基于TBM快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法与流程

本发明涉及煤矿井抽采瓦斯治理，具体涉及一种基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法。

背景技术：

1、在煤炭资源开采过程中，瓦斯灾害仍然是“煤矿的第一杀手”。若不能根治瓦斯灾害，瓦斯将在巷道掘进工作面、回采工作面、采空区大量积聚，随即若因管理不到位，会发生瓦斯爆炸、燃烧、窒息等事故，若瓦斯灾害治理不彻底，会发生煤与瓦斯突出、压出、倾出及瓦斯动力现象等事故，严重危害职工的生命与健康。

2、随着近几年对于煤层瓦斯治理技术的不断深入研究，相关领域学者提出了强化抽采的增透措施，该措施主要是针对坚硬煤层、中硬煤层及松软煤层常规、局部等高瓦斯区域强化抽采，增加煤层透气性，提高瓦斯抽采效果，从而降低煤层瓦斯含量，实现快速抽采，加上地面煤层气开发利用技术的进步，采取地面钻井预抽协同煤矿井下钻孔预抽，但地面钻井预抽存在钻孔排水周期长，瓦斯治理时间延长，井下钻孔覆盖范围小，抽采效果不理想的局面，且地面预抽成本较高，推广使用困难，抽采效果不太理想，特别是在山区，井场确定困难，从而使贵州片区，甚至西南三省瓦斯治理不彻底，严重威胁矿井生产与发展。现煤矿高压水力压裂技术主要在地面钻井使用广泛，在煤矿井下使用较少，井下施工短钻孔水力压裂技术存在钻探施工精度低、有效压裂长度短、裸眼封孔效果较差等问题，难以有效解决煤层瓦斯治理问题。

3、综合来看，经过长期研究与实践，煤矿瓦斯治理存在以下三个方面的问题：1)煤矿地面压裂工艺具有设备体型大，压裂成本高，放水周期长、山区不易动压等缺点，尤其是在云贵高原地区，地面高差变化较大，交通网络无法覆盖山区，加上岩溶地形地貌，地面钻孔成孔难，导致地面压裂技术推进受阻，不能有效解决煤层瓦斯治理的困局；2)井下压裂设备具有井巷空间有限，运输条件复杂等不足，多采用单泵压裂，其流量小，压裂范围有限，导致井下压裂推进受阻，不能有效解决煤层瓦斯治理的困局；3)云贵高原地区分布煤矿众多，瓦斯治理手段单一，立体瓦斯抽采思想还有待提高，瓦斯事故频发，严重威胁矿井长远发展及职工的生命安全。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，以解决现有技术中煤矿瓦斯治理存在的上述技术问题。

2、为解决上述问题，本发明提供的基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法采用如下技术方案：

3、基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，包括如下步骤：

4、s1：利用设定直径的tbm全断面硬岩掘进机快速掘进底板抽采巷，实现能够为瓦斯治理赢得时间和空间的设定月进度量；

5、s2：根据巷道地质情况编制高压水力压裂实施方案和瓦斯治理及抽采方案；

6、s3：进行有限边界的模拟与分析，制定压裂安全管控措施；

7、s4：根据压裂实施方案在底板抽采巷使用定向钻机施工设定孔径的穿层钻孔，孔深控制在设定深度内，并在孔内放置压裂管，同时采用三堵两注式进行钻孔封孔；

8、s5：根据钻孔成性、钻场位置布置承压不小于设定值的高压管线至压裂钻孔位置，并与封孔管路连接；

9、s6：采用地面设定功率设备进行压裂，同时采用孔内物探、窥探和微地震监测手段监测压裂区域；

10、s7：在地面压裂形成椭圆交汇的区域继续采用所述定向钻机施工所述设定孔径的穿层钻孔，孔深控制在指定深度内，并在孔内放置压裂管，同时采用三堵两注式进行钻孔封孔；

11、s8：采用指定功率设备进行压裂，同时采用孔内物探、窥探和微地震监测手段监测压裂区域，确定压裂影响范围及抽采半径；

12、s9：井地联合压裂完毕后实施保压并进行连管抽采，待抽采达标后进行抽采效果考察与评价。

13、进一步地，还包括步骤s10：布置煤层巷道进行煤巷掘进作业，同时在巷道内布置顺层钻孔，强化抽采煤层瓦斯。

14、进一步地，tbm全断面硬岩掘进机的设定直径为6.04m。

15、进一步地，所述设定月进度量为至少600m。

16、进一步地，所述定向钻机的型号为zdy6000ld(b)。

17、进一步地，所述设定孔径为159mm，孔深的设定深度为200m以内。

18、进一步地，所述设定值为70mpa。

19、进一步地，所述设定功率设备的型号为htb1500型大功率设备。

20、进一步地，所述孔深的指定深度为100m以内。

21、进一步地，所述指定功率设备的型号为byw80/450型大功率设备。

22、本发明所提供的基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法的有益效果是：

23、1)通过地面设置固定式压裂泵泵组，协同tbm快速掘进和定向钻进技术，自地面布置管线至压裂地点，实现大功率装备的压裂，扩大压裂范围至100m及以上，解决云贵地区地面井场选址困难，压裂工艺推进缓慢等技术难题，实现压裂区域最大化；

24、2)通过地面设置固定式压裂泵泵组，协同tbm快速掘进和定向钻进技术，自压裂泵组布置管线至压裂地点，实现大功率装备的压裂，扩大压裂范围至50m及以上，解决云贵地区井下压裂规模小，压裂泵组体积小的装备升级的难题，实现压裂区域相互补充；

25、3)tbm快速掘进可实现月进度600m及以上，一般瓦斯抽采技术难以紧跟掘进的进度，因此，急切需要采用压裂的方式增大钻孔抽采范围，为瓦斯治理赢得时间和空间，实现快速抽采和消突，使矿井长治久安，保障职工生命安全；

26、综上，本发明完成了对现有瓦斯治理方法的改良升级，有效解决了现有技术中存在的技术问题。

技术特征：

1.基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，其特征在于，还包括步骤s10：布置煤层巷道进行煤巷掘进作业，同时在巷道内布置顺层钻孔，强化抽采煤层瓦斯。

3.根据权利要求1或2所述的基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，其特征在于：tbm全断面硬岩掘进机的设定直径为6.04m。

4.根据权利要求3所述的基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，其特征在于：所述设定月进度量为至少600m。

5.根据权利要求1或2所述的基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，其特征在于：所述定向钻机的型号为zdy6000ld(b)。

6.根据权利要求5所述的基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，其特征在于：所述设定孔径为159mm，孔深的设定深度为200m以内。

7.根据权利要求1或2所述的基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，其特征在于：所述设定值为70mpa。

8.根据权利要求1或2所述的基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，其特征在于：所述设定功率设备的型号为htb1500型大功率设备。

9.根据权利要求1或2所述的基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，其特征在于：所述孔深的指定深度为100m以内。

10.根据权利要求1或2所述的基于tbm快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，其特征在于：所述指定功率设备的型号为byw80/450型大功率设备。

技术总结
本发明涉及煤矿井抽采瓦斯治理技术领域，具体涉及一种基于TBM快速掘进的井地联合压裂立体抽采瓦斯治理方法，该方法包括如下步骤S1：利用设定直径的TBM全断面硬岩掘进机快速掘进底板抽采巷，实现能够为瓦斯治理赢得时间和空间的设定月进度量；S2：根据巷道地质情况编制高压水力压裂实施方案和瓦斯治理及抽采方案；S3：进行有限边界的模拟与分析，制定压裂安全管控措施；S4：根据压裂实施方案在底板抽采巷使用定向钻机施工设定孔径的穿层钻孔，孔深控制在设定深度内，并在孔内放置压裂管，同时采用三堵两注式进行钻孔封孔；本发明完成了对现有瓦斯治理方法的改良升级，有效解决了现有技术中存在的技术问题。

技术研发人员：杨贵华,代恩虎,陈中跃,邱洪登,赵先发,韩华锋,魏云峰,何明机
受保护的技术使用者：贵州贵能投资股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8