矿井及矿井施工方法技术

本发明专利技术提供了一种矿井及矿井施工方法。其中，矿井包括：地面直井，地面直井钻穿矿井的待开采矿层；地面水平井，地面水平井钻穿待开采矿层并沿地层倾向延伸，且地面水平井位于地面直井的下方；至少一条分支井，各分支井均与地面水平井连通，并且各分支井均沿逆地层倾向向上延伸；巷道水平井，巷道水平井由矿井的待开采矿层向地面直井的方向延伸，且巷道水平井的高度与地面直井的位于待开采矿层的节段的高度相同；地面直井具有扩腔段，地面直井通过扩腔段与地面水平井、分支井及巷道水平井连通。本发明专利技术解决了现有技术中的矿井排水排气不方便的问题。

【技术实现步骤摘要】
矿井及矿井施工方法
本专利技术涉及矿井施工
，具体而言，涉及一种矿井及矿井施工方法。
技术介绍
目前，煤矿内瓦斯和水分的抽排通常采用地面定向水平井与直井钻进连通，水平分支井布设呈放射状，并且水平井与直井是处于地面。这种方法主要存在以下不足：(1)分支井不与矿层走向垂直，不利于抽排；(2)分支井不是逆地层倾向，不利于排水，容易产生水堵，不利于预抽排瓦斯；(3)分支井布设没有考虑在矿层上部，不利于矿层瓦斯抽排；(4)无法利用负压排采；(5)抽采出的煤层气需要地面管线；(6)需要增加处理排采水成本；(7)需要增加地面建设费用；(8)抽采过程需要增加修井成本；(9)需要增加地面煤层气管理成本；(10)需要增加地面煤层气生产监控设备成本；(11)需要增加地面煤层气生产成本。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种矿井及矿井施工方法，以解决现有技术中的矿井排水排气不方便的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种矿井，包括：地面直井，地面直井钻穿矿井的待开采矿层；地面水平井，地面水平井钻穿待开采矿层并沿地层倾向延伸，且地面水平井位于地面直井的下方；至少一条分支井，各分支井均与地面水平井连通，并且各分支井均沿逆地层倾向向上延伸；巷道水平井，巷道水平井由矿井的待开采矿层向地面直井的方向延伸，且巷道水平井的高度与地面直井的位于待开采矿层的节段的高度相同；地面直井具有扩腔段，地面直井通过扩腔段与地面水平井、分支井及巷道水平井连通。进一步地，地面直井和地面水平井均为多个，且每个地面直井的下方均设置有一个地面水平井。进一步地，分支井为多个，每个地面直井均通过扩腔段与多个分支井连通，并且与同一个地面直井连通的分支井沿逆地层倾向向上分支延伸且呈放射状分布。进一步地，地面水平井和地面直井均沿地层倾向延伸。进一步地，地面水平井位于待开采矿层的节段的轨迹与地面直井位于待开采矿层的节段的轨迹之间的距离为0.2m至0.5m；和/或巷道水平井位于待开采矿层的节段的轨迹与地面直井位于待开采矿层的节段的轨迹之间的距离为0.2m至0.5m。进一步地，地面水平井位于待开采矿层的节段的轨迹与地面直井位于待开采矿层的节段的轨迹之间的距离为0.3m。进一步地，巷道水平井位于待开采矿层的节段的轨迹与地面直井位于待开采矿层的节段的轨迹之间的距离为0.3m。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种矿井施工方法，包括：步骤S1：在地面开设地面直井并钻穿矿井的待开采矿层；步骤S2：由矿井的待开采矿层沿地层倾向延伸开设地面水平井，且地面水平井位于地面直井的下方；步骤S3：由地面水平井沿逆地层倾向向上开设至少一条分支井，且各分支井与地面直井不连通；步骤S4：在巷道内，由矿井的待开采矿层向地面直井的方向开设巷道水平井，并使巷道水平井与地面直井不连通，且巷道水平井的高度与地面直井的高度相同；步骤S5：在地面直井下入钻头，对地面直井进行扩腔，通过扩腔形成的扩腔段使地面直井与地面水平井、分支井及巷道水平井连通。进一步地，矿井施工方法还包括在步骤S1之前的预处理步骤，预处理步骤包括在开设地面直井之前，根据未来开掘坑道的岩移角确定地面直井的开设位置。进一步地，步骤S1包括：步骤S11：在地面直井的所在平面内开设多条地面直井；步骤S12：待地面直井开设完成后，向地面直井内下入护管，以使护管支撑地面直井。进一步地，步骤S2包括在每个地面直井的下方均开设一个地面水平井且地面水平井的延伸方向逆地层倾向向上。进一步地，步骤S3包括：步骤S31：由地面水平井的沿逆地层倾向向上开设主分支井至待开采矿层后，再继续向上延伸到预设深度；步骤S32：由地面水平井沿逆地层倾向向上，在主分支井的两侧开设其他的分支井至预设深度，以使分支井呈放射状分布；步骤S33，在每个地面水平井上重复步骤S31和步骤S32，以使所有地面水平井的上方均开设有分支井。进一步地，在步骤S3和步骤S4中，地面直井在位于待开采矿层的节段的轨迹与地面水平井位于待开采矿层的节段的轨迹之间的距离均在0.2m至0.5m之间。进一步地，在步骤S3和步骤S4中，地面直井在位于待开采矿层的节段的轨迹与巷道水平井在位于待开采矿层的节段的轨迹之间的距离均在0.2m至0.5m之间。进一步地，步骤S5包括在地面直井下入直径为0.4m至0.6m的钻头进行扩腔并使地面直井与地面水平井、分支井及巷道水平井连通。应用本专利技术的技术方案，通过逆地层倾向开设的分支井使得高度较高的矿层中的水分和瓦斯能够在重力和地层压力的共同作用下从巷道水平井中排出，从而实现了水分和瓦斯的井下负压抽排，同时地面直井开设在离开掘面有一定的位置，使得地面直井在矿井的前期可以作为水气的预抽排井使用，在后期还能够作为矿井坑道的抽排井使用，实现了井的多次利用。采取地面直井与地面水平井、巷道水平井在开设的前期处于不连通的状态，避免在井的开设过程中水气从地面直井或地面水平井或巷道水平井中排出，从而产生工程及环境风险，待所有井开设完成后再通过在地面直井的扩腔段连通各井，保证了井的开设作业的正常进行。上述矿井能够实现矿层中的水分和瓦斯的有效井下负压抽排，同时矿井还能够在后续工程中重复利用，实现了资源的节约。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了本专利技术的矿井的结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、地面直井；20、地面水平井；30、分支井；31、主分支井；40、巷道水平井。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本专利技术。为了解决现有技术中的矿井排水排气不方便的问题，本专利技术提供了一种矿井及矿井施工方法。如图1所示的一种矿井，包括地面直井10、地面水平井20、至少一条分支井30和巷道水平井40，地面直井10钻穿矿井的待开采矿层；地面水平井20钻穿待开采矿层并沿地层倾向延伸，且地面水平井20位于地面直井10的下方；各分支井30均与地面水平井20连通，并且各分支井30均沿逆地层倾向向上延伸；巷道水平井40由矿井的待开采矿层向地面直井10的方向延伸，且巷道水平井40的高度与地面直井10的位于待开采矿层的节段的高度相同；地面直井10具有扩腔段，地面直井10通过扩腔段与地面水平井20、分支井30及巷道水平井40连通。通过逆地层倾向向上开设的分支井30、主分支井31使得高度较高的矿层中的水分和瓦斯能够在重力和地层的压力的共同作用下从巷道水平井40中排出，从而实现了水分和瓦斯的井下负压抽排，同时地面直井10开设在离开掘面有一定高度的位置使得地面直井10在矿井的前期可以作为水气的预抽排井使用，在后期还能够作为矿井坑道的抽排井使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井，其特征在于，包括：地面直井(10)，所述地面直井(10)钻穿所述矿井的待开采矿层；地面水平井(20)，所述地面水平井(20)钻穿所述待开采矿层并沿地层倾向延伸，且所述地面水平井(20)位于所述地面直井(10)的下方；至少一条分支井(30)，各所述分支井(30)均与所述地面水平井(20)连通，并且各所述分支井(30)均沿逆地层倾向向上延伸；巷道水平井(40)，所述巷道水平井(40)由所述矿井的待开采矿层向所述地面直井(10)的方向延伸，且所述巷道水平井(40)的高度与所述地面直井(10)的位于所述待开采矿层的节段的高度相同；所述地面直井(10)具有扩腔段，所述地面直井(10)通过所述扩腔段与所述地面水平井(20)、所述分支井(30)及所述巷道水平井(40)连通。

【技术特征摘要】
1.一种矿井，其特征在于，包括：地面直井(10)，所述地面直井(10)钻穿所述矿井的待开采矿层；地面水平井(20)，所述地面水平井(20)钻穿所述待开采矿层并沿地层倾向延伸，且所述地面水平井(20)位于所述地面直井(10)的下方；至少一条分支井(30)，各所述分支井(30)均与所述地面水平井(20)连通，并且各所述分支井(30)均沿逆地层倾向向上延伸；巷道水平井(40)，所述巷道水平井(40)由所述矿井的待开采矿层向所述地面直井(10)的方向延伸，且所述巷道水平井(40)的高度与所述地面直井(10)的位于所述待开采矿层的节段的高度相同；所述地面直井(10)具有扩腔段，所述地面直井(10)通过所述扩腔段与所述地面水平井(20)、所述分支井(30)及所述巷道水平井(40)连通。2.根据权利要求1所述的矿井，其特征在于，所述地面直井(10)和所述地面水平井(20)均为多个，且每个所述地面直井(10)的下方均设置有一个所述地面水平井(20)。3.根据权利要求2所述的矿井，其特征在于，所述分支井(30)为多个，每个所述地面直井(10)均通过所述扩腔段与多个分支井(30)连通，并且与同一个所述地面直井(10)连通的所述分支井(30)沿逆地层倾向向上分支延伸且呈放射状分布。4.根据权利要求1所述的矿井，其特征在于，所述地面水平井(20)和所述地面直井(10)均沿地层倾向延伸。5.根据权利要求1所述的矿井，其特征在于，所述地面水平井(20)位于所述待开采矿层的节段的轨迹与所述地面直井(10)位于所述待开采矿层的节段的轨迹之间的距离为0.2m至0.5m；和/或所述巷道水平井(40)位于所述待开采矿层的节段的轨迹与所述地面直井(10)位于所述待开采矿层的节段的轨迹之间的距离为0.2m至0.5m。6.根据权利要求5所述的矿井，其特征在于，所述地面水平井(20)位于所述待开采矿层的节段的轨迹与所述地面直井(10)位于所述待开采矿层的节段的轨迹之间的距离为0.3m。7.根据权利要求5所述的矿井，其特征在于，所述巷道水平井(40)位于所述待开采矿层的节段的轨迹与所述地面直井(10)位于所述待开采矿层的节段的轨迹之间的距离为0.3m。8.一种矿井施工方法，其特征在于，包括：步骤S1：在地面开设地面直井(10)并钻穿矿井的待开采矿层；步骤S2：由所述矿井的待开采矿层沿地层倾向延伸开设地面水平井(20)，且所述地面水平井(20)位于所述地面直井(10)的下方；步骤S3：由所述地面水平井(20)沿逆地层倾向向上开设至少一条分支井(30)，且各所述分支井(30)与所述地面直井(10)不连通；步骤S4：在巷道内，由所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：白明，周正武，向军文，李明建，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，神华地质勘查有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11