一种强突煤层预抽防突方法技术

本发明专利技术公开了一种强突煤层预抽防突方法，有一个确定的高瓦斯煤层矿区，首先在所述矿区内边、沿所要挖掘巷道走向钻两个竖井，从距煤层1米至井口侧壁用水泥固井；采用高压水喷射扩孔工艺进行煤层扩孔；然后使用空气动力造穴工艺将两个已扩孔的煤层孔之间进行压裂气隙贯通；在距两个竖井至少60米范围的矿区内钻第三竖井，第三竖井进入煤层后采用横向钻进的方式分别与第一竖井和第二竖井连通，将第三竖井口密封，从第一竖井和第二竖井口抽气直至瓦斯浓度小于标准值，本发明专利技术利用地面两口直井和地面一口多分支水平井建立起地面与井下巷道揭煤区域的通道，能掏出更多的煤，抽采更多的瓦斯，大大降低了目标煤层中的瓦斯含量和压力，达到了“防突”目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤矿安全领域，特别涉及，是一种防止深部瓦斯强烈突出煤层的瓦斯突出事故的方法。
技术介绍
目前，对于井下石门或巷道揭煤存在安全风险的矿井，例如在正在开采煤矿区，在距离开采巷道一定距离的检测到的矿区是一个高瓦斯区，为了消除待开采矿区的高压高瓦斯，现在普遍采用井下钻孔瓦斯预抽的方法。这种方法存在钻孔工程量大、施工困难、成本投入高，抽采时间长、影响正常生产规划，且有可能在钻进过程中，发生孔内瓦斯突出和瓦斯超限事故的问题。特别对于向更深水平开拓的矿井，煤层瓦斯含量高、瓦斯压力大，采用常规井下预抽的方法，产生的问题尤为突出。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供，利用地面两口直井和地面一口多分支水平井建立起地面与井下巷道揭煤区域的通道，能掏出更多的煤，抽采更多的瓦斯，大大降低了目标煤层中的瓦斯含量和压力，达到了“防突”目的。 为了实现上述目的，本专利技术的方案是::有一个确定的高瓦斯煤层矿区，首先在所述矿区边沿内，沿所要挖掘巷道走向在地面相距不大于15米范围内向下钻两个竖井，分别为第一竖井和第二竖井，两个竖井固井后的井径在150mm至200mm之间,两个竖井的井底伸入煤层至少10米，从距煤层I米至井口侧壁用水泥固井；采用高压水喷射扩孔工艺，将一个扩孔用高压水喷射钻头伸入到井底煤层将两个竖井下的煤层孔扩孔，然后将高压水喷射钻头取出；使用空气动力造穴工艺将两个已扩孔的煤层孔之间进行压裂气隙贯通；在距两个竖井至少60米范围的矿区内地面钻第三竖井，第三竖井进入煤层后采用多分支水平钻进方式分别与第一竖井和第二竖井连通，将第三竖井口密封，从第一竖井和第二竖井口抽气直至瓦斯浓度小于标准值。 方案进一步是:所述方法进一步包括:在采用高压水喷射括孔工艺前，首先采用机械方式对煤层孔进行扩孔至少4倍于竖井孔径。 方案进一步是:所述方法进一步包括:在所述第一竖井和第二竖井贯通之间通道中间段与所述第三竖井口通过从第三竖井口水平钻进连通。 方案进一步是:所述高压水喷射钻头包括钻头主体，主体一端是与钻杆连接的连接头，主体另一端是钻刃头，所述主体中间带有与钻杆输水管道连通的输水孔，所述连接头和钻刃头之间、围绕主体圆周相距120度角设置三个凹槽，凹槽沿主体轴上下交错排列，凹槽的底端设置有与输水孔连通的喷嘴接口，通过接口可以更换固定不同孔径的喷嘴，凹槽的深度保证喷嘴不凸出主体圆周表面，在两个凹槽之间的主体上，沿轴向设置有反水槽。 方案进一步是:采用高压水喷射扩孔工艺是:依次使用孔径为6mm、8mm、10_的直孔喷嘴对煤层进行扩孔直至反水中没有或只有少量煤屑被带出；其工艺参数分别是:在钻杆的输水孔加入不小于12MPa的水压、以每分钟5至10转的速度旋转压水喷射钻头、并以每分钟0.1至0.2米的速度在煤层上下移动钻头。 方案进一步是:所述空气动力造穴工艺是:在第一竖井和第二竖井同时加气压和放气，气压从3MPa开始逐级递增直到没有煤渣从竖井中带出，所述逐级递增的阶梯是IMPa。 方案进一步是:所述第一竖井和第二竖井的井径是150_。 本专利技术的有益效果是:利用地面两口直井和地面一口多分支水平井建立起地面与井下巷道揭煤区域的通道，能掏出更多的煤，抽采更多的瓦斯，大大降低了目标煤层中的瓦斯含量和压力，达到了“防突”目的。 由于上述技术方法都是在地面实施，保证了施工安全，避免了井下钻井可能诱发“孔突”的危险。 下面结合附图和实施例对本专利技术作一详细描述。 【附图说明】 图1为方法中的竖井结构示意图；图2为高压水喷射钻头结构示意图，图3的B-B视图；图3为高压水喷射钻头横断面示意图，图2的A-A视图。 【具体实施方式】 ，在煤矿区经过勘探有一个已经确定的高瓦斯煤层矿区，首先在所述矿区边沿内，沿所要挖掘巷道走向在地面相距不大于15米范围内向下钻两个竖井，分别为第一竖井和第二竖井，两个竖井固井后的井径在150_至200mm之间,两个竖井的井底伸入煤层至少10米，从距煤层I米至井口侧壁用水泥固井；采用机械方式对煤层孔进行扩孔至少4倍于竖井孔径，然后将一个扩孔用高压水喷射钻头伸入到井底煤层，采用高压水喷射扩孔工艺继续将两个竖井下的煤层孔扩孔，然后将高压水喷射钻头取出；使用空气动力造穴工艺将两个已扩孔的煤层孔之间进行压裂气隙贯通；在距两个竖井至少60米范围的矿区内地面钻第三竖井，并且第三竖井不是与第一竖井和第二竖井在一条直线上，最佳位置是在第一竖井和第二竖井之间的中间位置；第三竖井进入煤层后采用多分支水平钻进的方式分别与第一竖井和第二竖井连通，将第三竖井口密封，从第一竖井和第二竖井口抽气直至瓦斯浓度小于标准值。 其中，为了加快排气，可以在所述第一竖井和第二竖井贯通之间通道中间段与所述第三竖井口通过从第三竖井口水平钻进连通。。 具体方式如图1所示，第一竖井I和第二竖井2采用的钻井流程是:a.一开Φ311.15mm开孔，进入基岩20m后下J55钢级、外径Φ244.5的套管3，固井水泥返出地面。然后二开Φ215.9_钻进，完钻井深至目标煤层底板10m，井底位移不超两米，常规煤炭测井，填砂至煤层上部lm，下入J55钢级、外径Φ177.8的套管4、下入井深距离煤层Im固井水泥返出地面。 b.三开Φ152.4mm钻至井底5,循环出沙子；机械扩孔至500mm,然后高压水力喷射，最后空气造穴至形成稳定洞穴，循环出煤；C.采用空气动力造穴的方法进行进一步扩孔，洗井，尽肯能多的循环出井内煤屑。如果第一竖井和第二竖井没有联通，通过高压泵车，在第一竖井或第二竖井注入高压，最大压力至25MPa，压通第一竖井和第二竖井，压通后循环洗井。 第三竖井6采用的钻井流程是:a.一开Φ311.15_开孔，进入基岩20m后下J55钢级、外径Φ 244.5套管，固井水泥返出地面。二开采用Φ215.9mm钻头直井段钻至设计深度开始造斜，钻进煤层着陆，着陆点复合设计要求的井斜和方位，然后J55钢级、外径Φ 177.8套管、下入井深距离煤层lm，固井水泥返出地面。三开采用Φ152.4_钻头，分别与第一竖井和第二竖井进行连通。根据现场施工情况，是否需要在第一竖井和第二竖井之间钻第三个分支，如果需要再施工第三个分支，靶点在I号直井与2号直井中间。 b.水平井与I号直井连通后，更换钻具采用高压水力喷射扩孔，之后采用I号直井注气，水平井注水循环出煤屑。侧钻实现水平井与I号直井连通，采取与I号直井一样的方式扩孔。根据需要是否在第一竖井和第二竖井打分支。 实施例中:如图2和图3所示，所述高压水喷射钻头包括钻头主体7，主体一端是与钻杆连接的连接头701，主体另一端是钻刃头702，所述主体中间带有与钻杆输水管道连通的输水孔703，所述连接头和钻刃头之间、围绕主体圆周相距120度角设置三个凹槽704，凹槽沿主体轴上下交错排列，凹槽的底端设置有与输水孔连通的喷嘴接口，通过接口可以更换固定不同孔径的喷嘴705，凹槽的深度保证喷嘴不凸出主体圆周表面，在两个凹槽之间的主体上，沿轴向设置有反水槽706;所述多个凹槽沿主体轴向交错排列，所述凹槽有三个，三个凹槽围绕主体圆周相距120度角设置，所述三个凹槽沿主体轴向相距10mm至150mm交错排列；所述反水槽为弧形反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强突煤层预抽防突方法，有一个确定的高瓦斯煤层矿区，其特征在于，首先在所述矿区边沿内，沿所要挖掘巷道走向在地面相距不大于15米范围内向下钻两个竖井，分别为第一竖井和第二竖井，两个竖井固井后的井径在150mm至200mm之间，两个竖井的井底伸入煤层至少10米，从距煤层1米至井口侧壁用水泥固井；采用高压水喷射扩孔工艺，将一个扩孔用高压水喷射钻头伸入到井底煤层将两个竖井下的煤层孔扩孔，然后将高压水喷射钻头取出；使用空气动力造穴工艺将两个已扩孔的煤层孔之间进行压裂气隙贯通；在距两个竖井至少60米范围的矿区内地面钻第三竖井，第三竖井进入煤层后采用多分支水平钻进方式分别与第一竖井和第二竖井连通，将第三竖井口密封，从第一竖井和第二竖井口抽气直至瓦斯浓度小于标准值。

【技术特征摘要】
1.一种强突煤层预抽防突方法，有一个确定的高瓦斯煤层矿区，其特征在于，首先在所述矿区边沿内，沿所要挖掘巷道走向在地面相距不大于15米范围内向下钻两个竖井，分别为第一竖井和第二竖井，两个竖井固井后的井径在150_至200mm之间,两个竖井的井底伸入煤层至少10米，从距煤层I米至井口侧壁用水泥固井；采用高压水喷射扩孔工艺，将一个扩孔用高压水喷射钻头伸入到井底煤层将两个竖井下的煤层孔扩孔，然后将高压水喷射钻头取出；使用空气动力造穴工艺将两个已扩孔的煤层孔之间进行压裂气隙贯通；在距两个竖井至少60米范围的矿区内地面钻第三竖井，第三竖井进入煤层后采用多分支水平钻进方式分别与第一竖井和第二竖井连通，将第三竖井口密封，从第一竖井和第二竖井口抽气直至瓦斯浓度小于标准值。2.根据权利要求1所述的一种强突煤层预抽防突方法，其特征在于，所述方法进一步包括:在采用高压水喷射扩孔工艺前，首先采用机械方式对煤层孔进行扩孔至少4倍于竖井孔径。3.根据权利要求1所述的一种强突煤层预抽防突方法，其特征在于，所述方法进一步包括:在所述第一竖井和第二竖井贯通之间通道中间段与所述第三竖井口通过从第三竖井口水平钻进连通。4.根据权利要求1所述的一种强突煤层预抽防突方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：阴慧胜，杨涛，张才，杜博野，丁祥发，
申请(专利权)人：北京大地高科煤层气工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11