煤矿瓦斯憋压抽采方法及系统技术方案

本发明专利技术提供的一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，方法：获取煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；计算瓦斯压力、浓度、干扰波动距离随时间的变化规律；确定钻孔布孔方式和工艺；进行煤矿巷道内水平钻孔；确定关井“憋压”的时间和压力值，进行憋压和试井；根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，模拟计算确定最优化的排采工作制度；结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；煤层压力落零后，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的负压抽采。本发明专利技术具有可操作性、实用性和可实现性强的优点，并有理论和工程实例做为支撑，对煤矿瓦斯抽采具有重大现实意义。

【技术实现步骤摘要】
煤矿瓦斯憋压抽采方法及系统
本专利技术涉及瓦斯开采领域，尤其涉及常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，为了区别于其它方法将其命名为“憋压抽采”。
技术介绍
为了保障煤矿生产安全，需将煤层中的瓦斯排放出来，而瓦斯被称为煤矿第一杀手，又是极为难得的清洁能源，排空的温室效应是二氧化碳的21倍，因此煤矿一直在致力于瓦斯的治理和利用。目前，煤矿瓦斯治理主要采用井下抽放方式，主要有2种方法：方法一：常压钻孔负压抽放这种方法首先在煤层的煤壁上水平钻孔，其钻孔时采用常压钻孔，抽采时采用负压抽排。但由于抽排的瓦斯浓度较低，无法利用，直接排放在大气中或低浓度瓦斯发电。这种抽排方式存在二类严重危害，一是钻孔过程中，在某个深度开始把接近原始地层压力的几兆帕压力迅速释放到大气常压，导致出现损害瓦斯通道的压实效应。压实效应：瓦斯抽采打孔时，孔内压力基本与大气压力相同，孔壁附近的游离态瓦斯的初始压力基本与地层压力相同，游离态瓦斯将快速向钻孔内运移；当压力低于临界解析压力时，吸附瓦斯也急速解析成游离瓦斯排出，短时间内孔壁附近压力消失，在地层压力作用下煤体缝隙被压实，通道减少，渗透率大幅度下降；二是抽采初始，孔中的正压直接转换为无节制措施的负压流体，初速过大易造成速敏效应。速敏效应：是指因流体流动速度变化引起储层岩石中微粒运移、堵塞喉道，导致岩石渗透率下降的现象。流速的改变引起微粒运移而造成的地层伤害是不可恢复的。以上两个环节和钻水平孔形成的围岩松动圈，使煤粉增加，通道减小，渗透率大幅度降低，瓦斯抽采量快速衰减。降压漏斗得不到充分的扩展，只有孔壁附近很小范围内的煤层得到了有效降压使少部分瓦斯解析。从而影响抽采中的瓦斯浓度和采收率。同时这种方法需要在煤矿井下密集布井，严重增加煤矿成本。因此，这种技术的缺陷是：在钻孔过程和排采方式均由于压实效应和速敏效应，使得瓦斯抽排气量小，从而影响抽采中的瓦斯浓度和采收率。方法二：带压式钻孔正压排采这种方法首先在煤层的煤壁上水平钻孔，其钻孔时采用正压钻孔，排采时采用正压抽排。但由于这种方法过于理想化、煤矿现场实现不了，存在明显的缺陷是：一方面，理论上不支持(1)根据瓦斯解析压力和原始煤层压力，设定正压排采压力不能实现，设定正压排采压力是个系统工程，必须依据地质资料、瓦斯参数和关井试井获得的压力数据，进行模拟分析、计算，才能确定最优化的排采工作制度；(2)根据带压钻孔压力及正压排采压力不能获取所述排采区煤层的干扰波动距离，这需要试井和生产拟合等综合分析才能获得。另一方面煤矿现场工作条件不支持(1)将目前煤矿井下常压式钻孔设备更换为带压式钻孔设备，投资巨大，不具备经济性；(2)煤矿井下布置钻机的巷道普遍较窄，常压钻孔钻机所占产地勉强够用，若改为带压钻孔，带压设备增加设备长度至少5米，这就需要将煤矿井下巷道加宽5米，如此加宽煤矿井下巷道代价巨大，没有可操作性，不能实现。(3)带压式钻孔设备在地面石油钻井中已有应用，但推广普及难度很大，既有理论原因也有现场实际问题，用于煤矿井下的带压式钻孔设备仍停留在纸面上。因此带压式钻孔设备应用于煤矿井下钻井几乎没有可能性。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，为了区别于其它方法将其命名为“憋压抽采”，其按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：获取抽采区煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；步骤二：根据地质资料、瓦斯参数计算排采区煤层的瓦斯压力、瓦斯浓度、干扰波动距离随抽采时间的变化规律；步骤三：根据步骤二的规律，确定钻孔布孔方式和工艺；步骤四：根据布孔方式和工艺，通过常压钻孔设备进行煤矿巷道内水平钻孔；步骤五：根据地质资料、瓦斯参数，确定关井“憋压”的时间和压力值，进行憋压和试井；步骤六：根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，进行模拟分析、计算，确定最优化的排采工作制度；步骤七：结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；步骤八：煤层压力落零后，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的负压抽采。本专利技术提供的一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，其技术方案为：获取抽采区煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；根据地质资料、瓦斯参数计算排采区煤层的瓦斯压力、瓦斯浓度、干扰波动距离随抽采时间的变化规律；根据此规律，确定钻孔布孔方式和工艺；根据布孔方式和工艺，通过常压钻孔设备进行煤矿巷道内水平钻孔；根据地质资料、瓦斯参数，确定关井“憋压”的时间和压力值；根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，进行模拟分析、计算，确定最优化排采工作制度；结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；煤层压力落零后，根据上步模拟分析、计算结果，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现负压抽采。本专利技术提供的一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，通过常压钻孔设备钻孔，完孔后通过憋压、试井工艺部分修复或恢复由于常压钻孔导致损害瓦斯通道的压实效应和速敏效应，进而解决现有技术污染大，抽排气量小、效率低的问题。进一步地，所述水平钻孔的一开固孔，固孔试压值为煤层原始地层压力，二开裸眼并可具有多个分支。进一步地，所述常压钻孔压力为煤矿巷道内钻机所在位置的大气压。第二方面，本专利技术提供一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，其特征在于，包括常压钻孔设备，水平孔或多分支水平孔，一开套管、全通径四通、全自动煤矿井下瓦斯抽采装置；所述常压钻孔设备在钻孔作业面向煤层钻取至少一条水平钻孔；所述一开套管的一端与所述至少一条水平钻孔连接，所述一开套管的另一端与所述全通径四通连接；所述水平钻孔自煤壁向煤层深处沿煤层分布走向设置，并与所述煤壁呈一定角度(0°-180°)，所述一开套管与所述水平钻孔的设置方向一致；所述全通径四通与所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置连接，所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置设置在所述钻孔作业面的孔口处侧面或通过管线连接到一定距离处，所述钻孔孔口位于煤矿巷道，孔口设置使水平钻孔具有井筒再进入功能；本专利技术提供一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，其技术方案为：常压钻孔设备，水平孔或多分支水平孔，一开套管、固孔水泥环、全通径四通、全自动煤矿井下瓦斯抽采装置；所述常压钻孔设备在钻孔作业面向煤层钻取至少一条水平钻孔；所述一开套管的一端与所述至少一条水平钻孔连接，所述一开套管的另一端与所述全通径四通连接；所述水平钻孔自煤壁向煤层深处沿煤层分布走向设置，并与所述煤壁呈一定角度(0°-180°)，所述一开套管与所述水平钻孔的设置方向一致；所述全通径四通与所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置连接，所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置设置在所述钻孔作业面的孔口处侧面或管线连接到一定距离处，所述钻孔孔口位于煤矿巷道，孔口设置使水平钻孔具有井筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，其特征在于，包括：/n步骤S1，获取抽采区煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；/n步骤S2，根据地质资料、瓦斯参数计算排采区煤层的瓦斯压力、瓦斯浓度、干扰波动距离随抽采时间的变化规律；/n步骤S3，根据步骤二的规律，确定钻孔布孔方式和工艺；/n步骤S4，根据布孔方式和工艺，通过常压钻孔设备进行煤矿巷道内水平钻孔；/n步骤S5，根据地质资料、瓦斯参数，确定关井“憋压”的时间和压力值，进行憋压和试井；/n步骤S6，根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，进行模拟分析、计算，确定最优化的排采工作制度；/n步骤S7，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；/n步骤S8，煤层压力落零后，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的负压抽采。/n

【技术特征摘要】
1.一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采方法及系统，其特征在于，包括：
步骤S1，获取抽采区煤层的地质资料、瓦斯参数和煤矿采煤规划；
步骤S2，根据地质资料、瓦斯参数计算排采区煤层的瓦斯压力、瓦斯浓度、干扰波动距离随抽采时间的变化规律；
步骤S3，根据步骤二的规律，确定钻孔布孔方式和工艺；
步骤S4，根据布孔方式和工艺，通过常压钻孔设备进行煤矿巷道内水平钻孔；
步骤S5，根据地质资料、瓦斯参数，确定关井“憋压”的时间和压力值，进行憋压和试井；
步骤S6，根据地质资料、瓦斯参数和关井“憋压”获得的压力恢复曲线，进行模拟分析、计算，确定最优化的排采工作制度；
步骤S7，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的正压排采；
步骤S8，煤层压力落零后，结合全自动煤矿井下瓦斯抽采装置实现精确控制的负压抽采。


2.一种常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，其特征在于，包括常压钻孔设备，水平孔或多分支水平孔，一开套管、全通径四通、全自动煤矿井下瓦斯抽采装置；
所述一开套管的一端与所述至少一条水平钻孔连接，所述一开套管的另一端与所述全通径四通连接；
所述水平钻孔自煤壁向煤层深处沿煤层分布走向设置，并与所述煤壁呈一定角度(0°-180°)，所述一开套管与所述水平钻孔的设置方向一致；
所述全通径四通与所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置连接，所述全自动煤矿井下瓦斯抽采装置设置在所述钻孔作业面的孔口处侧面或通过管线连接到一定距离处，所述钻孔孔口位于煤矿巷道，孔口设置使水平钻孔具有井筒再进入功能。


3.根据权利要求2所述的常压式钻孔正压排采和负压抽采相结合的瓦斯开采系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一帆，王衍，马俯波，
申请(专利权)人：王一帆，
类型：发明
国别省市：北京;11