[发明专利]一种刀柱式老空区及下煤层煤层气联合开采的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种刀柱式老空区及下煤层煤层气联合开采的方法，属于煤层气开采技术领域。

背景技术

由于长期的工业化开采，我国存在着无数众多、面积巨大的老空区。仅以山西省为例，截止2013年底，山西省共有4700余处废弃矿井，老空区面积已达5000平方公里，这些老空区的开挖多是采用的是采出率较低的旧式爆破采煤工艺，其煤炭采出率一般在50%~60%，甚至更低，因此上述老空区赋存着相当可观的煤层气资源瓦斯储量，相关数据显示仅以山西省为例老空区煤层气资源量约30亿立方米。瓦斯是一种清洁能源，对老空区残留煤层气的能源化利用，可有效缓解我国天然气供应不足的局面；同时瓦斯作为一种有害气体，排放到大气中所产生的温室效应是二氧化碳的21倍，因此对这部分瓦斯的抽采利用具有良好的经济效益及环境效益。

目前针对老空区瓦斯的抽采主要是针对单一工作面老空区瓦斯的抽采，其方法是由地面向老空区上部裂隙带内施工地面钻井以抽采老空区瓦斯，此种方法钻井施工过程中施工难度大、事故发生率高、成孔率低。而且一个地面井筒只能针对一个老空区进行抽采，抽采的煤层气产量低且成本高。中国专利 CN105114038A公布了一种依靠超临界CO₂射流压裂相邻老空区间煤柱抽采同一水平两个老空区瓦斯的方法；中国专利CN104696006A公布了一种穿透多层老空区残留煤柱抽采多层老空区残余煤层气的方法；上述方法均为竖井抽采多个老空区瓦斯的情况；上述专利存在着地面垂直钻井与煤层气储层接触面小、抽采范围有限等问题，同时上述专利均为抽采老空区内存留煤层气资源，均未将老空区煤层气与相邻为开采煤层气资源统筹起来，考虑联合开发协同抽采。

事实上，煤田中煤层往往以多层煤相距一定距离的形式赋存在煤田中，针对上部是老空区下部是较薄煤层的组合地质情况，目前从固体矿床开挖开采（传统开挖采煤）的角度往往对下部煤层厚度变化较大的薄煤层（0~1.5米）进行弃采，弃采的原因多为采矿技术上不可行或技术上可行但从经济成本角度对其弃采，这就造成了相当一大部分煤炭（煤层气）资源的大量浪费。

发明内容

本发明针对上述问题，从煤炭（煤层气）资源协同利用、联合开发的角度出发，提供了一种刀柱式老空区及下煤层煤层气联合开采的方法。

本发明提供了一种刀柱式老空区及下煤层煤层气联合开采的方法，包括以下步骤：

1）根据矿井采掘情况、煤层柱状图以及井上下对照图等已有地质采掘资料并结合物理勘测手段确定井下上部煤层已开挖的刀柱式开采老空区参数以及下部煤层与上部老空区之间的距离D；所述老空区参数包括柱采区的范围、数目以及煤柱数目、大小、分布大体位置；

2)由地面向刀柱式老空区底板以下5~20米岩层处施工水平井；

水平井由井下向地面延伸处依次分为水平井水平段、造斜段、水平井垂直段以及水平井地面端，其中水平井地面端设有密封装置并连接抽采管，抽采管上设有阀门Ⅰ，水平井近地面端进行密封；

3）打开阀门Ⅰ由抽采管对水平井进行第一次煤层气抽采，记录此时单位时间内煤层气抽采量Q₁；

4）当单位时间内煤层气抽采量下降至Q₁的20%~40%时，关闭阀门Ⅰ，停抽12~36小时，之后再次打开阀门Ⅰ，同时降低抽采压力继续进行煤层气抽采；当单位时间内煤层气抽采量再次下降至Q₁的20%~40%时，再次关闭阀门Ⅰ，停抽12~36小时，之后再次打开阀门Ⅰ，再次降低抽采压力进行煤层气抽采；循环上述停抽-降压抽采的过程，直至抽采压力降低至比大气压低80~100kpa；

5）当单位时间内煤层气抽采量下降至Q₁的20%以下时，将抽采管拆卸，由井口下放分段压裂设备，对水平井水平段与下部煤层之间以及水平井水平段与上部老空区之间的层间岩层实施定向压裂；

6）将水平井垂直段进行垂向延伸，直至延伸至下部煤层底板5~20米范围处；

7）由水平井垂直段处安设排采设备，水平井垂直段中设置的排采设备由井下到地面部分依次设有抽油泵、抽油管，抽油管内设有抽油杆，地面设置的抽油机通过抽油杆驱动抽油泵对水平井垂直井段内的水进行排采；水平井垂直段地面端由四通分为三条支路：排水管、抽气管、注气管，排水管连接井下抽油管，地面端设有阀门Ⅱ，抽气管地面端连有阀门Ⅲ，注气管地面端连有阀门Ⅳ，注气管的井下部分一直延伸到水平井水平段内，且位于水平井水平段内为筛眼段，水平井垂直井段近地面端进行密封，地面有密封装置；