[发明专利]一种采空区内煤层气及积水同时抽采利用的方法

权利要求书

1.一种采空区内煤层气及积水同时抽采利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.确定煤层气抽采钻孔的终孔位置、抽水井钻孔的终孔位置和立井的钻井施工起始点位置；根据采空区所处区域原工作面的设计说明书、采掘工程平面图，对采空区井进行上下对照后确定采空区边界，根据煤系地层综合柱状图、煤层底板等高线图、矿井地质剖面图判断采空区破碎带、裂隙带、弯屈下沉带的高度及范围，将煤层气抽采钻孔的终孔位置选定在采空区内部距边界30～50 米的垮落带上方10～20 米位置的裂隙带内；根据采空区煤层底板等高线图、矿井地质剖面图、原工作面设计图，将抽水井钻孔的终孔位置选定在采空区内的最低点；通过现场实地勘察，在采空区边界外选择地表起伏相对平缓且距煤层气抽采终孔、抽水井终孔位置及采空区边界位置最近的点作为钻井施工起始点；

S2.自钻井施工起始点位置垂直向下施工立井（15），立井（15）深度为H₃，H₃的取值范围为40～50 米，立井（15）直径为5～6米，立井（15）施工时同步进行地面废水处理厂（1）和煤层气储存罐（2）的建设施工，废水处理厂（1）和煤层气储存罐（2）分别设置在立井（15）两端且距立井（15） 30～40 米地势平坦的位置；

S3.立井（15）施工完毕后，在立井内距地表10～20 米的H1处采用钢架搭设钻机施工平台，进一步在钻机施工平台上固定钻机，并进行煤层气抽采钻孔孔道（12）的施工作业；煤层气抽采钻孔孔道（12）共两处且二者位于H1处的初始钻孔位置的中心水平间距为2 米，煤层气抽采钻孔孔道（12）均倾斜向下钻至步骤S1确定的煤层气抽采钻孔的终孔位置，每处煤层气抽采钻孔孔道（12）与竖直平面的夹角范围为80°～85°，且两根煤层气抽采钻孔孔道（12）所形成的夹角为60°，所述煤层气抽采钻孔孔道直径为100毫米，钻孔施工完成后在煤层气抽采钻孔孔道内铺设直径为90毫米的钢管防止孔道坍塌，并将靠近立井（15）一侧的煤层气抽采钻孔孔道及钢管口进行密封；

S4.将钻机施工平台连同钻机下移10～15 米至H2处并固定，进行抽水井的钻孔施工，共施工两处抽水井孔道（14），两处抽水井孔道（14）的初始井孔中心水平间距为2 米，抽水井孔道（14）钻孔作业均倾斜向下钻至步骤S1确定的抽水井钻孔终孔位置，所形成的抽水井孔道（14）与竖直平面夹角范围为60°～65°，且两处抽水井孔道（14）间的夹角为60°，所述抽水井孔道（14）的直径为100毫米，钻孔施工完成后在抽水井孔道（14）内分别铺设直径为90毫米的钢制抽水管防止孔道坍塌，钢制抽水管端头设置有不锈钢多孔吸水头，防止吸入块状砾石阻塞管路；

S5.待抽水井孔道（14）施工结束后将钻机设备移出立井（15），仅保留钻机施工平台并进行管路的连接，用三通阀将两抽水井孔道（14）内的钢制抽水管接入抽水总管，抽水总管与废水处理厂连接，采空区积水经钢制抽水管和抽水总管（7）抽至废水处理厂（1）进行处理；在抽水井孔道（14）中敷设投入式水位监测传感器，在抽水井孔道（14）与立井（15）接口处设置数据无线远程发射端（16），以便于监测数据能传输至地面控制机房内查看；在距地表下部4～5 米位置的抽水总管（7）上连接有水气分离装置（9），抽水总管（7）在地表上部高于地表1.5米的位置设置有阀门A（4）和水量监测表（3）；

S6.打开步骤S3中的煤层气抽采钻孔孔道（12）的钢管密封，用三通阀将两根煤层气抽采钻孔孔道钢管接入抽气总管（7），抽气总管（7）的直径为100 毫米且与煤层气储存罐（2）连通，抽出的煤层气能够储存至煤层气储存罐（2）内，在抽气总管（7）与水气分离装置（9）间连接有短管（10）且短管（10）水平设置，抽气总管（7）上部高于地表1.7米的位置设置有阀门B（5）和煤层气监测表（6），短管（10）的直径为80毫米，管路连接完毕后将立井（15）井口用铁皮井盖（11）封闭用以保护井内管路；

S7.打开抽水总管（7）上的阀门A（4）对采空区的积水进行抽取，观察水位传感器数据，待水位下降0.5m后停止抽水，利用水量检测表（3）记录此时流量计读数；待水位重新恢复原有高度后，记录水位恢复时间，并计算单位时间段内的补给量，,其中为总的水量变化值，单位m³，为间隔时间，单位为天；以5天的补给量作为水量抽采上限，避免因地下水过量开采引起地表沉降；若水位在5天后仍没有恢复迹象，则开采此类积水不会引起地下水量变化，也不会造成地表沉陷，此时进行连续抽水12 小时后，开启抽气总管（7）上的阀门B（5）对采空区内的煤层气进行抽取，通过煤层气监测表（6）对抽采的煤层气进行浓度判定，当煤层气浓度低于30%，暂时关闭阀门B（5）停止煤层气的抽采，同步继续抽水5～7天后再开启阀门B（5）；通过煤层气监测表（6）实时监测煤层气浓度，若煤层气浓度超过30%，则继续进行煤层气的抽采工作；若煤层气浓度不足30%，则暂时关闭阀门B（5）停止煤层气的抽采，并重复同步继续抽水5～7天后再开启阀门B（5），通过煤层气监测表（6）实时监测煤层气浓度，若煤层气浓度超过30%，则继续进行煤层气的抽采工作达到反复抽采的目的。