[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

摘要

本发明属于采空区积水处理及瓦斯利用技术领域，具体涉及一种采空区内煤层气及积水同时抽采利用的方法，解决了现有采空区内积水及煤层气同步抽采利用缺乏有效工艺的问题，本发明基于大多数采空区积水与煤层气共存的现象，采取先向下施工一段较短竖直钻井，再在钻井中搭建钻机平台施工抽采及抽水钻孔的方式，同时对采空区内的煤层气及积水进行抽采利用。随着采空区内积水水位的降低，大量煤层气可从破碎带的遗煤中逸出，通过采空区裂隙带的抽采钻孔进行抽采利用，不仅有效开发利用了采空区内遗留资源，而且将采空区内的积水进行资源化利用，杜绝了由于采空区积水造成的下一煤层开采透水事故隐患，是一项既创造经济效益又消除矿井生产隐患的有益措施。

主权项

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°，孔道直径为100 毫米,钻孔施工完成后在孔道内铺设直径为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°，孔道的直径为100 毫米,钻孔施工完成后在孔道内分别铺设直径为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，此时可连续抽水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%，则可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，并重复上述工作达到反复抽采的目的。