[发明专利]一种抽采煤层瓦斯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抽采煤层瓦斯的方法，它属于一种适用于煤矿对已开拓区或其邻近区域煤层瓦斯进行预抽采的方法。

背景技术

煤矿瓦斯（也称为“煤层气”，主要成分为甲烷）是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，同时又是一种储量丰富的清洁能源。目前我国受瓦斯灾害威胁的矿井（尤其是高瓦斯矿井）已经普遍采用预抽的方式来防治瓦斯灾害，并对抽出的瓦斯气体进行利用。

目前，煤矿瓦斯抽采方式总体上可以分为：地面钻井抽采和井下抽采两大类。其中：地面钻井抽采又可分为直井抽采和水平定向钻井抽采；井下抽采包括井下钻孔抽采、井下巷道抽采两种形式。

地面水平定向钻井抽采就是让向地下竖着打的井拐个弯，再顺着煤层的方向横着打井。定向钻井采集煤层气的原理同地面直井抽采方法一样，即：通过排水降压，使煤体中呈吸附状态存在的甲烷解析，沿着煤体的微裂隙、孔隙渗流出来，再进行采集。水平定向钻井与竖直钻井的区别在于：后者只用竖井穿过煤层采集瓦斯，而水平定向井的井眼顺着煤层的走势延伸，大大增加了井眼与煤层的接触面积，从而达到提高气井产量及采气效率的目的。

井下钻孔抽采，是在煤矿井下设置钻场，用煤矿巷道钻机施工顺煤层钻孔或者穿层钻孔（包括上行钻孔、下行钻孔），再将施工好的钻孔接入煤矿瓦斯抽采管路，利用抽放泵抽采本煤层或者上/下邻近煤层中的瓦斯。

一般而言，采用地面水平定向钻井和采用井下钻孔抽采煤层瓦斯分别有以下优、缺点：

1、地面水平定向钻井抽采的优点是：1）采出的瓦斯气体中甲烷浓度高，一般在95%以上，用途广泛。2）相对于煤矿井下作业环境，地面钻场开阔，钻井装备的选型范围广，可以采用大功率钻机设备，因此钻井作业的效率高。3）利用现成的石油、天然气大功率钻井装备，可以在煤层中施工出千米以上的多分支、大口径井孔，因此抽采效率高，单井日产气量可达几万立方米。4）由于地面和地下煤层之间存在高度差，钻孔井眼在钻井液液柱压力的支撑保护下成型好，不易塌孔，有利于瓦斯抽采。其缺点是：1）排水降压周期长，井孔必须远离煤矿生产作业区，以保证气井在有效生产期内不因煤矿的采掘活动而受到破坏。2）需要在地面埋设输气管线，将采出的甲烷气体输送到集气站。3）抽采作业场地、输气管线的埋设都需要占用土地，增加了成本，而且对生态环境存在不利影响。

2、煤矿井下钻孔抽采的优点是：1）井下钻孔的孔口与孔眼之间高差很小，甚至低于井眼，因此排水降压周期短，对于大部分煤矿而言，由于煤层含水率极低，只需在抽采管道中设置自动放水阀门即可解决排水问题。2）可以利用煤矿井下巷道中已有的抽采管路将采出瓦斯气体直接输送到集气站。3）采气作业在煤矿井下进行，不存在占用土地问题。其缺点是：1）由于受多种因素制约，井下钻孔封孔质量低，气密性差，采出的瓦斯气体中不同程度地混入了井下空气，导致甲烷浓度低，一般只能作为燃气锅炉的气源，用来供热或者发电。目前，国内煤矿尚有大量的采出气体，由于其甲烷浓度过低而无法利用，只能直接排入大气，造成环境污染。2）受井下作业空间限制，井下钻机设备功率低，工人劳动强度大，钻井作业效率低，生产投入大。3）由于受钻机装备能力的限制，井下施工的钻孔一般孔径小、距离短，单孔产气能力低，通常只能用增加布孔密度来弥补，从而需要消耗大量的人力、物力和财力。4）由于煤矿井下巷道与煤层之间高差小，钻井时钻井液的液柱压力不足以对孔眼形成有效支撑，钻孔施工期间容易发生井眼垮塌，不但造成卡钻事故，而且会阻塞抽采通道，不利于瓦斯抽采。

发明内容

本发明的目的是解决现有抽采煤层瓦斯的方法存在的上述技术问题，并提供一种将地面水平定向井与煤矿井下钻孔对接的抽采煤层瓦斯的方法。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：一种抽采煤层瓦斯的方法，其首先在煤矿井下准备巷道中开辟至少一个对接孔钻场，从该对接孔钻场向目标煤层施工一个30～50m的对接钻孔，在对接钻孔中下入无缝钢套管并用高标号水泥固孔；然后在设计抽采区域的远端，开辟一个地面钻场，向井下对接钻孔方向、沿目标煤层施工水平定向钻水平定向主支孔，水平定向主支孔与井下对接钻孔对接；接着封闭地面孔口，在井下对接钻孔的无缝钢套管管头上安装孔口控制阀门，控制阀门与煤矿井下瓦斯抽采管网连接，利用煤矿瓦斯抽放泵进行瓦斯抽采。

本发明在所述水平定向主支孔上，还能够设置多个水平定向分支钻孔，以进一步增大抽采孔与煤层的接触面积。

所述煤矿井下准备巷道低于或高于目标煤层时则可以施工上行或下行钻孔。

所述煤矿井下准备巷道还能由开拓巷道替代。