[发明专利]一种多分支水平井抽采煤矿采空区瓦斯工艺

权利要求书

1.一种多分支水平井抽采煤矿采空区瓦斯工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（一）、根据围岩性质、煤层采高、煤层层数等地质资料计算采空区上部垮落带和裂隙带高度、确定采空区瓦斯富集区域，确定钻井方位布置方案；

（二）、针对目标煤层数和相应瓦斯富集区域分布选取井身结构；

（三）、根据地层结构、井身结构设计选取合理钻具组合；

（四）、按照步骤（一）中钻井方位布置方案计算井眼轨迹；

（五）、根据所选钻具组合和所钻地层岩性，选取合适钻进参数；

（六）、参照步骤（一）中钻井方位布置方案、采空区工作面长度和宽度，优化井身主分支结构参数；

（七）、按照钻井设计完钻；

（八）、连接组装地面抽采设备；

（九）、根据抽采层段瓦斯浓度、渗透率等确定合理抽采负压、抽采程序，完成对目标区域瓦斯进行抽采；

步骤（一）具体为：

（I）、确定采空区上部垮落带和裂隙带的高度：根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》，结合煤矿不同的开采方式及上覆岩层岩性，确定出不同的垮落带和裂隙带的高度，具体高度参数见表一和表二：

表一.单一煤层开采方式的不同开采厚度条件下垮落带和裂隙带高度一览表

表二. 多煤层开采方式的不同开采厚度条件下垮落带和裂隙带高度一览表

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（II）、确定采空区瓦斯富集区带：由于单一煤层和多煤层在开采时间上存在差异，导致上覆岩层垮落时间、瓦斯运移路径产生差异：单一煤层刚开始开采时，上覆岩层裂隙逐渐形成，瓦斯将沿着裂隙发生运移，形成相对富集区，随着开采的进行，出现周期来压，中部垮落岩层逐渐压实，瓦斯运移的富集区带以压实区为中心呈帽状分布；多煤层开采时，随着上部煤层先行开采，上覆岩层裂隙逐渐形成，上覆岩层的瓦斯富集“O”形圈逐渐形成的同时，也会在两煤层间的岩层中产生底板采动裂隙而形成裂隙带，下部煤层中的瓦斯会沿着底板采动裂隙向采空区运移，下部煤层开采过程中，两煤层间距不同、其裂隙形态也会发生一定变化，但其对瓦斯富集区带影响相对较小，这里是根据经验计算得到瓦斯富集区带，具体见表三：

表三.瓦斯富集区带计算一览表

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（III）、确定采空区多分支水平井钻井方位

根据采空区裂隙带高度、瓦斯富集区带分布及其它需要考虑的因素，确定多分支水平井钻井方位：

（1）、单一煤层采空区多分支水平井钻井方位的确定

单一煤层开采时，瓦斯富集在上覆岩层的垮落带以上、裂隙带中下部，根据采煤工作面的宽度确定主支条数和角度：当工作面宽度相对较窄时（＜200m），建议采用单主支的方式，当工作宽度较宽时（≥200m），建议采用双主支的方式，采用单主支时，尽量垂直于裂隙带主裂隙发育的角度进行布置，使抽采效果更好，采用双主支时，双主支之间的夹角一般为30°左右，尽量让双主支的角度与裂隙带主裂隙发育角呈高角度相交（＞60°）；

（2）、多煤层采空区多分支水平井钻井方位的确定

多煤层开采时，上部煤层井位布置方案与单一煤层相同，这里以两层煤进行说明，由于上、下两层煤的开采，导致两层煤间形成层间采动裂隙，需要在两层煤间进行钻进，层间钻井方位高度为两层煤层间岩石中段，主支布置考虑因素与单一煤层类似，在此不再赘述。

2.根据权利要求1所述的多分支水平井抽采煤矿采空区瓦斯工艺，其特征在于：步骤（二）具体为：因煤矿开采，导致上覆岩层发生变形破坏，为了使多分支水平井的使用寿命较长且抽采效果较好，多分支水平井采用三开结构，在水平段钻井时应使其直径相对较大，一开钻至表层，下表层套管，水泥固井；二开钻进下生产套管，水泥固井；三开下生产套管，水平段下筛管，多分支水平井井身结构数据具体见表四：

表四.多分支水平井井身结构数据表

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3.根据权利要求2所述的多分支水平井抽采煤矿采空区瓦斯工艺，其特征在于：步骤（三）具体为：多分支水平井根据需求一般选用单增剖面结构和双增剖面结构，其钻具组合可分为：直井段采用塔式钻具或钟摆钻具，控制井斜；造斜段采用定向造斜钻具组合，要求造斜能力大于设计造斜率20%以上；水平段采用常规满眼钻具组合，具体钻具组合见表五：

表五.钻具组合设计

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