CN103742188B - 煤矿抽排瓦斯井以及钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤矿抽排瓦斯井以及钻井方法，其中，煤矿抽排瓦斯井包括：直井；水平井，与直井连通；水平分支井，与水平井连通，水平分支井包括位于煤矿层的上部区域内的第一水平分支井；钻井方法包括：开设直井；开设与直井连通的水平井，开设的水平井逆矿层倾向；开设与水平井连通的水平分支井，水平分支井包括位于煤矿层的上部区域内的第一水平分支井。本发明提供的抽排瓦斯井以及钻井方法，在煤矿层的上部区域内设置第一水平分支井，煤矿层内的瓦斯基本都集中在上部区域，所以，在煤矿层的上部设置水平分支井，能够更加彻底地在煤矿开掘前将瓦斯抽排出来，降低在煤矿开掘的过程中多次抽排瓦斯，提高了煤矿开掘的安全性。

Description

煤矿抽排瓦斯井以及钻井方法

技术领域

本发明涉及煤矿技术领域，特别地，涉及一种煤矿抽排瓦斯井以及钻井方法。

背景技术

目前，煤矿瓦斯抽排所采用的地面与井下连通抽排方法为地面定向水平井与直井钻进连通，水平分支井布设呈羽状。然而，由于在前期准备不足，现有的用于煤矿抽排瓦斯的井结构有诸多的不足，从而导致在抽排瓦斯的过程中出现各种问题，其中，较为严重的问题就是在煤矿开掘前，总是无法利用钻进的抽排瓦斯井将蕴含在煤矿中的瓦斯较为彻底地抽排出来，在煤矿开掘的过程仍然存在较大量的瓦斯，增加了煤矿生产的安全隐患。

发明内容

本发明目的在于提供一种煤矿抽排瓦斯井以及钻井方法，以解决现有煤矿抽排瓦斯井易堵塞、瓦斯抽排量有限的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种煤矿抽排瓦斯井，包括：直井；水平井，水平井逆矿层倾向，且与直井连通；水平分支井，与水平井连通，水平分支井包括位于煤矿层的上部区域内的第一水平分支井，第一水平分支井的轴线与煤矿层的顶面的距离为没矿层的厚度的三分之一；水平分支井还包括位于未来煤矿坑道开掘区内的第二水平分支井，直井与未来煤矿坑道开掘区之间通过第二水平分支井间接地连通。

进一步地，水平井位于煤矿层的底部并沿着与煤矿层的走向垂直的方向延伸。

进一步地，水平分支井沿着与未来煤矿坑道的轴向平行的方向延伸。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种煤矿抽排瓦斯井的钻井方法，包括：开设直井；开设与直井连通的逆矿层倾向水平井；开设与水平井连通的水平分支井，其中，开设与水平井连通的水平分支井，包括：开设位于煤矿层的上部区域内的第一水平分支井，且将与煤矿层的顶面的距离为煤矿层的厚度的三分之一的层面作为第一水平分支井的轴线所在的平面开设第一水平分支井；开设与水平井连通的水平分支井还包括：在未来煤矿坑道开掘区内开设第二水平分支井，直井与未来煤矿坑道开掘区之间通过第二水平分支井间接地连通。

进一步地，开设直井之前，还包括：根据未来煤矿坑道开掘区的岩移角确定直井的开设位置，以使直井在所处矿层发生移动之后保持与水平井连通。

进一步地，开设与直井连通的水平井，包括：确定待开掘煤矿的矿层倾向；在矿层的底部沿着与矿层的走向垂直的方向开设水平井。

进一步地，沿着与未来开掘坑道的轴向平行的方向开设与水平井连通的水平分支井。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种煤矿抽排瓦斯井以及钻井方法，其中，煤矿抽排瓦斯井包括：直井；水平井，与直井连通；水平分支井，与水平井连通，水平分支井包括位于煤矿层的上部区域内的第一水平分支井；钻井方法包括：开设直井；开设与直井连通的水平井；开设与水平井连通的水平分支井，水平分支井包括位于煤矿层的上部区域内的第一水平分支井。本发明提供的抽排瓦斯井以及钻井方法，在煤矿层的上部区域内设置第一水平分支井，煤矿层内的瓦斯基本都集中在上部区域，所以，在煤矿层的上部设置水平分支井，能够更加彻底地在煤矿开掘前将瓦斯抽排出来，降低在煤矿开掘的过程中多次抽排瓦斯，提高了煤矿开掘的安全性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的煤矿抽排瓦斯井的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明的一个方面，提供了一种煤矿抽排瓦斯井的钻井方法，该方法包括：首先，开设直井；然后，开设与该直井连通的水平井B；最后，开设与水平井B连通的水平分支井，其中，水平分支井包括位于煤矿层的上部区域内的第一水平分支井E，且将与煤矿层的顶面的距离为煤矿层的厚度的三分之一的层面作为第一水平分支井E的轴线所在的平面开设第一水平分支井E，开设与水平井B连通的水平分支井还包括：在未来煤矿坑道开掘区F内开设第二水平分支井D，直井A与未来煤矿坑道开掘区F之间通过第二水平分支井D间接地连通。由于煤矿内的瓦斯主要集中在上部区域，所以在煤矿层内的上部区域开设水平分支井，能够将煤矿层内的大部分瓦斯抽排出去，抽排效果较为彻底，抽排效率高。现有的抽排瓦斯井由于水平井和水平分支井的开设位置的限制，容易出现堵塞、水封和直井不能重复利用的问题。

实际上，第一水平分支井E的轴线与煤矿层的顶面的距离为煤矿层的厚度的三分之一。也就是说，将第一水平分支井E布置在煤矿层内并距离煤矿层的顶面的距离为煤矿层的厚度的三分之一的层面上，能够更有效地抽排煤矿层内的瓦斯。

另外，水平分支井还包括位于未来煤矿坑道开掘区F内的第二水平分支井D。将分支井布设在未来开掘坑道内，有利于在煤矿开掘前预抽排开掘坑道内的瓦斯，降低未来开掘坑道内的瓦斯存量，提高安全系数。

实际上，直井A与未来煤矿坑道开掘区F之间通过第二水平分支井D间接地连通。现有技术中，通常将直井钻进到与未来煤矿坑道开掘区F内，当未来煤矿坑道开掘区F被开掘出来之后，直井A与未来煤矿坑道开掘区F就形成直接连通的关系，这样，直井A就构成了煤矿开掘坑道的一个分支，随着煤矿开掘的进行，由于矿层的移动，直井A就会被破坏，无法再继续使用。而在本申请中将直井A设计成与未来煤矿坑道开掘区F间接连通的形式，即直井A与未来煤矿坑道开掘区F之间不连通，可以使直井A处于独立于煤矿开掘坑道的状态，避免直井A被破坏，使直井A还可以用于后期坑道抽排的多用途井。在实际钻进直井A的时候，只要将直井A钻进到与未来煤矿坑道开掘区F之间存在一段距离即可。

为了避免直井A受到煤矿挖掘过程中矿层移动的影响而被破坏，在开设直井A之前，还包括：根据未来煤矿坑道开掘区F的岩移角确定直井A的开设位置，以使直井A在所处矿层发生移动之后保持与水平井B连通。利用岩移角确定直井A的位置，避免被移动的矿层所破坏，对本领域的技术人员是可以解决的。问题在于，本领域的常规做法是仅在开掘煤矿坑道之间进行预抽排瓦斯时利用直井A，而在煤矿开掘之后或者再重新钻进一口直井或者利用水平井B实现后期的抽排瓦斯。本申请中，一改现有的常规方法，将直井A设计成可以在煤矿开掘前期和后期都能够被用来抽排瓦斯的井，提高直井A的利用率，避免反复钻取多个直井的程序，提高煤矿瓦斯抽排方法。

上述开设与所述直井A连通的水平井B的过程，包括：首先，确定待开掘煤矿的矿层延伸方向；之后，在矿层的底部沿着与矿层的走向垂直的方向逆矿层倾向开设水平井B。将水平井B设置在矿层底部，水平分支井也形成倾斜向下的状态，所以能够更加有利于抽排瓦斯和消除水堵。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种煤矿抽排瓦斯井，该抽排瓦斯井的形成过程按照上述钻井方法钻进而成，因此，该抽排瓦斯井包括：直井A；水平井B，与直井A连通；水平分支井，与水平井B连通，水平分支井包括位于煤矿层的上部区域内的第一水平分支井E。并且，第一水平分支井E的轴线与所述煤矿层的顶面的距离为所述煤矿层的厚度的三分之一。水平分支井还包括位于未来煤矿坑道开掘区F内并与所述的第二水平分支井D。直井A与未来煤矿坑道开掘区F之间通过所述第二水平分支井D间接地连通。水平井B的延伸方向与所述矿层延伸方向平行。

为了便于理解，结合图1说明本发明提供的钻井方法。

第一，根据计算，确定直井A与未来煤矿坑道开掘区F所在层面的距离；

第二，在煤矿层采用大钻头扩大孔，作为水平井B与直井A连通的腔体，并计算出井底坐标；

第三，根据地面条件选取水平井B的井位，采用定向钻进技术及旋转导向技术使水平井B与直井A连通；

第四，水平井B以逆向于矿层倾向(垂直于矿层走向的方向，矿层倾向由上倾斜向下，水平井B倾斜向上钻进)延伸钻进，到达预定长度后，抽回定向钻具进行水平分支井E钻井；

第五，水平分支井B在未来煤矿坑道开掘区F，平行开掘区水平钻进；

第六，自煤矿层顶板下在煤矿层内沿煤矿层厚度三分之一处进行水平分支井E的钻进。

下面，举例来说明上述钻井方法：

第一，在地面根据未来煤矿坑道开掘区F的岩移角确定直井A的位置，钻达煤层下10m以上，作为抽采沉渣区；

第二，下入测量仪器进行直井A的井眼轨迹参数测量，计算井眼坐标；

第三，在直井A内下入护管；

第四，再下入直径大于500mm的扩孔钻头在煤矿层扩孔，作为水平井B与直井A连通的腔体；

第五，根据矿层状况和水平井B的要求，确定水平井B；

第六，对水平井B定向造斜与直井A连通，水平井B的水平段逆向矿层倾向延伸到设计长度(此设计长度根据煤矿业主需要和地面钻探设备的能力确定)之后准备开始水平分支井；

第七，先实施第二水平分支井D，第二水平分支井D位于未来煤矿坑道开掘区F内；

第八，再抽回钻具实施煤矿层内的第一水平分支井E，第一水平分支井E位于煤矿层内距煤矿层顶面距离为煤矿层厚度三分之一处。

第九，依此类推，一直完成所有水平分支井，从而达到有效抽排瓦斯。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种煤矿抽排瓦斯井，其特征在于，包括：

直井(A)；

水平井(B)，所述水平井(B)逆矿层倾向，且与所述直井(A)连通；

水平分支井，与所述水平井(B)连通，所述水平分支井包括位于煤矿层的上部区域内的第一水平分支井(E)，所述第一水平分支井(E)的轴线与所述煤矿层的顶面的距离为所述煤矿层的厚度的三分之一；

所述水平分支井还包括位于未来煤矿坑道开掘区(F)内的第二水平分支井(D)，所述直井(A)与所述未来煤矿坑道开掘区(F)之间通过所述第二水平分支井(D)间接地连通。

2.根据权利要求1所述的煤矿抽排瓦斯井，其特征在于，

所述水平井(B)位于所述煤矿层的底部并沿着与所述煤矿层的走向垂直的方向延伸。

3.根据权利要求1或2所述的煤矿抽排瓦斯井，其特征在于，

所述水平分支井沿着与未来煤矿坑道的轴向平行的方向延伸。

4.一种煤矿抽排瓦斯井的钻井方法，其特征在于，包括：

开设直井(A)；

开设与所述直井(A)连通的逆矿层倾向水平井(B)；

开设与所述水平井(B)连通的水平分支井，

其中，

所述开设与所述水平井(B)连通的水平分支井，包括：开设位于煤矿层的上部区域内的第一水平分支井(E)，且将与所述煤矿层的顶面的距离为所述煤矿层的厚度的三分之一的层面作为所述第一水平分支井(E)的轴线所在的平面开设所述第一水平分支井(E)；

所述开设与所述水平井(B)连通的水平分支井还包括：在未来煤矿坑道开掘区(F)内开设第二水平分支井(D)，所述直井(A)与所述未来煤矿坑道开掘区(F)之间通过所述第二水平分支井(D)间接地连通。

5.根据权利要求4所述的钻井方法，其特征在于，所述开设直井(A)之前，还包括：

根据未来煤矿坑道开掘区(F)的岩移角确定所述直井(A)的开设位置，以使所述直井(A)在所处矿层发生移动之后保持与所述水平井(B)连通。

6.根据权利要求4所述的钻井方法，其特征在于，所述开设与所述直井(A)连通的水平井(B)，包括：

确定待开掘煤矿的矿层倾向；

在煤矿层的底部沿着与所述煤矿层的走向垂直的方向开设所述水平井(B)。

7.根据权利要求4所述的钻井方法，其特征在于，

沿着与未来开掘坑道的轴向平行的方向开设与所述水平井(B)连通的水平分支井。