井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法与流程

本发明属于煤矿瓦斯抽采，涉及一种井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法。

背景技术：

1、高瓦斯突出矿井数量多、分布广、瓦斯含量高、压力大，该类矿井在煤巷掘进之前需掘进底抽巷，然后每3～5m施工1组穿层孔，覆盖煤巷及两侧各15m宽的区域，最后再进行水力冲孔和抽采达标，现有方法存在以下几方面的缺陷：岩巷掘进工作量大，岩巷掘进工程量一般约占总工程量的40％～50％，在生产矿井中占总工程量的25％左右；施工工作量大、成本高；涉及采区衔接、水平接替的开拓延伸巷道，需要提前很长时间进行部署，抽采达标时间长，导致煤巷掘进困难、采掘接替矛盾十分突出、安全高效生产压力大。因此对于首采区、首采工作面，瓦斯含量超过12m3/t的高瓦斯矿井，若在煤巷掘进前进行条带瓦斯预抽，将瓦斯含量快速降到8m3/t以下，将使煤矿采掘生产等设计发生根本性的变化，大大缩短瓦斯预抽时间，减少了井下瓦斯治理工程量，同时为巷道掘进、工作面准备提供足够的时间和空间。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，以解决现有高瓦斯矿井煤巷掘进条带瓦斯抽采效率低，效果差、难度和危险性大的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，具体包括如下步骤：

4、步骤1、根据前期勘探数据、采掘规划和巷道位置确定水平井的部署位置，所述水平井包括沿掘进方向由后向前顺序连通设置的直井段、第一增斜段、稳斜段、第二增斜段、水平段和第三增斜段；

5、步骤2、根据前期勘探数据完成水平井的构造参数设计，所述构造参数包括水平段长度、水平井终孔位置、稳斜段长度和稳斜角；

6、步骤3、根据步骤2确定的构造参数完成水平井的钻完井施工；

7、步骤4、在大巷切眼位置朝水平段上倾方向施工井下长钻孔；完成井下长钻孔与地面水平井的对接；

8、步骤5、完成水平段逐段压裂施工；

9、步骤6、对完成压裂施工的水平段进行放喷返排，返排结束后对水平段进行钻洗，完成井下长钻孔与水平段的贯通；

10、步骤7、采用先地面水平井排水降压，后井下长钻孔负压抽采的方式完成井组排水采气。

11、本发明还具有以下技术特征：

12、具体的，步骤1所述的部署位置满足以下条件：

13、单巷条件：水平段部署在紧邻工作面的煤巷下邦内，且水平段外壁与煤巷内壁的距离小于30m，且水平井水平段轴线与大巷轴线的夹角为60～120°；

14、双巷条件：水平段部署在工作面煤层双巷中间的保护煤柱中，且水平井水平段轴线与大巷轴线的夹角为60～120°

15、更进一步的，步骤2所述的水平段长度满足以下条件：

16、当煤层埋深小于600m时，1.8≤水平段长度/煤层埋深＜2.0，且水平段长度≥800m；

17、当煤层埋深大于等于600m时，1.5＜水平段长度/煤层埋深＜1.8，且水平段长度≥1000m。

18、更进一步的，步骤2所述的水平井终孔位置煤层顶板岩层内、且水平井终孔位置与煤层的纵向垂向距离为3～10m、与大巷侧壁的横向垂直距离大于等于200m。

19、更进一步的，步骤2所述的稳斜段长度和稳斜角通过以下公式确定：

20、r1sinα+l cosα+r2(1-sinα)＝h

21、r1(1-cosα)+l sinα+r2cosα＝s

22、

23、式中：

24、l为稳斜段长度，单位为m；

25、α为稳斜角，单位为°；

26、h为造斜段垂直长度，单位为m；

27、s为靶前水平位移，单位为m；

28、r1为第一增斜段曲率半径，单位为m；

29、r2为第二增斜段曲率半径，单位为m。

30、更进一步的，所述步骤4中，在完成井下长钻孔与水平段的对接前，对水平段进行排水降压，使水平段内液柱压力低于0.5mpa。

31、更进一步的，所述步骤5具体包括：

32、单巷条件：朝向煤巷方向采用单翼定向射孔方式完成射孔，每个压裂段的压裂簇数为3簇、每簇射孔长度为1m、每米内的射孔数量为10～12孔；

33、双巷条件：朝向煤巷方向采用两翼定向射孔方式完成射孔，每个压裂段的压裂簇数为3簇、每簇射孔长度为1m、每米内的射孔数量为12～16孔。

34、更进一步的，所述水平井末端连接有长度为5～10m的玻璃钢套管，且在所述玻璃钢套管处施工直径不少于0.5m、长度不少于5.0m的水平长洞穴。

35、更进一步的，所述水平井末端压裂点与洞穴距离不小于50米。

36、更进一步的，所述水平井末端压裂点与所述水平长洞穴的间距不小于50米，所述压裂施工的裂缝间距为15-～25m、裂缝半长不少于50m，且在每个压裂段至少形成3条能够与煤巷消突区域沟通的有效裂缝。

37、更进一步的，所述压裂施工采用投球暂堵转向压裂方法，且暂堵球耐压为70mpa、直径为16～20mm，每个压裂段投入暂堵球2次，每次投入的暂堵球数量为单簇射孔孔眼数量的1.2倍。

38、相较于现有技术，本发明方法具有如下有益效果：

39、1、本发明方法根据前期得到的勘探资料、采掘规划和工作面内巷道位置确定水平井的部署位置和构造参数，有利于因地制宜、降低施工风险、提高煤巷掘进条带瓦斯抽采利用的效果。

40、2、本发明方法根据矿井地层条件，优化地面水平井与井下长钻孔的完井结构，有利于降低施工摩阻、增加水平段的延伸长度，提高煤巷掘进条带长水平井钻井施工成功率和效率，实现安全、效益最大化。

41、3、本发明方法优选的分段压裂方法利于对煤巷掘进条带长水平井进行增产改造，提高了水平井均匀化造缝效果和施工成功率，达到水平井密集压裂强化增透目的，实现煤巷掘进条带瓦斯无死角抽采；

42、4、本发明方法能够能实现以井代巷的功能，具有适应条件广、单井产量和抽采效率高等特点，能实现对煤巷掘进区域的全覆盖和瓦斯快速预抽消突目的，促进煤与瓦斯协调开发，节约成本。

技术特征：

1.一种井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，其特征在于，步骤1所述的部署位置满足以下条件：

3.如权利要求1所述的井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，其特征在于，步骤2所述的水平段长度满足以下条件：

4.如权利要求1所述的井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，其特征在于，步骤2所述的水平井终孔位置位于煤层顶板岩层内、且水平井终孔位置与煤层的纵向垂向距离为3～10m、与大巷侧壁的横向垂直距离大于等于200m。

5.如权利要求1所述的井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，其特征在于，步骤2所述的稳斜段长度和稳斜角通过以下公式确定：

6.如权利要求1所述的井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，其特征在于，所述步骤4中，在完成井下长钻孔与水平段的对接前，对水平段进行排水降压，使水平段内液柱压力低于0.5mpa。

7.如权利要求1所述的井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：

8.如权利要求1所述的井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，其特征在于，所述水平井末端连接有长度为5～10m的玻璃钢套管，且在所述玻璃钢套管处施工直径不少于0.5m、长度不少于5.0m的水平长洞穴。

9.如权利要求8所述的井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，其特征在于，所述水平井末端压裂点与所述水平长洞穴的间距不小于50米，压裂施工的裂缝间距为15～25m、裂缝半长不少于50m，且在每个压裂段至少形成3条能够与煤巷消突区域沟通的有效裂缝。

10.如权利要求1所述的井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，其特征在于，所述压裂施工采用投球暂堵转向压裂方法，且暂堵球耐压为70mpa、直径为16～20mm，每个压裂段投入暂堵球2次，每次投入的暂堵球数量为单簇射孔孔眼数量的1.2倍。

技术总结本发明公开一种井地联合的以井代巷长水平段密集压裂瓦斯快速抽采方法，包括确定水平井的部署位置；根据前期勘探数据完成水平井的构造参数设计，所述构造参数包括水平段长度、水平井终孔位置、稳斜段长度和稳斜角；完成水平井的钻完井施工；在大巷切眼位置朝水平段上倾方向施工井下长钻孔，完成井下长钻孔与水平段的对接；完成水平段逐段压裂施工；进行放喷返排，返排结束后对水平段进行钻洗，完成井下长钻孔与水平段的贯通；最后采用先地面水平井排水降压，后井下长钻孔负压抽采的方式完成井组排水采气。本方法有利于提高煤巷掘进条带长水平井钻井和密集压裂增透效果，达到对煤巷掘进区域的全覆盖和瓦斯快速预抽消突目的。技术研发人员：许耀波,张杰,朱文侠,陈天柱,莫海涛,王常委受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18