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专利号: 2022113667681
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种地下煤炭与瓦斯耦合流态化开采方法,其特征在于,具体包括以下步骤;

步骤一:煤层顶板水平钻井;

根据煤层(3)地质探测情况与顶板(1)力学性能,同时结合顶板(1)周围地应力分布规律,确定地面钻井位置与顶板(1)内水平井轨迹,然后利用地面钻机在顶板(1)内钻出若干平行分布的顶板水平井(2);

步骤二:煤层多级次钻孔;

根据煤层(3)厚度,按照从下到上的次序,将煤层(3)分成若干层段,然后在回风巷或运输巷内也按照从下到上的顺序在每个层段内钻出若干个水平孔眼(4),即在煤层(3)内进行多级次钻孔;

步骤三:构建煤层钻孔网络;

在步骤二的基础上,继续进行二次径向钻孔作业,具体方式如下:采用水力喷射侧钻的方式,按照从下到上的方式,依次在每个层段内的水平孔眼(4)内向上钻出多条竖直径向孔眼(5),并利用竖直径向孔眼(5)连通上下两层相邻的水平孔眼(4),在煤层(3)内形成由水平孔眼(4)‑竖直径向孔眼(5)组成的的钻孔网络;

步骤四:连通顶板水平井与煤层水平孔眼;

在步骤二中最上层的水平孔眼(4)内继续实施水力喷射侧钻作业,钻出多条顶板‑煤层连通孔(6),利用该顶板‑煤层连通孔(6)将最上层的水平孔眼(4)与顶板水平井(2)竖直连通,构造出地面‑地下、顶板(1)‑煤层(3)相连通的复杂立体井网;同时,确保该顶板‑煤层连通孔(6)的一部分位于顶板(1)内,另一部分位于煤层(3)内;

步骤五:煤炭与瓦斯耦合流态化开采;

S51:选择最下侧层段进行煤炭与瓦斯耦合流态化开采作业:

S511:在回风巷/运输巷内,按照从下到上的顺序开始向煤层(3)内注入富氧空气或富氧水蒸气(7),并在水平孔眼(4)内进行点火,使富氧空气或富氧水蒸气(7)内的氧气与煤炭在水平孔眼(4)周围燃烧,并生成高温二氧化碳气体与水蒸气(8),同时,利用竖直径向孔眼(5)的导流作用使燃烧过程中产生的高温二氧化碳与水蒸气(8)向上运移,进入到煤层(3)上一层段的水平孔眼(4)内,并与其中的煤炭在高温条件下发生化学反应,产生至少包含一氧化碳、氢气和甲烷气体的混合气体(9),该过程中,通过在水平孔眼(4)周围的煤炭与氧气燃烧所产生的热量对上部煤层(3)进行加热,使煤层(3)温度提高,利用升高的温度降低煤层(3)对甲烷的吸附能力,促使大量吸附状态甲烷解吸成游离态甲烷;

S512:使解吸形成的游离态甲烷气体、煤炭气化产生的混合气体沿着水平孔眼(4)、竖直径向孔眼(5)、顶板‑煤层连通孔(6)以及顶板水平井(2)开采到地面,然后依次进行分离和储存处理;

S52:在当前层段内的水平孔眼(4)周围煤炭气化到一定程度后,继续逐层向上一层段内的水平孔眼(4)注入富氧空气或富氧水蒸气(7),并继续依照S51中的方式进行煤炭与瓦斯耦合流态化开采,直至所有层段全部完成煤炭与瓦斯耦合流态化开采作业;

步骤六:破碎煤炭与煤渣分选;

在回风巷或运输巷内对采空区(10)内的破碎煤炭进行分选,将未燃烧的煤炭重新开采到地面;

步骤七:采空区充填;

从地面井口处向顶板水平井(2)泵注充填浆液(11),利用顶板‑煤层连通孔(6)的导流作用,将进入顶板水平井(2)中的充填浆液(11)不断导流到采空区(10)内,直至达到所要求填充高度,完成采空区(10)的充填作业。

2.根据权利要求1所述的一种地下煤炭与瓦斯耦合流态化开采方法,其特征在于,在步骤一中,确保相邻两条顶板水平井(2)的间距相等。

3.根据权利要求2所述的一种地下煤炭与瓦斯耦合流态化开采方法,其特征在于,在步骤二中,所有水平孔眼(4)采用水平钻进的方式,并且同一层段内相邻水平孔眼(4)之间距离相等。

4.根据权利要求3所述的一种地下煤炭与瓦斯耦合流态化开采方法,其特征在于,在步骤二中,煤层(3)的厚度不小于2m,且煤层(3)的埋深范围在300~1500 m。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种地下煤炭与瓦斯耦合流态化开采方法,其特征在于,在步骤七中,所述充填浆液(11)由粉碎的建筑垃圾与水混合制成,或者由煤灰与水混合制成。

6.根据权利要求5所述的一种地下煤炭与瓦斯耦合流态化开采方法,其特征在于,在步骤七中,充填浆液(11)的最终填充高度不超过最上层水平孔眼(4)的高度。