极近距离煤层夹层精准压裂与瓦斯抽采合层综放开采方法 |
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| 申请号 | CN202410282640.X | 申请日 | 2024-03-13 | 公开(公告)号 | CN118049231A | 公开(公告)日 | 2024-05-17 |
| 申请人 | 中国矿业大学; | 发明人 | 袁永; 秦正寒; 李波; 陈忠顺; 栗恒; 李勇; 张子昂; 刘宏宇; 刘玉函; 王建如; 李茂林; 李智斐; 王小龙; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 煤 层群合层开采技术领域，具体涉及一种极近距离 煤层 夹层精准压裂与瓦斯抽采合层综放开采方法，包括获得目标区域三维 地层 结构，在回 风 巷中布置钻场，自钻场向切眼施工若干定向钻孔；利用高压 水 破岩使夹层产生贯通裂隙至上煤层与下煤层内；通过钻场对定向钻孔施加抽采 负压 对上煤层、下煤层中的瓦斯进行预抽；进行合层综放开采，开采下煤层，放采夹层和上煤层；在进行合层综放开采过程中，在钻场对定向钻孔施加抽采负压再次进行瓦斯抽采。本发明可实现夹层精准压裂，同时定向钻孔后续用于瓦斯的预抽以及边采边抽，提高了钻孔利用率，后续采用综放开采，可一次采出两层煤，大大提高了极近距离煤层的开采效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.极近距离煤层夹层精准压裂与瓦斯抽采合层综放开采方法，其特征在于，包括如下S101：在目标区域内不同位置施工多个勘探钻孔，获取每个勘探钻孔的地层综合柱状图；综合每个勘探钻孔的地层综合柱状图获得目标区域三维地层结构，所述三维地层结构至少包括不同位置上层煤、夹层和下层煤的厚度； |
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| 说明书全文 | 极近距离煤层夹层精准压裂与瓦斯抽采合层综放开采方法技术领域背景技术[0002] 目前极近距离煤层仍采用传统的分层开采方法，但是上下煤层之间较薄的夹层导致次采煤层开采时易出现冒顶或冒底，增加了次采煤层开采过程的安全风险，同时分层开 采效率不高，因此安全高效开采对于极近距离煤层群开采具有重要意义。 [0003] 当煤层间的夹层厚度变化较大时，水压致裂范围难以精准确定。高瓦斯煤层在合层开采过程中，瓦斯解吸快，上隅角极易出现瓦斯浓度超限。目前已有的致裂方法与抽采方法难以同时协调，不能实现高瓦斯极近距离煤层安全高效合层开采。 发明内容[0004] 针对上述技术问题，本发明提出一种极近距离煤层夹层精准压裂与瓦斯抽采合层综放开采方法，包括以下步骤： [0005] S101：在目标区域内不同位置施工多个勘探钻孔，获取每个勘探钻孔的地层综合柱状图；综合每个勘探钻孔的地层综合柱状图获得目标区域三维地层结构，所述三维地层 结构至少包括不同位置上层煤、夹层和下层煤的厚度； [0006] 优选的，步骤S101中，所述地层综合柱状图包含上层煤、夹层和下层煤以及上煤层上部地层结构。 [0007] S102：沿下煤层底板布置回风巷、运输巷和切眼，在回风巷中布置一个或沿工作面面推进方向间隔布置多个钻场，自钻场向切眼方向施工若干定向钻孔，若干所述定向钻孔包括靠近钻场的造斜段以及平行于回风巷的平直段，定向钻孔的平直段施工于夹层中，且 在高度上位于夹层中部；所述定向钻孔的平直段在垂直于工作面推进方向间隔分布； [0008] 优选的，步骤S102中，所述钻场的底面与回风巷的底面齐平。 [0009] 优选的，步骤S102中，所述定向钻孔孔深为1000m‑3000m，所述定向钻孔的平直段在垂直于工作面推进方向的水平间距为10m‑20m，所述定向钻孔的孔径为50mm‑100mm。 [0010] S103：基于勘探钻孔取芯结果，获取不同位置上层煤、夹层和下层煤的力学强度，基于力学强度确定在定向钻孔平直段不同位置进行水力压裂时压裂夹层、上煤层和下煤层时的压力，同时基于夹层、上煤层和下煤层的厚度确定在定向钻孔平直段不同位置进行水 力压裂时的注水量； [0011] S104：将压裂装置安装至定向钻孔中，在定向钻孔平直段自孔底向孔口不断利用高压水破岩使夹层产生贯通裂隙至上煤层与下煤层内； [0012] S105：在压裂装置完成预期压裂工作后撤出定向钻孔，利用钻机对定向钻孔进行扩孔，扩孔时对于塌孔区域及时施工花管进行稳定，通过钻场对扩孔后的定向钻孔施加抽 采负压对上煤层、下煤层中的瓦斯进行预抽； [0013] 优选的，步骤S105中，将定向钻孔的孔径扩大至120mm‑300mm。 [0014] S106：在瓦斯预抽完毕后，在切眼内安装综放开采设备，进行合层综放开采，将下煤层视为综放开采的底煤，夹层视为夹矸，上煤层视为顶煤，上煤层顶板视为合层后的直接顶，下煤层的底板视为合层后的直接底，开采下煤层，放采夹层和上煤层；在进行合层综放开采过程中，在钻场对定向钻孔施加抽采负压，利用定向钻孔对综放开采时上煤层和下煤层中溢出的瓦斯、采空区瓦斯、上隅角瓦斯进行抽采。 [0016] 有益效果：本发明提出的合层综放开采方法在极近距离煤层合层开采时，可实现夹层精准压裂，同时定向钻孔后续用于瓦斯的预抽以及边采边抽，提高了钻孔利用率，后续采用综放开采，可一次采出两层煤，大大提高了极近距离煤层的开采效率。 附图说明 [0018] 图1是本发明合层综放开采方法中定向钻孔布置剖面图； [0019] 图2是本发明合层综放开采方法中定向钻孔布置平面图； [0020] 图3是本发明合层综放开采方法中裂隙与瓦斯抽采剖面示意图(灰色箭头示意瓦斯流动)； [0021] 在附图中：上煤层1、夹层2、定向钻孔3、钻场4、下煤层5、回风巷6、裂隙7、运输巷8和切眼9。 具体实施方式[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。 [0023] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或开采系统必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0024] 如图1‑2所示，本发明提出一种极近距离煤层夹层精准压裂与瓦斯抽采合层综放开采方法，包括以下步骤： [0025] S101：在目标区域施工勘探钻孔取样进而获取三维地层结构；具体包括：在目标区域内不同位置施工10个以上勘探钻孔，获取每个勘探钻孔的地层综合柱状图，所述地层综合柱状图包含上层煤1、夹层2和下层煤5以及上煤层1上部地层结构；综合每个勘探钻孔的 地层综合柱状图，采用插值处理方式获得目标区域三维地层结构，基于三维地层结构可以 获取不同位置上层煤1、夹层2和下层煤5的厚度； [0026] S102：基于三维地层结构，沿下煤层5底板布置回风巷6、运输巷8和切眼9，在回风巷6中布置一个或沿工作面面推进方向间隔布置多个钻场4，所述钻场4的底面与回风巷6的底面齐平，自钻场4向切眼9方向施工若干定向钻孔3，若干所述定向钻孔3包括靠近钻场4的造斜段以及平行于回风巷6的平直段(定向钻孔3的平直段沿工作面推进方向延伸)，定向钻 孔3的平直段施工于夹层2中，且在高度上位于夹层2中部，所述定向钻孔3孔深为1000m‑ 3000m，所述定向钻孔3的平直段垂直于工作面推进方向的水平间距为10m‑20m，所述定向钻孔3的孔径为50mm‑100mm； [0027] S103：基于勘探钻孔取芯结果，获取不同位置上层煤1、夹层2和下层煤5的力学强度，基于力学强度确定在定向钻孔平直段不同位置进行水力压裂时压裂夹层2、上煤层1和 下煤层5时的压力，同时基于夹层2、上煤层1和下煤层5的厚度确定在定向钻孔平直段不同 位置进行水力压裂时的注水量；夹层2厚度一般不超过5m； [0028] S104：将压裂装置安装至定向钻孔3中，依据上述所确定的定向钻孔平直段不同位置压裂所需压力和注水量，在定向钻孔平直段自孔底向孔口不断利用高压水破岩使夹层2 产生贯通裂隙7至上煤层1与下煤层5，所述贯通裂隙7延伸至上煤层1与下煤层5内。所述压 裂装置为常规水压致裂装置，为现有技术，不再赘述。 [0029] S105：在压裂装置完成预期压裂工作后撤出定向钻孔3，利用钻机对定向钻孔进行扩孔，将孔径扩大至120mm‑300mm，扩孔时对于塌孔区域及时施工花管进行稳定，通过钻场4对扩孔后的定向钻孔3施加抽采负压对上煤层1、下煤层5中的瓦斯进行预抽；监测上煤层1、下煤层5的瓦斯压力，当瓦斯压力低于0.74MPa后完成预抽； [0030] S106：在瓦斯预抽完毕后，在切眼9内安装综放开采设备，进行合层综放开采，将下煤层5视为综放开采的底煤，夹层2视为夹矸，上煤层1视为顶煤，上煤层1顶板视为合层后的直接顶，下煤层5的底板视为合层后的直接底，即开采下煤层5，放采夹层2和上煤层1，且在每次放采时，先放采出夹层2形成的矸石后再放采上煤层1，即每次放煤时放出所有液压支架上的夹层2形成的矸石后再放采上煤层1，减少放出的矸石与煤的混合； [0031] 在进行合层综放开采过程中，在钻场4对定向钻孔3施加抽采负压，利用定向钻孔3对综放开采时上煤层1和下煤层5中溢出的瓦斯、采空区瓦斯、上隅角瓦斯进行抽采。 [0032] 本发明提出的合层综放开采方法在极近距离煤层合层开采时，可实现夹层精准压裂，同时定向钻孔后续用于瓦斯的预抽以及边采边抽，提高了钻孔利用率，后续采用综放开采，可一次采出两层煤，大大提高了极近距离煤层的开采效率。 [0033] 对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施 例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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