本发明涉及矿井开采技术领域，尤其涉及一种煤层气抽采方法。
背景技术：
煤层气是公认的环保能源，开采煤层气的方法一般包括地面钻井抽采和井下瓦斯抽放两种。
现有技术中，地面钻井开采煤层气是从地面钻井进入未开采煤层，通过排水降压解吸出煤层中的煤层气，再通过井筒流动到地面；井下抽放煤层气是从煤矿井下采掘巷道中打钻孔，在地面通过煤层气泵来抽取煤层中的煤层气。上述两种煤层气的开采方式存在以下不足：第一，均需要在地面上设置有大型的抽采设备，不仅占用了地面的空间，而且增加了煤层气的抽采成本；第二，煤层气在抽采时仅能抽采钻孔附近的煤层气，抽采效率低，资源浪费。
因此，有必要解决上述技术问题。
技术实现要素：
本发明提供一种煤层气抽采方法，以解决现有技术中存在的问题，缩减占用的地面空间，增加煤层气的抽采成本，提高抽采的效率，避免资源浪费。
本发明提供的煤层气抽采方法，包括以下步骤：在地面钻设竖直井,使所述竖直井延伸至煤层；通过钻孔设备在开采煤炭的巷道内钻设第一水平井，并使所述第一水平井连通所述巷道与所述竖直井，且使所述第一水平井位于煤层中；将第一水平井位于所述巷道的开口与位于所述巷道内的负压管路相连通，封堵所述竖直井内位于所述煤层以上的部分，通过所述负压管路的抽吸作用，将所述竖直井以及所述第一水平井中的煤层气抽采出。
可选地，所述钻孔设备包括用于钻设所述第一水平井的钻头、钻机和与所述钻机驱动连接的钻杆，所述钻头安装在所述钻杆上背向所述定位钻机的一端。
可选地，所述钻杆上安装有钻头的一端还设置有用于发出磁信号的磁性元件、以及设置在所述竖直井内用于接收所述磁信号的磁导向探管，所述磁性元件在所述磁导向探管的导向作用下为所述钻头钻设所述第一水平井导向。
可选地，所述煤层气抽采方法还包括在钻设完成所述第一水平井后，通过所述钻孔设备依次钻设第二水平井和第三水平井，所述第二水平井和所述第三水平井均连通在所述巷道与所述竖直井之间。
可选地，所述第一水平井与所述地面之间的竖直距离为l1,所述第二水平井与所述地面之间的竖直距离为l2，所述第三水平井与所述地面之间的竖直距离为l3，所述l3≥l2≥l1。
可选地，所述第一水平井、所述第二水平井、以及所述第三水平井沿所述竖直井的周向排列设置，所述第一水平井与所述第二水平井在周向上的夹角为60°，所述第二水平井与所述第三水平井在周向上的夹角为60°，所述第三水平井与所述第一水平井在周向上的夹角为60°。
可选地，所述煤层气抽采方法还包括在钻设完成所述第一水平井后，在所述第一水平井上钻设多个第一分支井；在钻设完成所述第二水平井后，在所述第二水平井上钻设多个第二分支井；在钻设完成所述第三水平井后，在所述第三水平井上钻设多个第三分支井。
可选地，多个所述第一分支井分为两组，两组所述第一分支井分别位于所述第一水平井的两侧，任意一组中的多个所述第一分支井均沿所述第一水平井的长度方向排列设置，且均朝靠近所述竖直井的方向延伸。
可选地，所述煤层气抽采方法还包括抽采煤层水，所述煤层水位于所述竖直井的底部，在所述竖直井内设置有采液管，所述采液管延伸进所述煤层水中的管壁开设有进水孔，所述煤层水通过所述进水孔进入所述采液管内。
可选地，所述煤层气抽采方法还包括对所述采液管内的煤层水进行二次气液分离，所述采液管还连接有气液分离件，经所述气液分离件分离出的煤层气排入所述竖直井与所述采液管之间，经所述气液分离件分离出的煤层水经所述采液管抽采出。
本发明提供的煤层气抽采方法，通过将竖直井与巷道中的负压管道相连通，可使竖直井中的煤层气经过负压管道抽出，无需在地面设置大型的抽采设备，减小了占用的地面空间，优化了资源的配置，降低了煤层气的抽采成本，保护了生态环境，其中第一水平井开设在煤层中，煤层中的煤层气也可逸至第一水平井中，并经第一水平井被抽吸至负压管道中，结合开设的第二水平井、第三水平井以及设置的采液管，有利于煤层气的解析，实现了煤矿井下排水，达到了煤层瓦斯高效抽采的目的。
附图说明
下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，以助于理解本发明的目的和优点，其中:
图1为本发明可选实施例提供的煤层气抽采方法的流程图。
图2为发明可选实施例提供的通过钻孔设备在巷道与竖直井之间钻孔的示意图。
图3为本发明可选实施例提供的竖直井及周边井的平面图。
图4为本发明可选实施例提供的在竖直井内设置采液管的结构示意图。
附图标记说明：
1-竖直井，11-煤层；
2-第一水平井，21-第二水平井，22-第三水平井；23-第一分支井，24-第二分支井，25-第三分支井；
3-钻头，31-钻机，32-钻杆；
4-磁性元件，41-磁导向探管；
5-采液管，51-进水孔，52-气液分离件，53-煤层水。
具体实施方式
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
如图1至图4所示，本发明提供的煤层气抽采方法，包括以下步骤：s1：在地面钻设竖直井1,使所述竖直井1延伸至煤层11；s2：通过钻孔设备在开采煤炭的巷道内钻设第一水平井2，并使所述第一水平井2连通所述巷道与所述竖直井1，且使所述第一水平井2位于煤层11中；s3：将第一水平井2位于所述巷道的开口与位于所述巷道内的负压管路相连通，封堵所述竖直井1内位于所述煤层11以上的部分，通过所述负压管路的抽吸作用，将所述竖直井1以及所述第一水平井2中的煤层气抽采出。其中负压管路可以是位于巷道内原用于抽吸粉尘的管道，负压管道的末端连接有负压抽吸装置如负压抽吸机，以使负压管道保持负压状态，达到稳定抽吸煤层气的效果。
本发明提供的煤层气抽采方法，通过将竖直井1与巷道中的负压管道相连通，可使竖直井1中的煤层气经过负压管道抽出，无需在地面设置大型的抽采设备，减小了占用的地面空间，降低了煤层气的抽采成本，其中第一水平井2开设在煤层11中，煤层11中的煤层气也可逸至第一水平井2中，并经第一水平井2被抽吸至负压管道中。
可选地，所述钻孔设备包括用于钻设所述第一水平井2的钻头3、钻机31和与所述钻机31驱动连接的钻杆32，所述钻头3安装在所述钻杆32上背向所述钻机31的一端。在钻设第一水平井2时，钻机31的输出轴可以与钻杆32固定连接，以带动钻杆32同步旋转，驱动钻头3钻设第一水平井2。
可选地，所述钻杆32上安装有钻头3的一端还设置有用于发出磁信号的磁性元件4、以及设置在所述竖直井1内用于接收所述磁信号的磁导向探管41，所述磁性元件4在所述磁导向探管41的导向作用下为所述钻头3钻设所述第一水平井2导向。磁性元件4可以是强磁短节，在第一水平井2中产生一个可测量的磁信号，并通过磁导向探管41探测磁信号，进而对钻头3进行定位，并根据定位实时调整钻头3的位置，以使钻头3朝预定的方向钻进，通过磁性元件4与磁导向探管41的配合，引导钻头3向前钻进，实现竖直井1和第一水平井2之间的连通。
可选地，所述煤层气抽采方法还包括在钻设完成所述第一水平井2后，通过所述钻孔设备依次钻设第二水平井21和第三水平井22，所述第二水平井21和所述第三水平井22均连通在所述巷道与所述竖直井1之间。新增的第二水平井21、以及第三水平井22可以有效地增加煤层气的开采效率，提升煤层气的开采效果。
较佳地，所述第一水平井2与所述地面之间的竖直距离为l1,所述第二水平井21与所述地面之间的竖直距离为l2，所述第三水平井22与所述地面之间的竖直距离为l3，所述l3≥l2≥l1，以使第一水平井2位于第二水平井21的上方，第二水平井21位于第三水平井22的上方。本实施例可在多个煤层11中在竖直方向和水平方向上形成立体的抽采连通网络，进一步地提高煤层气的解析和抽采效率。结合第一水平井2早于第二水平井21、第二水平井21早于第三水平井22的钻孔顺序，本实施例可使竖直井1与第一水平井2、第二水平井21、以及第三水平井22按照自上而下的顺序连通，避免了在连通时先开设的上部水平井中的煤屑进入下部水平井中造成下部水平井堵塞。
可选地，所述第一水平井2、所述第二水平井21、以及所述第三水平井22沿所述竖直井1的周向排列设置，所述第一水平井2与所述第二水平井21在周向上的夹角为60°，所述第二水平井21与所述第三水平井22在周向上的夹角为60°，所述第三水平井22与所述第一水平井2在周向上的夹角为60°。本实施例有利于在竖直井1的周向有效地释放煤层气，以提高煤层气整体的抽采效率。
可选地，所述煤层气抽采方法还包括在钻设完成所述第一水平井2后，在所述第一水平井2上钻设多个第一分支井23；在钻设完成所述第二水平井21后，在所述第二水平井21上钻设多个第二分支井24；在钻设完成所述第三水平井22后，在所述第三水平井22上钻设多个第三分支井25。本实施例可形成一个竖直井1和多个水平井主支(第一水平井2、第二水平井21、以及第三水平井22)及多个水平井分支(位于第一水平井2上的多个第一分支井23、位于第二水平井21上的多个第二分支井24、位于第三水平井22上的多个第三分支井25)的根式结构对接井组，有利于位于多个煤层11中的煤层气的解析和流动，进一步地提高了煤层气的抽采效率。
可选地，多个所述第一分支井23分为两组，两组所述第一分支井23分别位于所述第一水平井2的两侧，任意一组中的多个所述第一分支井23均沿所述第一水平井2的长度方向排列设置，且均朝靠近所述竖直井1的方向延伸。本实施例有利于扩大第一分支井23两侧的抽采范围，有利于煤层气解析。
需要说明的是，在钻设竖直井1时，需要在竖直井1的底部留有较大的空间，便于承接第一水平井2、第二水平井21、以及第三水平井22与竖直井1连通时掉落的煤屑，防止煤屑堵塞第一水平井2、第二水平井21、第三水平井22与竖直井1之间的开口。
可选地，所述煤层气抽采方法还包括抽采煤层水53，所述煤层水53位于所述竖直井1的底部，在所述竖直井1内设置有采液管5，所述采液管5延伸进所述煤层水53中的管壁开设有进水孔51，所述煤层水53通过所述进水孔51进入所述采液管5内。第一水平井2、第二水平井21、第三水平井22中产生的煤层水53和煤层气的混合液体会在重力作用下流入竖直井1与采液管5形成的环空后，煤层气和煤层水53因密度不同，在重力作用下会实现初次的气液分离，气体沿环空而上，液体则通过进水孔51进入采液管5中实现气液的初次分离并及时地将析出的煤层水53排出，避免了煤层水53聚集在竖直井1中，影响煤层气的抽采。
可选地，所述煤层气抽采方法还包括对所述采液管5内的煤层水53进行二次气液分离，所述采液管5内还设置有气液分离件52，经所述气液分离件52分离出的煤层气排入所述竖直井1与所述采液管5之间，经所述气液分离件52分离出的煤层水53经所述采液管5抽采出。其中气液分离器可以是折流式气液分离器或者离心式气液分离器。当气液分离器是折流式气液分离器时，在气液分离器的内部设置有多个折流板，由于煤层气与煤层水53的密度不同，煤层水53与煤层气混合后一起流动时，如果遇到折流板的阻挡，煤层气会折流而走继续向上排出采液管5进入采液管5与竖直井1之间，而煤层水53由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的煤层水53由于重力的作用向下汇集到一起而与煤层气分离，通过采液管5排出。当气液分离器是离心式气液分离器时，煤层气和煤层水53因为密度不同，煤层水53与煤层气混合一起流动时，煤层水53受到的离心力大于煤层气，煤层水53有向采液管5的内壁移动的倾向，煤层水53附着在壁面上受重力的作用向下汇集到一起，排放至采液管5内，煤层气则被排放至采液管5与竖直井1之间。
本发明提供的煤层气抽采方法，通过将竖直井1与巷道中的负压管道相连通，可使竖直井1中的煤层气经过负压管道抽出，无需在地面设置大型的抽采设备，减小了占用的地面空间，优化了资源的配置，降低了煤层气的抽采成本，保护了生态环境，其中第一水平井2开设在煤层11中，煤层11中的煤层气也可逸至第一水平井2中，并经第一水平井2被抽吸至负压管道中，结合开设的第二水平井21、第三水平井22以及设置的采液管5，有利于煤层气的解析，实现了煤矿井下排水，达到了煤层11瓦斯高效抽采的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
1.一种煤层气抽采方法，其特征在于，包括以下步骤：
在地面钻设竖直井,使所述竖直井延伸至煤层；
通过钻孔设备在开采煤炭的巷道内钻设第一水平井，并使所述第一水平井连通所述巷道与所述竖直井，且使所述第一水平井位于煤层中；
将第一水平井位于所述巷道的开口与位于所述巷道内的负压管路相连通，封堵所述竖直井内位于所述煤层以上的部分，通过所述负压管路的抽吸作用，将所述竖直井以及所述第一水平井中的煤层气抽采出。
2.根据权利要求1所述的煤层气抽采方法，其特征在于，所述钻孔设备包括用于钻设所述第一水平井的钻头、钻机和与所述钻机驱动连接的钻杆，所述钻头安装在所述钻杆上背向所述定位钻机的一端。
3.根据权利要求2所述的煤层气抽采方法，其特征在于，所述钻杆上安装有钻头的一端还设置有用于发出磁信号的磁性元件、以及设置在所述竖直井内用于接收所述磁信号的磁导向探管，所述磁性元件在所述磁导向探管的导向作用下为所述钻头钻设所述第一水平井导向。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的煤层气抽采方法，其特征在于，所述煤层气抽采方法还包括在钻设完成所述第一水平井后，通过所述钻孔设备依次钻设第二水平井和第三水平井，所述第二水平井和所述第三水平井均连通在所述巷道与所述竖直井之间。
5.根据权利要求4所述的煤层气抽采方法，其特征在于，所述第一水平井与所述地面之间的竖直距离为l1,所述第二水平井与所述地面之间的竖直距离为l2，所述第三水平井与所述地面之间的竖直距离为l3，所述l3≥l2≥l1。
6.根据权利要求5所述的煤层气抽采方法，其特征在于，所述第一水平井、所述第二水平井、以及所述第三水平井沿所述竖直井的周向排列设置，所述第一水平井与所述第二水平井在周向上的夹角为60°，所述第二水平井与所述第三水平井在周向上的夹角为60°，所述第三水平井与所述第一水平井在周向上的夹角为60°。
7.根据权利要求6所述的煤层气抽采方法，其特征在于，所述煤层气抽采方法还包括在钻设完成所述第一水平井后，在所述第一水平井上钻设多个第一分支井；在钻设完成所述第二水平井后，在所述第二水平井上钻设多个第二分支井；在钻设完成所述第三水平井后，在所述第三水平井上钻设多个第三分支井。
8.根据权利要求7所述的煤层气抽采方法，其特征在于，多个所述第一分支井分为两组，两组所述第一分支井分别位于所述第一水平井的两侧，任意一组中的多个所述第一分支井均沿所述第一水平井的长度方向排列设置，且均朝靠近所述竖直井的方向延伸。
9.根据权利要求5-8任意一项所述的煤层气抽采方法，其特征在于，所述煤层气抽采方法还包括抽采煤层水，所述煤层水位于所述竖直井的底部，在所述竖直井内设置有采液管，所述采液管延伸进所述煤层水中的管壁开设有进水孔，所述煤层水通过所述进水孔进入所述采液管内。
10.根据权利要求9所述的煤层气抽采方法，其特征在于，所述煤层气抽采方法还包括对所述采液管内的煤层水进行二次气液分离，所述采液管还连接有气液分离件，经所述气液分离件分离出的煤层气排入所述竖直井与所述采液管之间，经所述气液分离件分离出的煤层水经所述采液管抽采出。
技术总结