一种仿榉树叶脉结构的瓦斯抽采钻井布置方法 |
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| 申请号 | CN201710740964.3 | 申请日 | 2017-08-25 | 公开(公告)号 | CN107339093A | 公开(公告)日 | 2017-11-10 |
| 申请人 | 辽宁工程技术大学; 华晋焦煤有限责任公司; | 发明人 | 邓存宝; 金玲子; 王雪峰; 李进鹏; 凡永鹏; 李庆源; 黎凤岐; 邓汉忠; 郝朝瑜; 王鑫阳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种仿榉树叶脉结构的瓦斯抽采钻井布置方法，涉及矿井瓦斯治理及利用技术领域。仿榉树叶脉结构的瓦斯抽采钻井布置方法，仿照榉树叶脉在 叶片 中的布置方式对瓦斯抽采钻孔进行布置，主要包括以下步骤：1、钻井井口 位置 选取；2、仿榉树叶脉结构对瓦斯抽采钻井的主井进行施工；3、仿榉树叶脉结构对瓦斯抽采钻井的分支井进行施工。仿榉树叶脉结构的瓦斯抽采钻井布置方法，根据榉树叶脉结构布置主井及分支井的位置，并给出分支井的钻井长度所满足的范围，合理的减少了钻井施工长度，实现对低渗透性 煤 层进行高效消突，提高 煤层 瓦斯抽采效率，减少工作面瓦斯涌出量，消除煤层突出危险性，保证矿井生产安全。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种仿榉树叶脉结构的瓦斯抽采钻井布置方法，其特征在于：包括以下几个步骤： |
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| 说明书全文 | 一种仿榉树叶脉结构的瓦斯抽采钻井布置方法技术领域[0001] 本发明涉及矿井瓦斯治理及利用技术领域，尤其涉及一种仿榉树叶脉结构的瓦斯抽采钻井布置方法。 背景技术[0002] 随着世界经济的发展，人类对化石能源的依赖越来越大，大型、特大型矿井在近些年里相继投入运营。矿井瓦斯是制约我国煤矿生产和发展的重要因素之一，瓦斯事故能造成上百人死亡，甚至能将整个矿井毁于一旦。对于煤矿的安全生产来说瓦斯是一种灾害气体，但从资源利用角度而言，瓦斯也是一种清洁能源，瓦斯燃烧后不会产生污染大气的有害气体和烟尘，同时甲烷在燃烧过程中放出的热量比煤的高。 [0003] 瓦斯抽采是目前治理煤矿瓦斯最主要最直接的方法，矿井瓦斯抽采具有抽采时间长，瓦斯抽采浓度大的特点，其所抽采的瓦斯能够得到高效的利用，是保障煤矿生产安全和矿井瓦斯商业化利用的关键技术。 [0004] 传统的瓦斯抽采方法是由前期预先开掘的巷道向原始煤层中施工顺层或穿层钻孔进行瓦斯抽采，这些钻孔布置方式要求抽采巷道提前掘进、钻孔的封孔数目多且由于巷道端部荷载影响钻孔周围的裂隙发育，空气进入抽采系统，致使抽采的瓦斯浓度低。 [0005] 近些年来，随着钻具设计的改进、钻具性能的提高和钻井作业模式的优化，定向钻进工艺水平得到显著提高，多分支水平井瓦斯抽采技术在多地得到推广应用，但其在钻井布置方面往往是根据工程经验，没有具体依据，为了保障矿井安全，人们往往都靠着盲目加大钻井密度使得煤层充分泄压，增加了许多不必要的工程投入。 发明内容[0007] 一种仿榉树叶脉结构的瓦斯抽采钻井布置方法，包括以下几个步骤： [0008] 步骤1：钻井井口位置的选取； [0009] 根据瓦斯治理区域对应地表的地质情况，钻井井口设置在待开采区域地势较高且平坦的位置； [0010] 步骤2：仿榉树叶脉结构对瓦斯抽采钻井的主井进行施工； [0011] 由地面向目标煤层施工瓦斯抽采钻井，钻井的轨迹由目标煤层的埋深、井口位置及钻机能力确定；主井的钻井长度为入煤点到终孔位置的距离，其始终保持在目标煤层内；主井的钻井长度根据瓦斯治理目标区域的形状、面积及所采用钻机的能力确定，保证主井的钻井长度在目标煤层内最大； [0012] 步骤3：仿榉树叶脉结构对瓦斯抽采钻井的分支井进行施工； [0013] 在目标煤层内，仿榉树叶脉结构在主井两侧分别隔一定距离设置一道分支井，主井两侧的分支井交错设置，分支井和主井之间有一定的夹角，分支井与主井所组成的平面与煤层平行；所述的主井的两侧每侧分支井根端间的距离均相同，满足l∈(0.04L,0.25L)，其中，L为钻井中从入煤点到终孔位置的主井的钻井长度，l为主井的两侧每侧分支井根端间的距离，两侧位置相对的分支井根端间距离为l/2；分支井的钻井长度满足其中，P为分支井的钻井长度，t为分支井根端到终孔位置的长度，所述分支井根端为分支井和主井的交点。 [0014] 进一步地，步骤3所述的分支井和主井的夹角的取值在榉树主叶脉和二级叶脉的夹角值范围内，即取为25°～75°。 [0015] 由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种仿榉树叶脉结构的瓦斯抽采钻井布置方法，通过对榉树叶脉分布参数进行实测及优化，将其规律运用到瓦斯抽采钻孔的优化布置中，根据榉树叶脉结构布置主井及分支井的位置，并给出分支井的钻井长度所满足的范围，合理的减少了钻井施工长度，实现对低渗透性煤层进行高效消突，提高煤层瓦斯抽采效率，减少工作面瓦斯涌出量，消除煤层突出危险性，解决工作面回采期间瓦斯超限的问题，保证矿井生产安全。附图说明 [0016] 图1为本发明实施例提供的瓦斯治理目标区域仿榉树叶脉结构布置瓦斯抽采钻井的结构示意图； [0017] 图2为本发明实施例提供的在瓦斯治理目标区域仿榉树叶脉结构布置的瓦斯抽采钻井的布置结果示意图。 [0018] 图中：1、地面孔口；2、入煤点；3、钻井终孔位置；4、目标煤层；5、瓦斯治理目标区域。 具体实施方式[0019] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 [0020] 本实施例针对某煤层的具体情况，采用一种仿榉树叶脉结构的瓦斯抽采钻井布置方法对煤层瓦斯治理的目标区域布置如图1所示的瓦斯抽采钻井，具体包括以下步骤： [0021] 步骤1：钻井井口1位置选取； [0022] 根据瓦斯治理目标区域5对应地表的地质情况，钻井井口1设置在地势较高且平坦位置； [0023] 步骤2：仿榉树叶脉结构对瓦斯抽采钻井的主井进行施工； [0024] 由地面向目标煤层施工瓦斯抽采钻井，钻井的轨迹由目标煤层埋深、井口位置及钻机能力确定；主井的钻井长度为入煤点2到终孔位置3的距离，其终保持在目标煤层4内；主井的钻井长度根据瓦斯治理目标区域5的形状、面积及所采用钻机的能力确定，保证主井的钻井长度在目标煤层4内最大；本实施例中，主井的施工如图1所示，瓦斯治理目标煤层区域5为1400×600m的矩形结构，结合该矿所选用钻机的钻进能力，以保证主井的钻井长度在目标煤层4内最大为原则，本实施例设定入煤点2到终孔位置3的主井的钻井长度L为1000m。 [0025] 步骤3：仿榉树叶脉结构对瓦斯抽采钻井的分支井进行施工； [0026] 通过对榉树叶脉结构进行实测，得到大量榉树的二级叶脉之间的距离、二级叶脉的长度和榉树主叶脉和二级叶脉的夹角的实测数据，并对这些实测数据采用最小二乘法进行多项式拟合优化，得到榉树的二级叶脉之间的距离、二级叶脉的长度和榉树主叶脉和二级叶脉的夹角所在的数值范围，将这些数值范围应用于瓦斯抽采钻井的分支井的施工。 [0027] 在目标煤层4内，仿榉树叶脉结构在主井两侧分别隔一定距离设置一道分支井，主井两侧的分支井交错设置，分支井和主井之间有一定的夹角，分支井与主井所组成的平面与煤层平行。根据榉树叶脉结构实测数据优化后得到的二级叶脉根端之间的距离所在的数值范围，所述的主井的两侧每侧分支井根端间的距离均相同，满足l∈(0.04L,0.25L)，其中，L为钻井中从入煤点到终孔位置的主井长度，l为主井的两侧每侧分支井根端间的距离，两侧位置相对的分支井根端间距离为l/2。本实施例分支井根端间的距离l取为0.2L＝200m，则分支个数为7个，分别交错位于主井两侧，两侧位置相对的分支井根端间距离为l/2＝100m。根据榉树叶脉结构实测数据优化后得到的二级叶脉的长度所在的数值范围，所述的分支井的钻井长度满足 其中，P为分支井的 钻井长度，t为分支井根端到终孔位置3的长度，所述分支井根端为分支井和主井的交点，本实施例中各分支井的钻井长度如表1所示。分支井和主井之间的夹角取值在榉树主叶脉和二级叶脉的夹角值范围内，根据榉树叶脉结构实测数据优化后得到的榉树主叶脉和二级叶脉的夹角所在的数值范围，分支井和主井夹角θ的取值范围为25°～75°，本实施例分支井与主井的夹角θ取45°。 [0028] 表1不同位置的分支井长度 [0029] [0030] 根据以上瓦斯抽采钻孔的具体参数得到如图2所示的瓦斯抽采钻井布置，分支井按一定距离交错布置在主井两侧，主井和分支井组成的平面与目标煤层平行。 |
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