一种双分支井抽取下煤层及上部多采空区瓦斯与积水的方法技术

本发明专利技术属于采空区积水与瓦斯抽采利用领域，具体涉及一种双分支井抽取下煤层及上部多采空区瓦斯与积水的方法，解决了现有煤层采空区瓦斯与积水同时抽采缺乏成熟工艺的问题，本发明专利技术基于现代高强集约化开采条件下，同时采取上部采空区内积水、瓦斯及下部煤层内部分瓦斯，高效利用抽采钻井，实现一井多抽，一井多用。在抽取瓦斯资源的同时，还利用了采空区内形成的积水，消除了上部采空区积水对下部煤层开采造成的潜在威胁。并且还实现了下部煤层内瓦斯预抽，有效降低了下部煤层开采时的瓦斯浓度及瓦斯压力。实现安全高效，资源最大化利用的生产目标，可产生大量的经济效益，具有巨大的推广价值。

A Method of Extracting Gas and Water from Lower Coal Seam and Upper Multi-goaf by Double Branch Wells

The invention belongs to the field of goaf water accumulation and gas drainage and utilization, and specifically relates to a method of extracting gas and water from lower coal seam and upper multi-goaf by double branch wells, which solves the problem of lack of mature technology for simultaneous extraction of gas and water from existing goaf of coal seam. Based on modern intensive mining conditions, the invention adopts water accumulation, gas accumulation and lower part of upper goaf at the same time. The gas in the coal seam can be effectively utilized to extract and drill, so as to realize Multi-Drainage in one well and multi-use in one well. While extracting gas resources, the water accumulated in the goaf is used to eliminate the potential threat of water accumulated in the upper goaf to the mining of the lower coal seam. Moreover, the gas pre-drainage in the lower coal seam is realized, which effectively reduces the gas concentration and pressure in the lower coal seam mining. To achieve the production goal of safety, efficiency and maximum utilization of resources can produce a large number of economic benefits, which has great promotion value.

【技术实现步骤摘要】
一种双分支井抽取下煤层及上部多采空区瓦斯与积水的方法
本专利技术属于采空区积水与瓦斯抽采利用领域，具体涉及一种双分支井抽取下煤层及上部多采空区瓦斯与积水的方法。
技术介绍
随着综合机械化采煤方法的推广及应用，我国煤田开采产生的采空区迅速增长，并且日趋规则、平整集群化。相对规则的分布形态为大规模采集利用采空区内积水及瓦斯创造了便利条件。我国有70%的采空区为高瓦斯采空区，内部遗存的瓦斯储量高达2100亿立方米，并且多数采空区内均不同程度地存在着积水的情况，这些积水水量巨大并且构成了开采下部煤层的巨大潜在威胁。根据国家安监总局公布的煤矿水害事故统计，近年来我国煤矿遇到的水害事故80%以上为采空区积水造成，采空区积水透水事故造成的经济损失居各类事故之首，造成的人员伤亡仅次于瓦斯事故。若能将采空区内储量丰富的瓦斯及水资源抽采利用，不仅可以变废为宝最大化利用采空区资源，并且能彻底消除采空区内积水对下部煤层开采带来的潜在威胁，因此对采空区内积水及瓦斯的有效统筹抽采，对当前煤炭开采意义重大。关于采空区内积水及瓦斯的常用的处理措施，一般为地面垂直钻井至采空区上方裂隙带进行瓦斯的抽采利用，在巷道掘进或工作面回采中采取超前探放的技术手段疏干采空区内积水。两项措施都是分开独立进行，并且采空区内的积水探放后极少回收处理，直接按工业废水排放至井外。这样的处理方式造成在施工中需要分别针对采空区瓦斯及积水独立施工钻井，占用大量机械设备及人力资源。特别是对采空区内水资源的抽采利用没有形成良好的回收利用系统。采空区积水与瓦斯同时大量赋存的实际情况，要求抽采利用方式必须二者兼顾才能实现资源的最优化开采利用，采空区抽水及采气应当同时开展进行。因此研发同时抽采利用采空区内瓦斯及水资源的技术具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有煤层采空区瓦斯与积水同时抽采缺乏成熟工艺的问题，提供了一种双分支井抽取下煤层及上部多采空区瓦斯与积水的方法。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种双分支井抽取下煤层及上部多采空区瓦斯与积水的方法，包括以下步骤：S1.根据废弃矿井原矿井设计说明书、采掘工程平面图，矿区井上下对照图圈定采空区群边界，在距采空区群边界10～20m处，沿原工作面推进方向的地势平坦区域选择位于同一直线的三处抽采井施工点A点、B点、C点，在A点和B点中部设置有污水处理厂，在B点和C点中部设置有瓦斯采集装置,根据煤系地层综合柱状图、煤层底板等高线图、矿井地质剖面图、采空区顶底板岩性分别确定采空区顶板上方的抽采井水平段L1和采空区底板下方的抽采井水平段L2；S2.在地面A点架设钻井设备，自地表垂直向下施工抽采井A的垂直段，当抽采井A的垂直段达到深度H1时进行造斜段X1施工，使钻机设备通过造斜段X1能够顺利调整到抽采井水平段L1的施工，抽采井水平段L1可横跨多个采空区，抽采井水平段L1施工完成后退出钻头，将抽采井A钻孔方向调整为竖直向下后继续抽采井A垂直段的施工，直至达到深度H2，进一步进行造斜段X2的施工，完成后进行抽采井水平段L2的施工，同理抽采井水平段L2可横跨多个采空区；S3.拆卸钻机设备，将钻机设备移至地面B点，重复步骤S2进行抽采井B的施工，同时对抽采井A的井道整体敷设套管，其中，抽采井A的垂直段和造斜段采用无缝钢管，抽采井水平段L1和抽采井水平段L2套管采用无缝钢管和多孔金属管组合结构；S4.抽采井A的套管敷设完毕后对抽采井A和孔道进行加固，将套管与孔壁间隙密封处理后与地面抽采管道连接，管道从下至上分别设置有总阀门和水气分离装置，经水气分离装置后分别连接有抽水管路和集气管路，抽水管路连接有污水处理厂，集气管路连接有地面瓦斯采集装置，其中抽水管路上设置有阀门B和水流量监测表，集气管路上设置有阀门A和瓦斯监测表；S5.抽采井A的管路设备连接结束后，打开总阀门及抽水管路上的阀门B，对抽采井A进行8～10小时抽水作业，进一步打开集气管路上的阀门A进行采集瓦斯的采集，抽采过程中通过瓦斯监测表对瓦斯浓度进行监控，抽采瓦斯过程中当浓度低于30%后，关闭采气阀门A并保持抽采井A的持续抽水，经过36～72小时待瓦斯浓度高于30%后，重新进行瓦斯的抽采；S6.抽采井B施工完成后，重复步骤S3、S4和S5实施对抽采井B的瓦斯及积水的抽采工作，并同步重复步骤S2进行抽采井C的施工；S7.抽采井C施工完成后，重复步骤S3、S4和S5实施对抽采井C的瓦斯及积水的抽采作业。抽采井A、抽采井B和抽采井C位于同一直线且为等间距设置，相临间距为200～350m。抽采井水平段L1设置在采空区顶板上方4～9m的范围内，抽采井水平段L2设置在采空区底板下方5～10m的范围内，抽采井水平段L1和抽采井水平段L2的长度范围为600～1000m。抽采井A的直径为200mm，造斜段X1和造斜段X2的转弯半径为10～30m。抽采井水平段L1和抽采井水平段L2套管中多孔金属管每隔5～10m设置一段，优选为5m以便最大限度地提高抽采效果。总阀门设置在高于地表1.3～1.6m的抽采管道上，水气分离装置在设置在高于地表2～3m的抽采管道上。本专利技术相比现有技术具有的优势及有益效果是：本专利技术基于现代高强集约化开采条件下，上部迅速产生大量规则、平整、推进长度超过1000m的采空区，同时下部煤层含大量瓦斯的生产实际。通过施工双分支井，同时采取上部采空区内积水、瓦斯及下部煤层内部分瓦斯，高效利用抽采钻井，实现一井多抽，一井多用。在抽取瓦斯资源的同时，还利用了采空区内形成的积水，消除了上部采空区积水对下部煤层开采造成的潜在威胁。并且还实现了下部煤层内瓦斯预抽，有效降低了下部煤层开采时的瓦斯浓度及瓦斯压力。实现安全高效，资源最大化利用的生产目标，可产生大量的经济效益，具有巨大的推广价值。附图说明图1是本专利技术的抽采流程剖面结构示意图；图2是图1中部分结构的放大示意图；图3是本专利技术抽采管路的结构示意俯视图。图中：1-污水处理厂，2-抽水管路，3-水流量监测表，4-阀门B，5-瓦斯监测表，6-阀门A，7-集气管路，8-瓦斯采集装置，9-水气分离装置，10-总阀门，11-深度H1，12-造斜段X1，13-深度H2，14-造斜段X2，15-多孔金属管，16-抽采井水平段L1，17-抽采井水平段L2，18-煤层，19-采空区，20-抽采井A，21-抽采井B，22-抽采井C。具体实施方式参照图1～图3对本专利技术进行进一步阐述，一种双分支井抽取下煤层及上部多采空区瓦斯与积水的方法，包括以下步骤：S1.根据废弃矿井原矿井设计说明书、采掘工程平面图，矿区井上下对照图圈定采空区19群边界，在距采空区19群边界10～20m处，沿原工作面推进方向的地势平坦区域选择位于同一直线的三处抽采井施工点A点、B点、C点，在A点和B点中部设置有污水处理厂1，在B点和C点中部设置有瓦斯采集装置8,根据煤系地层综合柱状图、煤层底板等高线图、矿井地质剖面图、采空区19顶底板岩性分别确定采空区19顶板上方的抽采井水平段L116和采空区19底板下方的抽采井水平段L217；S2.在地面A点架设钻井设备，自地表垂直向下施工抽采井A20的垂直段，当抽采井A20的垂直段达到深度H111时进行造斜段X112施工，使钻机设备通过造斜段X112能够顺利调整到抽采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双分支井抽取下煤层及上部多采空区瓦斯与积水的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据废弃矿井原矿井设计说明书、采掘工程平面图，矿区井上下对照图圈定采空区（19）群边界，在距采空区（19）群边界10～20m处，沿原工作面推进方向的地势平坦区域选择位于同一直线的三处抽采井施工点A点、B点、C点，在A点和B点中部设置有污水处理厂（1），在B点和C点中部设置有瓦斯采集装置（8）,根据煤系地层综合柱状图、煤层底板等高线图、矿井地质剖面图、采空区（19）顶底板岩性分别确定采空区（19）顶板上方的抽采井水平段L1（16）和采空区（19）底板下方的抽采井水平段L2（17）；S2.在地面A点架设钻井设备，自地表垂直向下施工抽采井A（20）的垂直段，当抽采井A（20）的垂直段达到深度H1（11）时进行造斜段X1（12）施工，使钻机设备通过造斜段X1（12）能够顺利调整到抽采井水平段L1（16）的施工，抽采井水平段L1（16）可横跨多个采空区，抽采井水平段L1（16）施工完成后退出钻头，将抽采井A（20）钻孔方向调整为竖直向下后继续抽采井A（20）垂直段的施工，直至达到深度H2（13），进一步进行造斜段X2（14）的施工，完成后进行抽采井水平段L2（17）的施工，同理抽采井水平段L2（17）可横跨多个采空区；S3.拆卸钻机设备，将钻机设备移至地面B点，重复步骤S2进行抽采井B（21）的施工，同时对抽采井A（20）的井道整体敷设套管，其中，抽采井A（20）的垂直段和造斜段采用无缝钢管，抽采井水平段L1（16）和抽采井水平段L2（17）套管采用无缝钢管和多孔金属管（15）组合结构；S4. 抽采井A（20）的套管敷设完毕后对抽采井A（20）和孔道进行加固，将套管与孔壁间隙密封处理后与地面抽采管道连接，管道从下至上分别设置有总阀门（10）和水气分离装置（9），经水气分离装置（9）后分别连接有抽水管路（2）和集气管路（7），抽水管路（2）连接有污水处理厂（1），集气管路（7）连接有瓦斯采集装置（8），其中抽水管路（2）上设置有阀门B（4）和水流量监测表（3），集气管路（7）上设置有阀门A（6）和瓦斯监测表（5）；S5. 抽采井A（20）的管路设备连接结束后，打开总阀门（10）及抽水管路（2）上的阀门B（4），对抽采井A（20）进行8～10小时抽水作业，进一步打开集气管路（7）上的阀门A（6）进行采集瓦斯的采集，抽采过程中通过瓦斯监测表（5）对瓦斯浓度进行监控，抽采过程中当瓦斯浓度低于30%后，关闭采气阀门A（6）并保持抽采井A（20）的持续抽水，经过36～72小时待瓦斯浓度高于30%后，重新进行瓦斯的抽采；S6. 抽采井B（21）施工完成后，重复步骤S3、S4和S5实施对抽采井B（21）的瓦斯及积水的抽采工作，并同步重复步骤S2进行抽采井C（22）的施工；S7. 抽采井C（22）施工完成后，重复步骤S3、S4和S5实施对抽采井C（22）的瓦斯及积水的抽采作业。...

【技术特征摘要】
1.一种双分支井抽取下煤层及上部多采空区瓦斯与积水的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据废弃矿井原矿井设计说明书、采掘工程平面图，矿区井上下对照图圈定采空区（19）群边界，在距采空区（19）群边界10～20m处，沿原工作面推进方向的地势平坦区域选择位于同一直线的三处抽采井施工点A点、B点、C点，在A点和B点中部设置有污水处理厂（1），在B点和C点中部设置有瓦斯采集装置（8）,根据煤系地层综合柱状图、煤层底板等高线图、矿井地质剖面图、采空区（19）顶底板岩性分别确定采空区（19）顶板上方的抽采井水平段L1（16）和采空区（19）底板下方的抽采井水平段L2（17）；S2.在地面A点架设钻井设备，自地表垂直向下施工抽采井A（20）的垂直段，当抽采井A（20）的垂直段达到深度H1（11）时进行造斜段X1（12）施工，使钻机设备通过造斜段X1（12）能够顺利调整到抽采井水平段L1（16）的施工，抽采井水平段L1（16）可横跨多个采空区，抽采井水平段L1（16）施工完成后退出钻头，将抽采井A（20）钻孔方向调整为竖直向下后继续抽采井A（20）垂直段的施工，直至达到深度H2（13），进一步进行造斜段X2（14）的施工，完成后进行抽采井水平段L2（17）的施工，同理抽采井水平段L2（17）可横跨多个采空区；S3.拆卸钻机设备，将钻机设备移至地面B点，重复步骤S2进行抽采井B（21）的施工，同时对抽采井A（20）的井道整体敷设套管，其中，抽采井A（20）的垂直段和造斜段采用无缝钢管，抽采井水平段L1（16）和抽采井水平段L2（17）套管采用无缝钢管和多孔金属管（15）组合结构；S4.抽采井A（20）的套管敷设完毕后对抽采井A（20）和孔道进行加固，将套管与孔壁间隙密封处理后与地面抽采管道连接，管道从下至上分别设置有总阀门（10）和水气分离装置（9），经水气分离装置（9）后分别连接有抽水管路（2）和集气管路（7），抽水管路（2）连接有污水处理厂（1），集气管路（7）连接有瓦斯采集装置（8），其中抽水管路（2）上设置有阀门B（4）和水流量监测表（3），集气管路（7）上设置有阀门A（6）和...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国瑞，崔家庆，李振，姜海纳，宋诚，牛小红，胡胜勇，韩艳娜，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14