[发明专利]基于地面定向钻孔的立井井筒揭煤超前消突方法

说明书

本发明涉及煤矿瓦斯突出防治领域，基于地面定向钻孔的立井井筒揭煤超前消突方法，本方法为利用地面钻孔向立井井筒待揭煤层施工定向钻孔分支孔网提前预抽煤层瓦斯消突的方法，在立井井筒施工之前，通过地面定向钻机向煤层施工定向钻孔分支形成预抽井网，对井筒预揭煤区域进行长时间的预抽消突，与现有立井消突技术相比，避免了在立井井筒的有限空间内施工揭煤钻孔，实现立井井筒煤层超前消突，大幅缩短井筒揭煤时间，实现安全快速消突，对于煤矿立井揭煤有着至关重要的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯突出防治领域，特别涉及基于地面定向钻孔的立井井筒揭煤超前消突方法。

背景技术

随着煤矿采深加大，我国高突矿井的数目逐渐增多，瓦斯事故为煤矿生产中最严重的自然灾害之一。传统的高突出矿井立井井筒揭煤的消突方法是在立井井筒掘至煤层10-20m时，向下对煤层施工大量密集的穿层抽采钻孔进行预抽消突，此方法消突工作量大，消突时间长，封孔消突差，且井筒作业空间狭小，施工钻孔效率低下，抽采效率低，安全性无法得到保障，严重影响揭煤进度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供基于地面定向钻孔的立井井筒揭煤超前消突方法，避免在立井井筒的有限空间内施工揭煤钻孔，达到对井筒揭煤影响范围内的煤层进行消突的目的，保障立井井筒揭煤的安全性，提高瓦斯抽采的有效抽采时间，大幅提高揭煤进度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于地面定向钻孔的立井井筒揭煤超前消突方法，包括如下步骤：

步骤1、距离立井井口一定距离处施工至少两口地面定向消突钻井，首先施工煤层上井段，煤层上井段施工至煤层顶板，煤层上井段固井后施工煤层定向井段，煤层定向井段在煤层中行进一段距离后，煤层定向井段开始分支施工形成分支孔，部分分支孔施工至煤层底板为探底分支孔，部分分支孔施工至煤层顶板为探顶分支孔，部分分支孔位于煤层中部为水平分支孔，探底分支孔、探顶分支孔和水平分支孔间距相等；地面定向消突钻井中包括倾向消突钻井和走向消突钻井，沿煤层倾向施工的地面定向消突钻井为倾向消突钻井，沿煤层走向施工的地面定向消突钻井为走向消突钻井；倾向消突钻井的分支孔与走向消突钻井的分支孔相互交叉，形成消突钻孔网格，即消突钻孔有效覆盖区域；

步骤2、两组地面定向消突钻井施工完成后，在孔内安装抽水设备，抽水设备的抽水进水端下至煤层顶板处，将地面定向消突钻井内的水抽出，随着水位的下降，煤层瓦斯所受围压不断降低，瓦斯开始解吸并上升至地面定向消突钻井进口，瓦斯集中回收；

步骤3、在立井掘进至距煤层10m时，向下施工穿层钻孔，测定煤层瓦斯压力，进行消突效果检验，消突效果检验合格即可采用局部防突措施，开始揭煤作业。

作为优选的，在步骤1中，地面定向消突钻井的施工方法如下：自地面穿过软土层及风化岩石层到达基岩为一开井段，一开井段为垂直井，一开井段钻至设计深度后下入套管，一开井段采用水泥固井；一开井段固井完成后，施工基岩至煤层顶板的二开井段，二开井段开始采用定向技术，二开井段施工至煤层顶板处钻孔接近煤层倾角后，下入套管，二开井段采用水泥固井；二开井段固井完成后，开始进入煤层施工煤层定向井段。

作为优选的，所述一开井段钻使用泥浆钻进；二开井段使用泥浆钻进；煤层定向井段采用清水钻进。

作为优选的，所述地面定向消突钻井有2口，且倾向消突钻井的分支孔与走向消突钻井的分支孔相互垂直交叉。

作为优选的，所述地面定向消突钻井数量大于2口，倾向消突钻井的分支孔与走向消突钻井的分支孔在消突钻孔有效覆盖区域内等夹角放射状分布。

作为优选的，在步骤1中，对于较为软弱的煤层及破碎区域，在煤层定向井段、探底分支孔、探顶分支孔和水平分支孔下入筛管，保证钻孔的抽采效果。