CN107905834A - 一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，步骤如下：S1，将井田划分为规划区、准备区和生产区；S2，对规划区采用地面钻井卸压增透预抽；S3，准备区采用井上下联合压裂卸压增透抽采；S4，生产区采用采矿活动卸压协同水力化集成抽采工艺。本发明以规划区地面钻井卸压增透抽采、准备区井上下联合水力致裂卸压增透抽采、生产区采动卸压增透抽采为关键环节，以解除制约瓦斯高效流动的低渗透特性为根本出发点，通过人为主动卸压+采矿活动影响被动卸压两种增透类型，对煤矿规划区、准备区和生产区瓦斯进行三区联动立体抽采；形成先采气后采煤的“三区联动立体卸压增透高效抽采模式”，实现煤与瓦斯协调开发。

Description

一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯治理技术领域，具体涉及一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法。

背景技术

我国不但煤炭资源丰富，而且在世界上也是重要的煤炭生产大国和消费大国，未来相当长一段时间内，煤炭仍将在我国能源结构中占较大比重。长期以来，煤炭在保障我国能源需求和经济快速发展的同时，一直面临诸多安全开采问题，尽管近些年来我国煤矿安全生产状况明显改善，但全国煤炭百万吨死亡率仍居0.2左右，与发达国家相比还有较大差距，重特大事故仍时有发生。尤其随着开采深度的逐渐增加，煤炭资源开采条件不断恶化，突出表现在煤层瓦斯压力和瓦斯含量增大、地质构造条件越来越复杂，容易造成群死群伤的瓦斯灾害依然严重，是我国煤矿安全生产过程中灾害防治领域始终努力防范的重点和难点。

煤矿瓦斯灾害发生的形式多样，煤与瓦斯突出（以下简称“突出”）、瓦斯爆炸、瓦斯窒息、瓦斯燃烧等是其常见类型，潜在性、突发性、灾难性带来的难以防治是瓦斯事故的主要特点。尤其煤与瓦斯突出因其发生机理极其复杂，截止目前世界范围内对其发生的理论认识尚处于“假说”阶段，这无疑给现场瓦斯防治效果带来较大不确定性和盲目性，进而致使防治手段和措施虽然极其丰富，却难以从根本上预防突出的发生。有效的瓦斯抽采是治理瓦斯的根本，煤层透气性差、抽采效率低下是制约瓦斯高效抽采的瓶颈，既要做到抽采达标，不掘突出头、不采突出面，同时又不影响煤矿安全高效生产，结合煤炭开采特点进行体系化瓦斯综合治理是有效遏制重大瓦斯事故的发生，以及实现煤与瓦斯共采的必由之路。

发明内容

针对上述现有技术中描述的不足，本发明提供一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，以规划区地面钻井卸压增透抽采、准备区井上下联合水力致裂卸压增透抽采、生产区采动卸压增透抽采为关键环节，以卸压增透为实施瓦斯抽采的基本准则的体系化瓦斯综合治理模式，以解除制约瓦斯高效流动的低渗透特性为根本出发点，通过人为主动卸压+采矿活动影响被动卸压两种增透类型，对煤矿规划区、准备区和生产区瓦斯进行三区联动立体抽采；形成先采气后采煤的“三区联动立体卸压增透高效抽采模式”，实现煤与瓦斯协调开发。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，步骤如下：S1，将井田划分为规划区、准备区和生产区。

所述规划区是指按照井田开采划分，所属煤炭资源拟经过较长时间（一般在5-10年甚至更长）以后方进行采煤作业的区块。

所述准备区是指按照煤矿生产计划，近期（一般3-5年）内即将进行回采的区域。

所述生产区是指井下本煤层进行煤巷掘进和回采作业的区域。

S2，对规划区采用地面钻井卸压增透预抽。

煤层开采之前即进行地面瓦斯预抽，且不受空间约束和时间限制是规划区的主要优势，通过提前地面布置多分支水平井、对接井、丛式井等大规模井群，进行大面积预先抽采，既有利于形成煤层气产业规模，又可实现高瓦斯突出煤层向低瓦斯非突出煤层的转变，同时地面井还兼具勘探孔等一井多用之功能，避免了井下近距离钻探瓦斯灾害的威胁，是实现瓦斯资源利用与灾害防治的良好衔接。

S2.1，在规划区的计划巷道两侧及计划巷道内开设地面井。

S2.2，完井后向地面井注入氮气泡沫进行压裂储层改造。

选择N₂作为储层压裂改造的气源，对提高瓦斯抽采效果具有多重优势。第一，N₂良好的驱替、置换煤层瓦斯效应，其作用效果可通过三个性能来实现：①N₂注气端和析气端较高压力梯度条件下，对煤层裂隙中游离瓦斯的“驱赶”和“携载”作用；②N₂注入煤层后稀释作用条件下，扩散空间内部瓦斯浓度大于外部，导致微孔隙瓦斯出现“扩散”作用；③多组分气体条件下，N₂分子对CH₄分子的“竞争”吸附作用。第二，对于煤层而言，N₂的低压、低渗、水敏性特点对外来井液的敏感度较高，很容易受到污染和伤害，与常规水基压裂液相比，采用氮气泡沫注压的方式能够有效提高入井液的返排速度和返出程度，通过氮气的隔离、降滤、助排的综合作用有助于工作液克服毛管力的束缚，增强自身返排源动力，起到保护储层和强化措施效果的作用。第三，相对CO₂，N2作为气源性能更加稳定、环保、安全，获取也十分方便。

S2.3，在规划区开挖定向羽状多分支水平井，并通过配套的工程井进行地面瓦斯预抽。

羽状多分支水平井钻井完井技术打破了多年来钻井轨迹停留于“点”的局限性，不但实现了井筒在煤层水平层面“线”的延伸，而且可沿水平主井段双侧施工多条分支井眼，控制和调整分支钻井轨迹呈羽状分布结构后，有效钻井轨迹即可在煤层水平方向实现“面”的互联互通，最大限度的沟通煤层孔-裂隙系统，极大的提高了井筒和煤层的接触范围和空间，实现瓦斯大面积卸压和高效流动，不但能高效抽采工作面范围内的瓦斯，而且对消除井下煤巷掘进期间瓦斯突出危险性也十分有利。与常规地面瓦斯抽采井相比，羽状多分支水平井煤层段一般不需要固井和储层压裂改造，具有清洁、无害、倒流能力强、服务范围广等独特优势，尤其适合低渗透煤层瓦斯开采。

具体步骤如下：S2.3.1，在规划区沿煤巷掘进方向开设一条水平主井，水平主井长度高达1500m。

S2.3.2，在水平主井的双侧对称开设有若干条分支水平井，分支水平井与水平主井连通形成羽状结构；单个分支水平井长200-1000m不等。

S2.4，在规划区开设对接井，并对对接井进行水力运移抽采。

所述对接井包括注水出气井和排煤水出气井；在排煤水出气井的煤层段设置有掏穴，作为煤泥输出通道；注水出气井和排煤水出气井通过对接通道连通。

在排煤水出气井位于煤层段，采用空气动力造穴方法在排煤水出气井的井底形成大孔径洞穴作为煤泥输出的通道。

水力运移抽采过程为，在注水出气井安装进水兼出气功能的封井装置，通过连接地面脉动冲压设备。

在排煤水出气井安装煤气水分离装置，用于收集井下冲刷、卸压产生煤、气和循环水。

地面脉动冲压设备通过注水出气井注入高压水，高压水在对接通道、掏穴和排煤水出气井内形成循环，对注水出气井和排煤水出气井之间的煤层进行冲刷，排出瓦斯。

对接井水力运移卸压开采模式，此项技术工艺对松软、低渗煤层具有较大适用性，可靠有效降低煤层孔隙压力、疏通瓦斯运移通道、提高煤层卸压效果，尤其适合布设于井下煤巷对应煤层位置。

S3，准备区采用井上下联合压裂卸压增透抽采；

随着煤炭开采的延伸，规划区逐渐转变为准备区，根据煤矿生产衔接安排，井下需开始开拓巷道的施工，此时要进行瓦斯抽采方式的调整和转变：即，一方面充分利用地面抽采井在煤层中所形成裂隙，进行地面负压抽采；另一方面，井下施工长钻孔，实施井下水力压裂，使地面井完井期间生的原有裂缝与井下钻孔压裂新形成裂缝充分有效贯通，进行井上下联合抽采。所构成的立体抽采网络，可大大提高瓦斯抽采效率，快速降低预采煤层瓦斯含量。

要使井上下联合抽采技术取得理想的瓦斯治理效果，须在煤炭开采的规划和准备阶段即开始井上下联合抽采工艺布局。根据井下采、掘工序安全生产需要，井上下联合抽采工艺可分为条带式和区域递进式两种，分别侧重于解决煤巷掘进和工作面回采期间瓦斯治理。

S3.1，煤巷掘进瓦斯抽采采用条带式井上下联动卸压抽采工艺；

按照条带式井上下联动抽采工艺的瓦斯治理目标，在未进行地面预抽的规划区或准备区，对拟开设的水平大巷、盘区（带区）大巷、工作面巷道，在其两侧施工常规地面钻井，完井后进行储层压裂改造，之后按排水降压原理，进行第一阶段的地面瓦斯预抽；待对应巷道准备掘进时，利用千米定向钻机，在巷道两侧地面井压裂影响范围内施工区域长钻孔，为使立体空间范围内裂隙网络贯通更为充分，根据需要可对井下长钻孔实施压裂，以便实现长钻孔与地面压裂井裂隙网的高效互连，与此同时，改变地面抽采井方式为负压抽采，与井下区域长钻孔联合对压裂增渗区实施瓦斯抽采，此为第二阶段瓦斯抽采，以上主要用于巷道掘进瓦斯治理；当煤巷掘进作业完成后，受掘进活动影响，地面瓦斯抽采井周围将出现大量采动裂隙，此时，地面井可作为采动井继续瓦斯抽采，发挥其一井多用的功效。

S3.1.1，在计划巷道的两侧地面井压裂影响范围内利用定向钻机施工长钻孔，长钻孔与计划巷道的方向平行并与地面井的方向垂直；长钻孔形成的压裂与计划巷道两侧的地面井形成的原裂缝相互贯通。

S3.1.2，对长钻孔进行压裂，使长钻孔形成的压裂与地面井形成的原裂缝相互贯通更充分。

S3.1.3，进行巷道掘进。

S3.1.4，在巷道掘进过程中，利用地面井与长钻孔采用负压方式抽采瓦斯。

S3.1.5，巷道掘进完成后，地面井周围出现大量采用裂缝，地面井作为采动井进行瓦斯抽采。

S3.2，工作面回采瓦斯采用区域递进式井上下联动卸压抽采方式。

与条带式抽采工艺治理瓦斯目标不同，区域递进式联动抽采工艺不但更加适用于工作面范围内的瓦斯抽采，同时可对接替煤巷区域提前进行瓦斯预抽。区域递进式抽采工艺地面瓦斯抽采井一般沿工作推进方向，布置于设计工作面内部中央地带，与条带式地面井相同，该类型井也是在规划区或准备区阶段，就结合采掘工程部署，施工的地面垂直压裂增透改造井型，预先对原始煤层进行第一阶段的地面抽采；然后，随着井下工作面巷道的开挖，沿巷邦顺煤层向下一工作面施工长钻孔，封孔、压裂、联网后，实施井上地面井、井下长钻孔联合抽采。

S3.2.1，在开挖的巷道沿巷邦顺煤层向下一个工作面施工长钻孔，长钻孔形成的压裂与巷道内的地面井形成的原裂缝相互贯通；

S3.2.2，利用地面井与长钻孔采用负压方式对下一工作面抽采瓦斯。

区域递进式井上下联动抽采，其优势主要提现于两个方面：①充分利用井下二次压裂与地面钻井压裂改造所形成的增渗、增流效果，井下长钻孔能够与压裂裂缝有效沟通，实现回采工作面煤层瓦斯的立体高效抽采；②多条巷道布置工作面时，本煤层巷道掘进期间就提前对下一个工作面的掘进和回采区域进行抽采，可为接替工作面瓦斯抽采、巷道掘进、工作面回采提供了充足的时间保障，真正实现了抽采、掘进、回采科学衔接，保证采煤工作面高效推进。

S4，生产区采用采矿活动卸压协同水力化集成抽采工艺；

经过前期规划区、准备区阶段的瓦斯预抽，理论上生产区大部分煤层残余瓦斯含量已较低，但是限于煤体结构破坏程度的空间差异，渗透率变化的区域差异以及煤层瓦斯局部富集的不同，很难实现所有煤层处于安全临界值以下。此种情况下，充分利用采掘活动形成的卸压效果和井下强化增透技术，对生产区煤层瓦斯进行卸压带高效抽采和精准卸压抽采，最大限度的释放煤层瓦斯含量和瓦斯压力，根本上消除煤与瓦斯突出突出危险性，仍然是保障煤矿安全生产的先决条件。

S4.1，卸压带使用采矿活动被动卸压抽采；

受采掘活动影响，采空区上方煤岩体由上往下依次形成弯曲下沉带、裂隙带和垮落带，顶板岩体空间位移的变化，又使得工作面前方煤层应力重新分布，依次形成卸压区（应力降低区)、应力增高区和原岩应力区的分布特征。在卸压区外侧煤体破碎，次生裂隙发育，一端为开放空间条件下所形成的煤体应力梯度较大，是提高瓦斯抽采效率的理想区域。因此，科学合理确定卸压带的宽度、研究适合卸压带特点的封孔工艺、抽采技术参数以及抽采布局，对实现近距离煤层瓦斯安全高效释放、消除煤与瓦斯突出突出威胁意义重大。

S4.2，井下水力化集成抽采；

基于水力化措施的井下“钻－割－压－冲－注”一体化瓦斯治理集成技术，可做为生产区瓦斯治理的重要协同技术措施。水力化集成瓦斯治理技术，以区域增透抽采消突为目标，前期在长钻孔径向导控下，深割缝的侧向引导下，大流量、高压力液体的劈裂作用下，使煤层裂、孔隙最大范围内有效扩展、延伸、沟通，实现煤层游离瓦斯快速高效抽采，后期通过中低压注水，使煤体整体均匀湿润，实现水对残余瓦斯的“封堵”，最终达到区域瓦斯卸压抽采消突的目的。水力化集成技术基本流程及瓦斯治理原理。

S4.2.1，向井下煤层钻孔注入高压液体，高压液体在长钻孔径向导控和深割缝的侧向引导下使煤层裂、孔隙最大程度的延伸和沟通；这样的效果比对单独一个钻孔进行压裂起到的卸压、增透效果好。所述深割缝是钻孔形成过程中，在孔眼径向方向水力割缝作用下形成的裂缝。

S4.2.2，利用地面井、长钻孔和深割缝构成的网络，对煤层内游离的瓦斯进行抽采；

S4.2.3，抽采后向地面井内注入中低压水，中低压水在地面井、长钻孔和深割缝构成的网络内流动，将煤体湿润，封堵残余瓦斯。

本发明采用体系化瓦斯治理模式以解除制约瓦斯高效流动的低渗透特性为根本出发点，以规划区地面钻井卸压增透抽采、准备区井上下联合水力致裂卸压增透抽采、生产区采动卸压增透抽采为关键环节，通过人为主动卸压+采矿活动影响被动卸压两种增透类型，对煤矿规划区、准备区和生产区瓦斯进行三区联动立体抽采，对实现煤与瓦斯绿色、安全、协调、可持续开采意义重大。本发明可有效降低煤矿开采中瓦斯的泄出量，提高了开采安全性，（1）在矿区或井田煤炭开采规划阶段即将瓦斯整体治理与煤炭开采工程有效衔接，有助于在空间和时间上形成一个科学、统一、协调的瓦斯治理体系；（2）本发明在工艺使用方面，提出的关键技术多为制约低渗、高突煤层瓦斯高效抽采瓶颈难题，尤其对提高煤层卸压、增透效果有更强的针对性；（3）本发明不但在生产区提出了更为有效的“钻－割－压－冲－注”一体化瓦斯治理集成技术，而且更加注重对规划区和准备区在地面环节进行卸压预抽，可有效消除井下近距离作业对生产人员带来的危险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明定向羽状多分支水平井煤层段井眼轨迹示意图。

图3为本发明对接井水力运移卸压开采瓦斯模式示意图。

图4为本发明井上下联合抽采示意图。

图5为本发明条带式井上下联动抽采示意图。

图6为本发明区域递进式井上下联动抽采示意图。

图7为本发明采掘活动影响下井下煤岩体空间受力分布特征图。

图8为本发明水力化集成技术工艺流程及防突原理图。

具体实施方式

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付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。

一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，如图1所示，步骤如下：S1，将井田划分为规划区、准备区和生产区；

所述规划区是指按照井田开采划分，所属煤炭资源拟经过较长时间（一般在5-10年甚至更长）以后方进行采煤作业的区块。

所述准备区是指按照煤矿生产计划，近期（一般3-5年）内即将进行回采的区域。

所述生产区是指井下本煤层进行煤巷掘进和回采作业的区域。

S2，对规划区采用地面钻井卸压增透预抽。

煤层开采之前即进行地面瓦斯预抽，且不受空间约束和时间限制是规划区的主要优势，通过提前地面布置多分支水平井、对接井、丛式井等大规模井群，进行大面积预先抽采，既有利于形成煤层气产业规模，又可实现高瓦斯突出煤层向低瓦斯非突出煤层的转变，同时地面井还兼具勘探孔等一井多用之功能，避免了井下近距离钻探瓦斯灾害的威胁，是实现瓦斯资源利用与灾害防治的良好衔接。

S2.1，在规划区的计划巷道两侧及计划巷道内开设地面井。

S2.2，完井后向地面井注入氮气泡沫进行压裂储层改造。

选择N₂作为储层压裂改造的气源，对提高瓦斯抽采效果具有多重优势。第一，N₂良好的驱替、置换煤层瓦斯效应，其作用效果可通过三个性能来实现：①N₂注气端和析气端较高压力梯度条件下，对煤层裂隙中游离瓦斯的“驱赶”和“携载”作用；②N₂注入煤层后稀释作用条件下，扩散空间内部瓦斯浓度大于外部，导致微孔隙瓦斯出现“扩散”作用；③多组分气体条件下，N₂分子对CH₄分子的“竞争”吸附作用。第二，对于煤层而言，N₂的低压、低渗、水敏性特点对外来井液的敏感度较高，很容易受到污染和伤害，与常规水基压裂液相比，采用氮气泡沫注压的方式能够有效提高入井液的返排速度和返出程度，通过氮气的隔离、降滤、助排的综合作用有助于工作液克服毛管力的束缚，增强自身返排源动力，起到保护储层和强化措施效果的作用。第三，相对CO₂，N2作为气源性能更加稳定、环保、安全，获取也十分方便。

S2.3，在规划区开挖定向羽状多分支水平井，并通过配套的工程井地面进行瓦斯抽采。

羽状多分支水平井钻井完井技术打破了多年来钻井轨迹停留于“点”的局限性，不但实现了井筒在煤层水平层面“线”的延伸，而且可沿水平主井段双侧施工多条分支井眼，控制和调整分支钻井轨迹呈羽状分布结构后，有效钻井轨迹即可在煤层水平方向实现“面”的互联互通，如图2所示，最大限度的沟通煤层孔-裂隙系统，极大的提高了井筒和煤层的接触范围和空间，实现瓦斯大面积卸压和高效流动，不但能高效抽采工作面范围内的瓦斯，而且对消除井下煤巷掘进期间瓦斯突出危险性也十分有利。与常规地面瓦斯抽采井相比，羽状多分支水平井煤层段一般不需要固井和储层压裂改造，具有清洁、无害、倒流能力强、服务范围广等独特优势，尤其适合低渗透煤层瓦斯开采。

具体步骤如下：S2.3.1，在规划区沿煤巷掘进方向开设一条水平主井，水平主井长度高达1500m。

S2.3.2，为方便水平井方位控制和后期地面瓦斯抽采，配套主水平井施工地面工程井，地面工程井井眼与主水平井水平段相交。

S2.3.3，在水平主井的双侧对称开设有若干条分支水平井，分支水平井与水平主井连通形成羽状结构；单个分支水平井长200-1000m不等。

S2.4，在规划区开设对接井，并对对接井进行水力运移抽采。

所述对接井包括注水出气井和排煤水出气井；在排煤水出气井的煤层段设置有掏穴，作为煤泥输出通道；注水出气井和排煤水出气井通过对接通道连通。

在排煤水出气井位于煤层段，采用空气动力造穴方法在排煤水出气井的井底形成大孔径洞穴作为煤泥输出的通道。

水力运移抽采过程为，如图3所示，在注水出气井安装进水兼出气功能的封井装置，通过连接地面脉动冲压设备。

在排煤水出气井安装煤气水分离装置，用于收集井下冲刷、卸压产生煤、气和循环水。

地面脉动冲压设备通过注水出气井注入高压水，高压水在对接通道、掏穴和排煤水出气井内形成循环，对注水出气井和排煤水出气井之间的煤层进行冲刷，排出瓦斯。

对接井水力运移卸压开采模式，如图4所示，此项技术工艺对松软、低渗煤层具有较大适用性，可靠有效降低煤层孔隙压力、疏通瓦斯运移通道、提高煤层卸压效果，尤其适合布设于井下煤巷对应煤层位置。

S3，准备区采用井上下联合压裂卸压增透抽采。

随着煤炭开采的延伸，规划区逐渐转变为准备区，根据煤矿生产衔接安排，井下需开始开拓巷道的施工，此时要进行瓦斯抽采方式的调整和转变：即，一方面充分利用地面抽采井在煤层中所形成裂隙，进行地面负压抽采；另一方面，井下施工长钻孔，实施井下水力压裂，使地面井完井期间生的原有裂缝与井下钻孔压裂新形成裂缝充分有效贯通，进行井上下联合抽采，如图4所示。所构成的立体抽采网络，可大大提高瓦斯抽采效率，快速降低预采煤层瓦斯含量。

要使井上下联合抽采技术取得理想的瓦斯治理效果，须在煤炭开采的规划和准备阶段即开始井上下联合抽采工艺布局。根据井下采、掘工序安全生产需要，井上下联合抽采工艺可分为条带式和区域递进式两种，分别侧重于解决煤巷掘进和工作面回采期间瓦斯治理。

S3.1，煤巷掘进瓦斯抽采采用条带式井上下联动卸压抽采工艺。

按照条带式井上下联动抽采工艺的瓦斯治理目标，在未进行地面预抽的规划区或准备区，对拟开设的水平大巷、盘区（带区）大巷、工作面巷道，在其两侧施工常规地面钻井，完井后进行储层压裂改造，之后按排水降压原理，进行第一阶段的地面瓦斯预抽；待对应巷道准备掘进时，利用千米定向钻机，在巷道两侧地面井压裂影响范围内施工区域长钻孔，为使立体空间范围内裂隙网络贯通更为充分，根据需要可对井下长钻孔实施压裂，以便实现长钻孔与地面压裂井裂隙网的高效互连，与此同时，改变地面抽采井方式为负压抽采，与井下区域长钻孔联合对压裂增渗区实施瓦斯抽采，如图5所示，此为第二阶段瓦斯抽采，以上主要用于巷道掘进瓦斯治理；当煤巷掘进作业完成后，受掘进活动影响，地面瓦斯抽采井周围将出现大量采动裂隙，此时，地面井可作为采动井继续瓦斯抽采，发挥其一井多用的功效。

S3.1.1，在计划巷道的两侧地面井压裂影响范围内利用定向钻机施工长钻孔，长钻孔与计划巷道的方向平行并与地面井的方向垂直；长钻孔形成的压裂与计划巷道两侧的地面井形成的原裂缝相互贯通。

S3.1.2，对长钻孔进行压裂，使长钻孔形成的压裂与地面井形成的原裂缝相互贯通更充分。

S3.1.3，进行巷道掘进。

S3.1.4，在巷道掘进过程中，利用地面井与长钻孔采用负压方式抽采瓦斯。

S3.1.5，巷道掘进完成后，地面井周围出现大量采用裂缝，地面井作为采动井进行瓦斯抽采。

S3.2，工作面回采瓦斯采用区域递进式井上下联动卸压抽采方式。

与条带式抽采工艺治理瓦斯目标不同，区域递进式联动抽采工艺不但更加适用于工作面范围内的瓦斯抽采，同时可对接替煤巷区域提前进行瓦斯预抽，如图6所示。区域递进式抽采工艺地面瓦斯抽采井一般沿工作推进方向，布置于设计工作面内部中央地带，与条带式地面井相同，该类型井也是在规划区或准备区阶段，就结合采掘工程部署，施工的地面垂直压裂增透改造井型，预先对原始煤层进行第一阶段的地面抽采；然后，随着井下工作面巷道的开挖，沿巷邦顺煤层向下一工作面施工长钻孔，封孔、压裂、联网后，实施井上地面井、井下长钻孔联合抽采。

S3.2.1，在开挖的巷道沿巷邦顺煤层向下一个工作面施工长钻孔，长钻孔形成的压裂与巷道内的地面井形成的原裂缝相互贯通。

S3.2.2，利用地面井与长钻孔采用负压方式对下一工作面抽采瓦斯。

区域递进式井上下联动抽采，其优势主要提现于两个方面：①充分利用井下二次压裂与地面钻井压裂改造所形成的增渗、增流效果，井下长钻孔能够与压裂裂缝有效沟通，实现回采工作面煤层瓦斯的立体高效抽采；②多条巷道布置工作面时，本煤层巷道掘进期间就提前对下一个工作面的掘进和回采区域进行抽采，可为接替工作面瓦斯抽采、巷道掘进、工作面回采提供了充足的时间保障，真正实现了抽采、掘进、回采科学衔接，保证采煤工作面高效推进。

S4，生产区采用采矿活动卸压协同水力化集成抽采工艺。

经过前期规划区、准备区阶段的瓦斯预抽，理论上生产区大部分煤层残余瓦斯含量已较低，但是限于煤体结构破坏程度的空间差异，渗透率变化的区域差异以及煤层瓦斯局部富集的不同，很难实现所有煤层处于安全临界值以下。此种情况下，充分利用采掘活动形成的卸压效果和井下强化增透技术，对生产区煤层瓦斯进行卸压带高效抽采和精准卸压抽采，最大限度的释放煤层瓦斯含量和瓦斯压力，根本上消除煤与瓦斯突出突出危险性，仍然是保障煤矿安全生产的先决条件。

S4.1，卸压带使用采矿活动被动卸压抽采。

受采掘活动影响，采空区上方煤岩体由上往下依次形成弯曲下沉带、裂隙带和垮落带，顶板岩体空间位移的变化，又使得工作面前方煤层应力重新分布，依次形成卸压区（应力降低区)、应力增高区和原岩应力区的分布特征，如图7所示。在卸压区外侧煤体破碎，次生裂隙发育，一端为开放空间条件下所形成的煤体应力梯度较大，是提高瓦斯抽采效率的理想区域。因此，科学合理确定卸压带的宽度、研究适合卸压带特点的封孔工艺、抽采技术参数以及抽采布局，对实现近距离煤层瓦斯安全高效释放、消除煤与瓦斯突出突出威胁意义重大。

S4.2，井下水力化集成抽采。

基于水力化措施的井下“钻－割－压－冲－注”一体化瓦斯治理集成技术，可做为生产区瓦斯治理的重要协同技术措施。水力化集成瓦斯治理技术，以区域增透抽采消突为目标，前期在长钻孔径向导控下，深割缝的侧向引导下，大流量、高压力液体的劈裂作用下，使煤层裂、孔隙最大范围内有效扩展、延伸、沟通，实现煤层游离瓦斯快速高效抽采，后期通过中低压注水，使煤体整体均匀湿润，实现水对残余瓦斯的“封堵”，最终达到区域瓦斯卸压抽采消突的目的。水力化集成技术基本流程及瓦斯治理原理如图8所示。

S4.2.1，向地面井注入高压液体，高压液体在长钻孔径向导控和深割缝的侧向引导下使煤层裂、孔隙最大程度的延伸和沟通。所述深割缝是钻孔形成过程中，在孔眼径向方向水力割缝作用下形成的裂缝。

S4.2.2，利用地面井、长钻孔和深割缝构成的网络，对煤层内游离的瓦斯进行抽采。

S4.2.3，抽采后向地面井内注入中低压水，中低压水在地面井、长钻孔和深割缝构成的网络内流动，将煤体湿润，封堵残余瓦斯。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，其特征在于，步骤如下：

S1，将井田划分为规划区、准备区和生产区；

S2，对规划区采用地面钻井卸压增透预抽；

S3，准备区采用井上下联合压裂卸压增透抽采；

S4，生产区采用采矿活动卸压协同水力化集成抽采工艺。

2.根据权利要求1所述的一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，其特征在于，在步骤S2中，具体步骤如下：S2.1，在规划区的计划巷道两侧及计划巷道内开设地面井；

S2.2，完井后向地面井注入氮气泡沫进行压裂储层改造；

S2.3，在规划区开挖定向羽状多分支水平井，并通过配套的工程井进行地面瓦斯预抽；

S2.4，在规划区开设对接井，并对对接井进行水力运移抽采；

所述对接井包括注水出气井和排煤水出气井；在排煤水出气井的煤层段采用空气动力造穴方法设置有掏穴，作为煤泥输出通道；注水出气井和排煤水出气井通过对接通道连通。

3.根据权利要求2所述的一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，其特征在于，在步骤S2.3中，具体步骤如下：S2.3.1，在规划区沿煤巷掘进方向开设一条水平主井；

S2.3.2，在水平主井的双侧对称开设有若干条分支水平井，分支水平井与水平主井连通形成羽状结构。

4.根据权利要求2所述的一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，其特征在于：在步骤S2.4中，水力运移抽采过程如下：在注水出气井安装进水兼出气功能的封井装置，通过连接地面脉动冲压设备；在排煤水出气井安装煤气水分离装置，用于收集井下冲刷、卸压产生煤、气和循环水；地面脉动冲压设备通过注水出气井注入高压水，高压水在对接通道、掏穴和排煤水出气井内形成循环，对注水出气井和排煤水出气井之间的煤层进行冲刷，排出瓦斯。

5.根据权利要求1所述的一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，其特征在于，在步骤S3中，具体步骤如下：S3.1，煤巷掘进瓦斯抽采采用条带式井上下联动卸压抽采工艺；

S3.2，工作面回采瓦斯采用区域递进式井上下联动卸压抽采方式。

6.根据权利要求5所述的一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，其特征在于，在步骤S3.1中，具体步骤如下：S3.1.1，在计划巷道的两侧地面井压裂影响范围内利用定向钻机施工长钻孔，长钻孔与计划巷道的方向平行并与地面井的方向垂直；长钻孔形成的压裂与计划巷道两侧的地面井形成的原裂缝相互贯通；

S3.1.2，对长钻孔进行压裂，使长钻孔形成的压裂与地面井形成的原裂缝相互贯通更充分；

S3.1.3，进行巷道掘进；

S3.1.4，在巷道掘进过程中，利用地面井与长钻孔采用负压方式抽采瓦斯；

S3.1.5，巷道掘进完成后，地面井周围出现大量采用裂缝，地面井作为采动井进行瓦斯抽采。

7.根据权利要求5所述的一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，其特征在于，在步骤S3.2中，具体步骤如下：S3.2.1，在开挖的巷道沿巷邦顺煤层向下一个工作面施工长钻孔，长钻孔形成的压裂与巷道内的地面井形成的原裂缝相互贯通；

S3.2.2，利用地面井与长钻孔采用负压方式对下一工作面抽采瓦斯。

8.根据权利要求1所述的一种低渗高突煤层体系化瓦斯开采方法，其特征在于，在步骤S4中，具体步骤如下：S4.1，井下煤巷采掘后，由于释放了部分空间，对其它煤体起到卸压增透的效果，对采矿活动影响下所形成卸压带进行被动卸压抽采；

S4.2，井下水力化集成抽采；

S4.2.1高压液体在长钻孔径向导控和深割缝的侧向引导下使煤层裂、孔隙最大程度的延伸和沟通；所述深割缝是钻孔形成过程中，在孔眼径向方向水力割缝作用下形成的裂缝；

S4.2.2，利用地面井、长钻孔和深割缝构成的网络，对煤层内游离的瓦斯进行抽采；

S4.2.3，抽采后向地面井内注入中低压水，中低压水在地面井、长钻孔和深割缝构成的网络内流动，将煤体湿润，封堵残余瓦斯。