一种防止煤层气预抽井随回采破坏的方法与流程

本发明属于煤层气技术领域，具体涉及一种防止煤层气预抽井随回采破坏的方法。

背景技术：

地面煤层气预抽井因采动报废的主要因素为在采动影响期间预抽井套管过度变形引起抽采通道阻塞。煤层纵向受到采动影响由下至上依次分为垮落带、裂隙带、弯曲下沉带，弯曲下沉带一般为整体下沉，岩层间下沉量差值很小，层间相对移动量不大，对预抽井套管一般不会造成较大拉伸、挤压、扭曲，预抽井套管损害主要分为两个阶段：垮落带发育阶段和裂隙带发育阶段。

对于受井下采掘影响的地面煤层气预抽井的处理措施主要是报废封孔，若将地面煤层气预抽井由采前预抽拓展到采中、采后甚至采空区煤层气抽采治理，延长其服务范围与服务周期，将大大降低煤层气综合治理费用。

地面煤层气预抽井用于工作面采中、采后煤层气治理不同于老空区布置地面钻孔，老空区煤层气井一般布置在采空区沉陷相对稳定以后的区域，钻孔受地层变形影响较小。而地面煤层气预抽井用于工作面采中、采后煤层气治理的最大难度在于受采场上覆岩层变形影响较大，利用窥视仪等设备对地面煤层气预抽井井身结构、综采放顶影响下上覆岩层结构形态分析，发现地面煤层气预抽井中预抽井套管的局部变形是制约其用于工作面采中、采后煤层气治理的关键，应采用一种新的技术，保障井下至地面间的抽采通道畅通，从而实现地面煤层气预抽井用于工作面采中、采后煤层气抽采治理的目标。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种防止煤层气预抽井随回采破坏的方法，延长煤层气预抽井生产周期，从而实现地面煤层气预抽井用于工作面采中、采后煤层气抽采治理的目标。本发明技术方案的具体步骤如下：

(1)确定煤层上覆岩层垮落带及裂隙带区域；

依据“关键层理论”(覆岩中存在多层或多组坚硬岩层时，主关键层下部将产生较为显著的离层变形，并且主关键层的破断将引起地表较大幅度的沉降)及回采工作面综合柱状图，利用上覆厚硬岩层载荷的计算公式(1)，从上向下逐层计算各上覆岩层的载荷，进而确定关键层位置，建立起垮落带、裂隙带和弯曲下沉带；

式中，qm|n：第n层对第m层载荷，kn；em：第m层弹性模量，mpa；hm、hi：第m层及第i层厚度，m；γi：第i层岩石容重，kn/m³。

如果第n+1层载荷小于第n层载荷，即qm|n+1＜qm|n，则第n+1层为坚硬岩层，否则继续计算第n+2层对第n层的载荷。

(2)切割套管；

在回采影响前，在所述关键层底部位置处，应用聚能切割弹、机械割刀或水力割刀等成熟技术对煤层气预抽井套管进行分段环形切割。具体为在跨落带、裂隙带和弯曲下沉带的上方将预抽井套管进行环形切割。切割完成后预抽井套管因固井水泥环的胶结作用不会发生位移及错动等生产事故。在回采影响时，煤层上覆岩层垮落带及裂隙带区域内切割完成后的预抽井套管随岩层一起垮落或位移，不影响变形段上部套管的完整性，最终建立起“垮落带+裂隙带+未受变形破坏段预抽井套管”的井上下抽采通道。进而实现工作面采中、采后甚至老采空区煤层气抽采治理的目的。

区别于现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

1、配套投入少，易于实现。利用地面煤层气预抽井进行工作面采中、采后抽采，可以有效利用原有的场地、设施，不再需要征地、修建井场、道路以及配套供电线路。

2、实现了地面煤层气预抽井采前、采中、采后不间断煤层气治理，提高了煤层气治理的效果。在区域预抽基础上，在采掘影响阶段、采中、采后连续抽采，提高了煤层气抽采量。在采掘影响阶段及回采过程中，由于煤层泄压，煤层渗透性进一步提高，更加有利于煤层气抽采；在采后，可以有效缓解采空区丢煤及周围煤岩中煤层气涌出给煤矿生产带来安全隐患。

3、该设计能够针对性的选择煤层顶板岩层易垮落变形区域，对该区域煤层气井套管进行分段环形切割，回采影响时，煤层顶板垮落带及裂隙带区域内切割完成后的预抽井套管随岩层一起垮落或位移，不影响变形段上部套管的完整性，最终建立起“垮落带+裂隙带+未受变形破坏段预抽井套管”的井上下抽采通道。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的一种防止煤层气预抽井随回采破坏的方法的井身结构示意图。

图2为寺河矿各地层物理力学参数及关键层。

图中：1、关键岩层c12，2、关键岩层c10，3、关键岩层c8，4、3#煤层，5、预抽井套管，6、切割环。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

一种防止煤层气预抽井随回采破坏的方法，具体步骤如下：

(1)确定煤层上覆岩层垮落带及裂隙带区域；

依据“关键层理论”及回采工作面综合柱状图，利用上覆厚硬岩层载荷的计算公式，从上向下逐层计算各上覆岩层的载荷，进而确定关键层位置，建立起垮落带、裂隙带和弯曲下沉带。

(2)切割套管；

在回采影响前，在所述关键层底部位置处，应用聚能切割弹、机械割刀或水力割刀等成熟技术对煤层气预抽井套管5进行分段环形切割。在回采影响时，煤层上覆岩层垮落带及裂隙带区域内切割完成后的预抽井套管5随岩层一起垮落或位移，不影响变形段上部套管的完整性，最终建立起“垮落带+裂隙带+未受变形破坏段预抽井套管”的井上下抽采通道。

地面煤层气预抽井因采动报废的主要因素为在采动影响期间预抽井套管5过度变形引起抽采通道阻塞。煤层纵向上受采动影响由下至上依次分为垮落带、裂隙带、弯曲下沉带，弯曲下沉带一般为整体下沉，岩层间下沉量差值很小，层间相对移动量不大，对预抽井套管5一般不会造成较大拉伸、挤压、扭曲，预抽井套管5损害主要分为两个阶段：垮落带发育阶段和裂隙带发育阶段。

现以寺河煤业3号煤层为例，结合图1，对本发明作进一步详细说明。

(1)垮落带发育阶段。3号煤层老顶为厚度10～20m砂岩或泥质砂岩，质地坚硬，是3号煤层上覆岩层中第一层关键层。综采放顶开采时，老顶及其随动层形成的重力远远大于套管本身的抗拉抗挤压强度，随老顶垮落，预抽井套管5局部发生强烈的拉伸、挤压、扭曲变形，导致整个预抽井套管5在局部堵塞，致使地面煤层气预抽井报废。

(2)裂缝带(断裂带)发育阶段。处于裂缝带的预抽井套管5，引起变形的主要有垂向拉力和水平切力。裂缝带发育过程中，各关键层的下沉时期、下沉量不一致，致使预抽井套管5在关键层之间要受到一定的垂向拉力。在水平方向主要承受岩层间错动带来的剪切力，使预抽井套管5局部被挤压变形。

依据“关键层”理论及寺河矿某工作面综合柱状图，利用上覆厚硬岩层载荷的计算公式，从下向上逐层计算各上覆岩层的载荷，得到该工作面上覆岩层有三层坚硬岩层，即关键岩层c8、关键岩层c10、关键岩层c12，其中关键岩层c8控制1层软岩层，关键岩层c10控制1层软岩层。

利用岩层断裂步距计算公式计算关键岩层c8、关键岩层c10、关键岩层c12的破断距得到，关键岩层c10的破断距略小于关键岩层c8的破断距，关键岩层c12的破断距大于关键岩层c10和关键岩层c8的破断距，因此，关键岩层c12为主关键层，关键岩层c8、关键岩层c10为亚关键层，关键岩层c8下为垮落带，关键岩层c8与关键岩层c10之间为裂隙带，关键岩层c10与关键岩层c12之间为弯曲下沉带，关键层分布表见图2。

综合现场实测确定垮落带地层为c2至c7，即3#煤层4与关键岩层c8之间，高度约21.97m。

(2)在回采影响前，对所述关键层底部位置处，应用聚能切割弹、机械割刀或水力割刀等成熟技术对煤层气预抽井套管5进行分段环形切割；形成切割环。

(3)回采影响时，煤层顶板垮落带及裂隙带区域内切割完成后的预抽井套管5随岩层一起垮落或位移，不影响变形段上部预抽井套管5的完整性，最终建立起“垮落带+裂隙带+未受变形破坏段预抽井套管”的井上下抽采通道，进而实现工作面采中、采后甚至老采空区煤层气抽采治理的目的。

本发明能够针对性的选择煤层上覆岩层易垮落变形区域，对该区域煤层气井套管进行分段环形切割，回采影响时，煤层顶板垮落带及裂隙带区域内切割完成后的预抽井套管随岩层一起垮落或位移，不影响变形段上部套管的完整性，最终建立起“垮落带+裂隙带+未受变形破坏段预抽井套管”的井上下抽采通道。