煤矿区煤层气四区联动井上下联合抽采方法技术

本发明专利技术涉及一种煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采方法；依据时空关系和采掘先后顺序，将煤矿区划分为规划区、准备区、生产区、采空区；规划区采用地面预抽的方式进行提前抽采；准备区采用井上下联合抽采方式；生产区采用区域递进式顺层钻孔、高位定向长钻孔、穿层钻孔进行井下抽采，地面利用地面采动直井、地面采动L型井进行抽采；采空区通过施工采空区地面垂直井抽采。煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采模式根据矿区范围内煤层气及煤炭资源禀赋特点，结合煤层气抽采技术与煤炭开采工艺，对全矿区所有可采煤层气进行了煤矿开采前、开采中及开采后的全时段精准科学抽采，实现煤层气与煤炭两种资源安全高效协调开发。现煤层气与煤炭两种资源安全高效协调开发。现煤层气与煤炭两种资源安全高效协调开发。

【技术实现步骤摘要】
煤矿区煤层气四区联动井上下联合抽采方法


[0001]本专利技术属于煤炭与煤层气协调开发
，具体涉及一种煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采方法。

技术介绍

[0002]在一次能源消费中煤炭仍占主体地位，而矿井瓦斯仍是煤矿生产的头号威胁，煤矿区煤炭开采过程中煤层瓦斯含量、压力不断增大，瓦斯涌出量增加，导致煤炭安全生产问题不断凸显，威胁煤矿安全生产，严重制约了煤炭工业的发展。开展煤矿区煤层气（瓦斯）地面超前预抽，可以在煤矿生产前降低井下煤层瓦斯含量，减小井下瓦斯抽采压力，提高抽采效率，保障矿井安全生产。在第一阶段，开始探索采煤采气一体化，地面煤层气开发、井下煤层气抽采与煤矿生产相结合的问题。在第二阶段，进行了煤矿区煤层气与煤炭协调开发模式初探，并首次提出了适合高瓦斯矿区特点的“三区（煤炭生产规划区、煤炭开拓准备区、煤炭生产区）联动”立体抽采模式。但随着煤矿开采深度的不断增加，煤层煤体结构、渗透性变差，地应力、瓦斯含量不断增大；同时，矿井采掘规模迅速扩大，瓦斯涌出量增加，导致煤炭安全生产问题不断凸显，对煤层气与煤炭协调开发提出了更高的要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决煤矿区煤与煤层气协调开发问题，提高煤层气抽采和矿井生产效率，保障矿井安全生产，提出了煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采方式，最大限度实现两种资源经济、绿色、安全、高效开发。
[0004]本专利技术提供了如下技术方案：一种煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采方法，依据时空关系和采掘先后顺序，将煤矿区划分为规划区、准备区、生产区、采空区；规划区为煤炭资源在5年以后才进行采煤作业的区域；准备区为3～5年内即将进行回采的区域；生产区为煤炭生产矿井的现有生产区域；采空区为煤矿作业过程中，将地下煤炭开采后留下的区域；规划区采用地面预抽的方式进行提前抽采，包括地面预抽垂直井、地面预抽水平井；准备区采用井上下联合抽采方式，通过井下定向长钻孔与地面采动直井的压裂影响区沟通，利用压裂影响区提升渗透率；生产区采用区域递进式顺层钻孔、高位定向长钻孔、穿层钻孔进行井下抽采，地面利用地面采动直井、地面采动L型井进行抽采；采空区通过施工采空区地面垂直井抽采。
[0005]进一步地，规划区、准备区、生产区和采空区“四区”的划分随煤矿采掘推进、抽采时间的延长和煤层气含气量及瓦斯压力的变化而呈动态演变，煤层含气量大于16 m3/t，瓦斯压力高于0.74MPa的区域进行地面预抽；在含气量8～16 m3/t区域采取井上下联动抽采；含气量低于8 m3/t，瓦斯压力低于0.74MPa的区域，实施井下区域递进式抽采；规划区预抽5～10年后转化为准备区，准备区抽采3～5年后转化为生产区，生产区在煤炭回采完成后则转化为采空区。
[0006]进一步地，地面预抽垂直井为套管完井，采用二开井身结构，一开采用直径Φ
311.1mm的钻头，下入Φ244.5mm的套管，二开采用Φ215.9mm的钻头，下入Φ139.7mm的套管，套管下至目的煤层以下30m；地面预抽水平井包括U型水平井、L型水平井；U型水平井由水平井和垂直井组成，水平井采用三开结构，一开采用直径Φ444.5mm的钻头，下入Φ339.7mm的套管，二开采用Φ311.1mm的钻头，下入Φ244.5mm的套管，三开采用Φ215.9mm的钻头，下入Φ139.7mm的套管；垂直井为二开结构，一开采用Φ311.1mm的钻头，下入Φ244.5mm的套管，二开采用Φ215.9mm的钻头，下入Φ177.8mm的套管，且在煤层段采用玻璃钢套管，施工过程中先完成垂直井的作业，然后再进行水平井作业，并将水平井穿过垂直井玻璃钢，与直井连通后继续延伸，完成U型水平井的连通；L型水平井采用三开井身结构方式，一开采用Φ311.15mm钻头钻入稳定基岩5m～10m，下入J55钢级Φ273mm表层套管，固井水泥返至地面；二开采用Φ241mm钻头钻进至煤层顶板以上5m处，下入J55钢级Φ193.7mm技术套管至煤层顶板以上10m处，固井水泥返至地面；三开采用Φ171.5mm钻头钻进，进入煤层后沿煤层钻进，下入Φ139.7mm的套管进行完井；然后，对水平段进行射孔、压裂作业，完成煤层的增透改造。
[0007]进一步地，准备区具体的抽采方式为：通过地面采动直井对目的煤层进行水力压裂改造，通过地面监测圈定出地面井压裂影响范围，然后，在井下巷道向压裂影响区施工顺煤层长钻孔或穿层钻孔进行井下瓦斯抽采。
[0008]进一步地，生产区在采煤工作面进行煤炭生产的同时，采用区域递进式顺层钻孔、高位定向长钻孔、穿层钻孔进行井下抽采，地面利用地面采动直井、地面采动L型井进行抽采；地面采动直井布置于距离回风巷50m、顶板以上40m～60m区域；地面采动L型井从地面施工，将水平段置于沿煤层走向的顶板岩层中，地面采动L型井采用三开结构，一开采用直径Φ483mm的钻头，下入Φ406.4mm的套管，二开采用Φ311.1mm的钻头，下入Φ244.48mm的套管，三开采用Φ215.9mm的钻头，钻至顶板裂隙带中，裸眼完井。
[0009]进一步地，采空区采用地面垂直井抽采煤层气，采空区地面垂直井采用二开封固含水层，三开下入割缝套管护壁的垂直抽采井三开井身结构。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：1、煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采模式根据矿区范围内煤层气及煤炭资源禀赋特点，结合煤层气抽采技术与煤炭开采工艺，对全矿区所有可采煤层的煤层气进行了煤矿开采前、开采中及开采后的全时段精准科学抽采，实现煤层气与煤炭两种资源安全高效协调开发。
[0011]2、煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采模式，明确了矿井“四区”煤层气抽采的科学布局和时空接替关系，各区适用的抽采方式，使煤与煤层气协调开发更加紧凑。解决了一直困扰高瓦斯矿井的抽、掘、采衔接紧张问题，为矿井生产和瓦斯抽采的协调发展提供了技术保障。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的结构示意图。
[0013]图2为地面预抽垂直井井身结构图。
[0014]图3为U型水平井井身结构图。
[0015]图4为L型水平井井身结构图。
[0016]图5为地面压裂井下定向长钻孔抽采示意图。
[0017]图6为区域递进式抽采示意图。
[0018]图7为地面采动直井井身结构图。
[0019]图8为地面采动L型井井身结构图。
[0020]图9为采空区地面垂直井井身结构图。
[0021]图10为煤层气地面抽采前后含气量对比。
[0022]图11为东五盘区原始含气量与剩余量对比图。
[0023]图中：1
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规划区；2
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准备区；3
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生产区；4
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采空区；5
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地面预抽垂直井；5.1
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预抽垂直井一开井身；5.2
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预抽垂直井二开井身；6
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地面预抽水平井；6.1
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采方法，其特征在于：依据时空关系和采掘先后顺序，将煤矿区划分为规划区、准备区、生产区、采空区；规划区为煤炭资源在5年以后才进行采煤作业的区域；准备区为3～5年内即将进行回采的区域；生产区为煤炭生产矿井的现有生产区域；采空区为煤矿作业过程中，将地下煤炭开采后留下的区域；规划区采用地面预抽的方式进行提前抽采，包括地面预抽垂直井、地面预抽水平井；准备区采用井上下联合抽采方式，通过井下定向长钻孔与地面采动直井的压裂影响区沟通，利用压裂影响区提升渗透率；生产区采用区域递进式顺层钻孔、高位定向长钻孔、穿层钻孔进行井下抽采，地面利用地面采动直井、地面采动L型井进行抽采；采空区通过施工采空区地面垂直井抽采。2.根据权利要求1所述的煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采方法，其特征在于：所述的规划区、准备区、生产区和采空区“四区”的划分随煤矿采掘推进、抽采时间的延长和煤层气含气量及瓦斯压力的变化而呈动态演变，煤层含气量大于16 m3/t，瓦斯压力高于0.74MPa的区域进行地面预抽；在含气量8～16 m3/t区域采取井上下联动抽采；含气量低于8 m3/t，瓦斯压力低于0.74MPa的区域，实施井下区域递进式抽采；规划区预抽5～10年后转化为准备区，准备区抽采3～5年后转化为生产区，生产区在煤炭回采完成后则转化为采空区。3.根据权利要求2所述的煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采方法，其特征在于：所述的地面预抽垂直井为套管完井，采用二开井身结构，一开采用直径Φ311.1mm的钻头，下入Φ244.5mm的套管，二开采用Φ215.9mm的钻头，下入Φ139.7mm的套管，套管下至目的煤层以下30m；地面预抽水平井包括U型水平井、L型水平井；U型水平井由水平井和垂直井组成，水平井采用三开结构，一开采用直径Φ444.5mm的钻头，下入Φ339.7mm的套管，二开采用Φ311.1mm的钻头，下入Φ244.5mm的套管，三开采用Φ215.9mm的钻头，下入Φ139.7mm的套管；垂直井为二开结构，一开...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国富，季长江，李军军，张江华，鲁博，陈召英，王维，邵显华，赵晋斌，张跃峥，陈鹏，田庆铃，
申请(专利权)人：易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：