[发明专利]地面钻井一井三用的瓦斯治理方法及地面钻井

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯的治理方法及钻井，更具体地说是一种利用地面钻井进行矿井瓦斯治理、实现煤矿开采安全生产的方法及钻井结构。

背景技术

安徽省淮北矿区位于中国华东，是我国重要的煤炭生产基地，煤系地层为石炭、二叠纪，一般含煤层8～36层。可采煤层主要有三个煤组，上煤组指3、4煤层，中煤组指7、8、9煤层，下煤组指10煤层，总厚度7～23m，可采厚度2.95～20.97m。矿区内大多数是高瓦斯、煤与瓦斯突出极为严重的矿井，煤层瓦斯含量达10～25m³/t，瓦斯压力达3.5～6.0Mpa。如芦岭煤矿中煤组的8煤层为特厚煤层，构造煤发育、煤质松软、透气性低、含瓦斯量大、压力高、属难抽煤层，曾发生煤与瓦斯突出威胁。

在井下穿层钻孔等传统的瓦斯抽采方法中，瓦斯抽采率不足30％，特别是矿井采场向深部延伸，瓦斯压力增大，含量增高，下煤组(10煤层)、中煤组(8、9煤层)均成为突出煤层，传统的瓦斯抽采方法不足以保障深部煤层的安全生产。

一般井下瓦斯抽采直接费用约2元/m³，又由于井下空间的限制，井下一般只铺设一路瓦斯输送主干管，井下各种抽采方式的瓦斯进入同一条主干管，达到高浓度瓦斯比较困难，影响瓦斯的利用；在井下钻孔钻进过程中直接面对突出煤层，目前防钻孔喷孔的措施还不完善，不能完全避免喷孔现象的发生，威胁职工的人生安全；

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种瓦斯抽采率高，费效比好，抽采的瓦斯浓度高，容易加以利用，并且能避免井下瓦斯抽采方法中可能存在的瓦斯喷孔等不安全因素的地面钻井一井三用的瓦斯治理方法及地面钻井。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明地面钻井一井三用的瓦斯治理方法的特点是在地面利用同一个地面钻井按以下阶段进行瓦斯抽采；

第一阶段：超前于煤炭开采，设置压裂井形式的地面钻井，以压裂法在煤层中形成人工裂缝和产气通道，利用瓦斯自然释放的正压进行瓦斯收集，消除下煤组的煤与瓦斯突出性；

第二阶段：开采下煤组，下煤组开采时对上煤组和中组煤造成采动卸压及应力释放，利用同一个地面钻井，以负压的方式抽采处于弯曲下沉带内上煤组和中煤组中的瓦斯；

第三阶段：开采上煤组和中煤组的同时，再次利用所述同一个地面钻井负压抽采中煤组或上煤组本层工作面开采时的采空区瓦斯。

本发明方法的特点也在于：

在所述第一阶段中，压裂法中的压砂强度不低于6-8m³/m，通过排水降压进行瓦斯正压收集；对于下煤组，通过钻井注入CO₂或N₂气体，置换出原生煤层中的瓦斯，并正压收集。

以300×300m正方形井网或200×300m的矩形井网在地面进行地面钻井的布置，地面钻井位置位于下煤组工作面走向每200～300m一口，并且位于下煤组工作面倾向的中部、距下煤组工作面风巷50～70m。

应用在所述地面钻井一井多用的瓦斯治理方法中的地面钻井的结构特点是：

由表土套管和生产套管组成，生产套管处在煤层段中，在生产套管的管壁上，设置有向煤层贯通的射孔。

表土套管的孔径为D244.5mm，壁厚11.05mm；生产套管的孔径为D139.7mm，壁厚9.17mm；射孔的密度16孔/m，孔径为10mm，射孔在生产套管的管壁上形成网状瓦斯抽采孔眼。