一种L型钻孔压裂弱化顶板平行布孔的瓦斯抽采方法技术

本发明专利技术涉及一种L型钻孔压裂弱化顶板平行布孔的瓦斯抽采方法，其包含如下步骤：1)在所采煤层工作面对应的地面，确定钻孔位置和选取钻孔参数；2)进行L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔施工；3)L型压裂钻孔施工完毕后，在L型钻孔中布置套管和压裂设备；4)L型瓦斯抽采钻孔施工完毕后，在L型瓦斯抽采钻孔中布置带有气孔的瓦斯抽采管；5)利用水力喷射分段压裂的方法超前预压裂煤层顶板；6)在采煤作业的同时通过瓦斯抽采管抽采裂隙带瓦斯。本方案解决了现有技术中煤矿开采过程中出现的强矿压显现问题和采空区裂隙带瓦斯超限问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及瓦斯抽采领域，具体是一种L型钻孔压裂弱化顶板平行布孔的瓦斯抽采方法。
技术介绍
随着我国工业化发展，能源需求日益增大，资源开采量与日俱增，人们已经开始向着更深的地层索取资源。就煤矿而言，目前整体发展趋势是浅矿井资源正在枯竭，中深矿井的资源正被大力开采，深矿井的资源开采量成倍增加，并将出现更多井深超过1200m的特深矿井。然而随开采深度增加而来的强矿压显现问题和瓦斯抽采问题严重地制约着煤矿的安全生产，并耗费了大量的人力物力和财力。对于强矿压显现的治理，我国主要采取超前深孔预裂爆破、注水软化和水力压裂的方法。但超前深孔预裂爆破弱化顶板时，预裂爆破引起的震动会对围岩造成扰动，并且爆破需用大量炸药，成本高，危险性大，爆破产生的有害气体、火焰等也会带来一系列危害；注水软化的不足在于注水时间长，效果不够明显；水力压裂技术明显的克服了前面两种技术的不足，已成为了一种经济有效的煤矿坚硬顶板控制技术，并在国内外得到了推广应用。对于瓦斯抽采，有瓦斯巷抽采法、埋管抽采法和钻孔抽采法等采空区瓦斯抽采方法。瓦斯巷抽采法效果明显，能有效减少井下瓦斯含量，但成本太高，施工工期长；埋管抽采法往往布置得距底板较近而导致抽采浓度较低，且易被垮落的岩石堵塞或压坏等；相较而言，只要钻孔位置布置得当，钻孔抽采法不失为一种经济有效综合效益高的瓦斯抽采方法。鉴于我国煤矿坚硬顶板分布范围广且分布在半数以上的矿区，如大同、晋城、枣庄、通化、鹤岗、神府、东胜等都存在坚硬顶板导致的强矿压显现问题，同时也有许多矿井存在严重的瓦斯超限问题。亟需提出一种新的瓦斯抽采方案来解决煤矿开采过程中出现的强矿压显现问题和采空区裂隙带瓦斯超限问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种L型钻孔压裂弱化顶板平行布孔的瓦斯抽采方法，其能够解决现有技术中煤矿开采过程中出现的强矿压显现问题和采空区裂隙带瓦斯超限问题。为达到上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种L型钻孔压裂弱化顶板平行布孔的瓦斯抽采方法，其包含如下步骤：1)在所采煤层工作面对应的地面，确定钻孔位置和选取钻孔参数。2)进行L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔施工。3)L型压裂钻孔施工完毕后，在L型钻孔中布置套管和压裂设备。4)L型瓦斯抽采钻孔施工完毕后，在L型瓦斯抽采钻孔中布置带有气孔的瓦斯抽采管。5)利用水力喷射分段压裂的方法超前预压裂煤层顶板。6)在采煤作业的同时通过瓦斯抽采管抽采裂隙带瓦斯。优选的，所述步骤1)中，所述L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔包括朝向煤层顶板的直孔段以及与煤层顶板平行的水平段，所述直孔段与水平段通过造斜段连通过渡，L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔的水平段都布置在准备工作面煤层上方的潜在裂隙带高度内；其中，hmin为裂隙带高度下限值，hmax为裂隙带高度上限值。优选的，所述步骤1)中，所述L型瓦斯抽采钻孔与L型压裂钻孔相平行，相邻两钻孔在煤层顶板上的投影间距为l，钻孔个数n＝L/l，其中，L为煤层工作面的长度，l为数值模拟或试验得到的参考值。优选的，所述步骤2)中，相邻两L型瓦斯抽采钻孔之间有一个L型压裂钻孔。优选的，所述步骤5)中，采用水力喷射分段压裂方法，L型瓦斯抽采钻孔沿钻孔施工的反方向沿拖动压裂设备的压裂管柱，间隔一个压裂间距实施一次压裂，依次压裂煤层顶板的各预设压裂地点。优选的，所述步骤5)中，水力喷射压裂间距取值为控顶距，超前预压裂煤层顶板的超前距离设置为2倍控顶距。本专利技术克服了单纯的水力压裂弱化煤层顶板或布孔抽采瓦斯的不足，实现利用水力分段压裂技术超前预压裂弱化煤层顶板的同时进行采煤和抽采瓦斯作业，降低工作面上隅角瓦斯含量。本专利技术通过在地面施工L型钻孔，在地面钻L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔到准备工作面煤层顶板，将L型钻孔水平段平行煤层布置在裂隙带内，L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔交替布置，对煤层顶板进行超前分段压裂后诱导顶板随工作面向前推移而逐步垮落，并随采煤工作面向前推移超前预压裂煤层顶板，同时抽采裂隙带瓦斯，从而实现弱化煤层顶板、减少强矿压显现、缩短来压步距和减少工作面上隅角瓦斯含量，解决坚硬顶板下矿压显现强烈的危害和瓦斯抽采不力的问题。本专利技术解决了煤矿开采过程中出现的强矿压显现问题和采空区裂隙带瓦斯解决瓦斯超限问题，尤其是超前预压裂煤层顶板后随工作面采煤同时抽采裂隙带瓦斯能极大的提高瓦斯的抽采效率，减少采空区瓦斯含量。本专利技术的有益效果是：根据采场上覆岩层裂隙带既是瓦斯积聚的场所又是瓦斯逸散的通道，本专利技术提出从地面钻L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔到准备工作面煤层上方潜在裂隙带内，超前预压裂弱化煤层顶板、抽采裂隙带瓦斯可获得以下有益效果：1)压裂弱化煤层顶板破坏了顶板的完整性，有利于减少甚至消除坚硬顶板下强矿压显现现象。2)在潜在裂隙带内超前预压裂弱化煤层顶板可促进日后裂隙带内裂隙的发育，促进顶板垮落，达到弱化顶板的目的。3)抽采孔的存在对压裂裂缝具有导向作用，有利于诱导裂缝形成水平贯通裂缝，强化顶板压裂效果。4)实施压裂后聚积在裂隙带内的瓦斯更易于被抽采，且利用负压抽采能促进煤层瓦斯的大量解吸，使瓦斯抽采浓度更高，抽采量更大，抽采效果更好。附图说明图1为本专利技术的L型钻孔的结构示意图；图2为本专利技术的L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔的布置示意图；图3为本专利技术采用的水力喷射的原理示意图；图4为本专利技术的拖动压裂效果图；图5为本专利技术的水力压裂和瓦斯抽采侧视示意图；图6为本专利技术的水力压裂和瓦斯抽采俯视示意图。附图标记说明：R-转弯半径；A-直孔段；B-造斜段；C-水平段；D-垮落带；E-裂隙带；F-弯曲下沉带；M-煤层采高(分层开采时为累计采高)；L-工作面长度；-钻孔间距；d-水力喷射压裂间距(控顶距)；1-压裂裂缝；2-压裂流体；3-环空流体；4-喷嘴；5-环空低压区；6-环空中压区；7-环空高压区；8-瓦斯。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。一种L型钻孔压裂弱化顶板平行布孔的瓦斯抽采方法，其包含如下步骤：1)在所采煤层工作面对应的地面，确定钻孔位置和选取钻孔参数。根据井上下对照图，对应到准备工作面所采煤层对应的地面位置，选择一组地面空旷、平坦便于施工的位置布置L型钻孔。L型钻孔包括L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔，L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔包括朝向煤层顶板的直孔段以及与煤层顶板平行的水平段，所述直孔段与水平段通过造斜段连通过渡。为确保水力压裂弱化顶板后瓦斯抽采效果显著，将L型钻孔水平段布置在准备工作面煤层上方潜在裂隙带1/2～2/3倍裂隙带高度内，L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔的水平段都布置在准备工作面煤层上方的潜在裂隙带高度内；其中，hmin——据经验公式所得裂隙带高度下限值，m；hmax——据经验公式所得裂隙带高度上限值，m。裂隙带高度h可由下式确定：坚硬岩层：中硬岩层：式中，M为煤层采高(分层开采时为累计采高)，m。2)进行L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔施工。选好地面钻孔位置后，选用TD2000/600型液压顶驱钻机和先进的定向钻进技术在目标钻孔位置进行L型钻孔施工，钻进一定距离后再调整回转器角度进行造斜段施工，如图1所示。所述L型瓦斯抽采钻孔与L型压裂钻孔相平行，相邻两钻孔在煤层顶板上的投影间距为l，相邻两L型瓦斯抽采钻孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种L型钻孔压裂弱化顶板平行布孔的瓦斯抽采方法，其特征在于，包含如下步骤：1)在所采煤层工作面对应的地面，确定钻孔位置和选取钻孔参数；2)进行L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔施工；3)L型压裂钻孔施工完毕后，在L型钻孔中布置套管和压裂设备；4)L型瓦斯抽采钻孔施工完毕后，在L型瓦斯抽采钻孔中布置带有气孔的瓦斯抽采管；5)利用水力喷射分段压裂的方法超前预压裂煤层顶板；6)在采煤作业的同时通过瓦斯抽采管抽采裂隙带瓦斯。

【技术特征摘要】
1.一种L型钻孔压裂弱化顶板平行布孔的瓦斯抽采方法，其特征在于，包含如下步骤：1)在所采煤层工作面对应的地面，确定钻孔位置和选取钻孔参数；2)进行L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔施工；3)L型压裂钻孔施工完毕后，在L型钻孔中布置套管和压裂设备；4)L型瓦斯抽采钻孔施工完毕后，在L型瓦斯抽采钻孔中布置带有气孔的瓦斯抽采管；5)利用水力喷射分段压裂的方法超前预压裂煤层顶板；6)在采煤作业的同时通过瓦斯抽采管抽采裂隙带瓦斯。2.根据权利要求1所述的一种L型钻孔压裂弱化顶板平行布孔的瓦斯抽采方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔包括朝向煤层顶板的直孔段以及与煤层顶板平行的水平段，所述直孔段与水平段通过造斜段连通过渡，L型压裂钻孔和L型瓦斯抽采钻孔的水平段都布置在准备工作面煤层上方的潜在裂隙带高度内；其中，hmin为裂隙带高度下限值，hmax为裂隙带高度上限值。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏彬伟，龚涛，卢义玉，王海洋，葛兆龙，汤积仁，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50