5）的起始深度（h）计算公式有三个，分别计算出h1、h2和h3，起始深度（h）取h1、h2和h3中的最大值，三个计算公式（1）、（2）和（3）如下：公式（1）：公式(1)中 L
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开采工作面倾斜长度，m；公式（2）：公式(2)中
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开采工作面推进长度，m；Rc
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底板岩体的单轴抗压强度，MPa；H
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开采埋深（煤层埋藏的深度），m；
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底板岩体的容重，取0.025N/m3；公式（3）：公式(3)中
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底板岩体的容重，N/m3；H
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开采埋深（煤层埋藏的深度），m；L
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开采工作面倾斜长度，m ；Rc
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底板岩体的单轴抗压强度，MPa。3.根据权利要求1或2所述的一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亮亮，石亚男，潘结南，白杨，王越，张永成，徐云，李德慧，张为，秦玉霞，
申请(专利权)人：山西晋煤集团技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：