[发明专利]一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法

说明书

本发明属于多煤层可采技术领域，具体涉及一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法。本发明上部煤层回采后，利用上部煤层的采动卸压作用对下部底鼓变形带煤层群瓦斯进行开采，开采的步骤如下：首先计算底鼓变形带的起始深度h和终止深度，确定开采的预抽区域，在地面钻一个多分支水平井，多分支水平井包括主支井眼和若干侧钻分支，主支井眼在底鼓变形带的顺层张裂隙区域中部，侧钻分支覆盖底鼓变形带的顺层张裂隙区域的上下部分，实现底鼓变形带瓦斯全覆盖抽采。本发明采用地面直接抽采，降低30%成本的同时，高效的全覆盖抽采底鼓变形带煤层群的瓦斯，解决下部煤层采掘接替紧张问题，保障煤矿安全生产，安全系数更高。

技术领域

本发明属于多煤层瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法。

背景技术

对于多煤层可采煤矿区，上部煤层开采后，形成大面积采空区，上部采空区的存在对下部煤层产生阻隔，对下部煤层采掘衔接和煤层气地面预抽造成影响，导致下部煤层的煤层气不能得到有效抽采，影响煤矿安全生产和产能释放。因此，迫切需要穿越上部煤层采空区对下组煤瓦斯进行提前预抽，解决下部煤层采掘接替紧张问题，保障煤矿安全生产。

煤层瓦斯治理中开采保护层是防治煤与瓦斯突出经济有效的防治措施之一，在国内外获得了大量应用。《煤矿安全规程》中明确规定：“在煤与瓦斯突出矿井开采煤层群时，必须首先开采保护层”。

煤矿上保护层开采后，底板岩层向采空区方向移动和变形，使得煤岩体的原始应力平衡被打破，随着煤层底板岩层位移变形，煤岩层应力重新分布。工作面正常推进过程中，煤层底板始终处于采前压缩、采后膨胀和应力恢复的状态下。采空区下部卸压区经过长时间应力释放后，岩层发生膨胀产生大量的采动裂隙和高渗区域。采空区底板卸压区域内发生底鼓破坏和膨胀变形，形成底鼓裂隙带和底鼓变形带。一般情况下，认为底鼓裂隙带、底鼓变形带下限分别位于采空区底板下方15~20m和50~70m。底鼓裂隙带内的裂隙主要为沿层理的顺层张裂隙和岩层破断后垂直、斜交层理形成的穿层裂隙，裂隙连通性较好，并与采空区导通，不适合地面正压预抽。底鼓变形带内裂隙以沿层理形成的顺层张裂隙为主，顺层裂隙发育情况与采空区距离成反比，该区域内岩层发生膨胀变形，煤层内甲烷由吸附状态解吸为游离状态，利用应力释放煤储层渗透率增大作用可实现地面高效预抽。

现有的采气理论分为两种，一种是在未受回采扰动前，基于常规疏水降压解吸采气理论，通过地面钻井，压裂，排水降低煤储层流体压力,储层压力低于临界解吸压力时,煤层气发生大量解吸,游离气运移到井筒形成工业气流，该方法需要压裂增透、排水降压，瓦斯治理成本相对较高。另一种是煤矿区被保护层煤层气采动卸压增透开发理论，煤岩应力释放和体积膨胀，大大改善煤层渗透性，煤层气大量解吸和渗流到地面井井筒，基于该理论采用的方法有：地面采动直井，覆岩变形易造成井孔破断；基于保护层开采，井下采用穿层钻孔抽采，受井下工程的影响，抽采时间短，无法有效降低吨煤瓦斯含量，大量人员在井下作业，安全系数低。

发明内容

本发明要解决上述问题，提供了一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法。

本发明采用如下的技术方案实现：一种利用卸压增透实现底鼓变形带煤层群瓦斯抽采方法，上部煤层回采后，利用上部煤层的采动卸压作用对下部底鼓变形带煤层群瓦斯进行开采，开采的步骤如下：首先计算底鼓变形带的起始深度h和终止深度，在地面钻一个多分支水平井，多分支水平井包括主支井眼和若干侧钻分支，主支井眼在底鼓变形带的顺层张裂隙区域中部，侧钻分支覆盖底鼓变形带的顺层张裂隙区域的上下部分，实现底鼓变形带瓦斯全覆盖抽采。

进一步的，所述底鼓变形带的起始深度h的计算公式有三个，分别计算出h₁、h₂和h₃，起始深度h取h₁、h₂和h₃中的最大值，三个计算公式、和如下：

公式（1）：

公式(1)中L-开采工作面倾斜长度，m；

公式（2）：