采动区瓦斯地面井井身结构设计及安全防护研究

利用地面井抽采采动区采煤工作面瓦斯,可较好解决高瓦斯或突出矿井工作面瓦斯超限问题。文章分析了采动影响下瓦斯地面井抽采技术原理和技术难点,提出3种采动区瓦斯地面井井身结构,分别为：全井固井、悬挂完井|局部固井、悬挂完井|两级固井、悬挂完井。分析了3种地面井井身结构的优势及适用条件。研发了针对不同使用条件的3种采动区地面井防护装置,包括：剪切防护装置、伸缩防护装置、厚壁刚性综合防护装置。在晋煤集团寺河矿进行了工程应用,取得了很好地抽采瓦斯效果,在采煤工作面推过地面井200m范围内,瓦斯抽采纯量约1.2万m3/d,瓦斯浓度85%左右。采煤工作面推过地面井200m后,地面井抽采瓦斯量约为0.36万m3/d,抽采瓦斯浓度约为32.5%。在采煤工作面距井位60m,地面井开始抽采工作面平均瓦斯浓度降至0.41%以下,平均降至0.27%,工作面瓦斯浓度平均降低26.5%。     

煤矿采动影响区瓦斯地面井抽采试验研究

针对寺河煤矿煤层瓦斯含量高、吸附能力强、瓦斯抽采利用技术相对薄弱等问题,提出工作面采动影响区瓦斯地面井抽采技术方案,并在寺河煤矿W2301工作面进行试验。地面井抽采期间,70 d内累计抽采瓦斯约33.7万m3,平均抽采能力4 m3/min,气体浓度约40%,工作面瓦斯浓度平均降低26.5%,工作面平均排风量降低至16.4 m3/min以下,工作面瓦斯浓度未出现超限情况。     

晋城矿区采动区煤层气地面井抽采技术试验

在晋城市成庄矿区4308工作面进行了采动区煤层气地面井抽采试验,针对试验点地质特点,设计出试验井井身结构,分析了钻井在工作面推过前后的抽采数据,并先后4次对套管变形情况进行了考察。试验发现,地面井抽采纯流量最高达8 m3/min,但是如何保证套管的稳定性是需要解决的关键问题。     

煤矿采动区地面L型顶板水平定向井抽采技术及试验

为解决井下采掘衔接紧张及上隅角瓦斯超限的问题,结合井下高位钻孔抽采与采动区地面直井抽采技术的特点,提出采动区地面L型井抽采技术。在深入分析采动区地面L型井与传统L型定向井区别的基础上,指出该技术的关键点包括井型结构设计和井位层位选择技术、井身层位导向钻进和疏通技术、地面安全抽采控制技术。在山西晋煤集团寺河煤矿3313工作面开展了采动区地面L型井抽采技术试验,结果表明:地面L型井抽采瓦斯浓度平均80%,平均抽采瓦斯纯流量2.2万m~3/d,上隅角瓦斯浓度平均降幅46.5%,为工作面瓦斯涌出治理起到关键作用,验证了该技术在煤层气开发及瓦斯涌出治理领域的巨大潜力,为我国煤矿区采煤采气一体化开发提供了新的技术途径。     

煤矿采动区地面L型顶板水平定向井抽采技术及试验北大核心

为解决井下采掘衔接紧张及上隅角瓦斯超限的问题,结合井下高位钻孔抽采与采动区地面直井抽采技术的特点,提出采动区地面L型井抽采技术。在深入分析采动区地面L型井与传统L型定向井区别的基础上,指出该技术的关键点包括井型结构设计和井位层位选择技术、井身层位导向钻进和疏通技术、地面安全抽采控制技术。在山西晋煤集团寺河煤矿3313工作面开展了采动区地面L型井抽采技术试验,结果表明:地面L型井抽采瓦斯浓度平均80%,平均抽采瓦斯纯流量2.2万m^3/d,上隅角瓦斯浓度平均降幅46.5%,为工作面瓦斯涌出治理起到关键作用,验证了该技术在煤层气开发及瓦斯涌出治理领域的巨大潜力,为我国煤矿区采煤采气一体化开发提供了新的技术途径。     

寺河矿区地面采动区L型煤层气井抽采技术研究

根据采动覆岩移动破坏规律,应用物理模拟、数值模拟、理论分析等方法,研究确定了煤矿采动区地面L型井井位、层位和最优井身结构等参数,并对定向技术、完井工艺、安全抽采技术进行了研究,形成完善的煤矿采动区地面L型井抽采技术,实现了采动区瓦斯连续抽采,为解决上隅角和回风巷瓦斯超限问题提供了技术支撑。创立了煤矿采动区地面L型井抽采回采工作面瓦斯的全新抽采模式。抽采周期涵盖工作面回采全过程,取得了良好的抽采效果。实现了回采工作面采动区地面L型井抽采技术在一定程度上替代高抽巷,缩短了采掘接替周期,降低了成本,可解决上隅角和回风巷瓦斯超限,保障了煤矿的安全生产。优化了CH4、O2、CO、负压等主要抽采参数,形成了监测监控安全抽采技术。煤矿采动区地面L型井在晋煤集团寺河矿投运后,连续抽采6个月,纯量最高达35 m3/min,平均22 m3/min,抽采纯量达3万m3/d,浓度最高达96%,平均78%,累计抽采纯量约350万m3,取得了显著的安全和经济效益。     

采动区瓦斯地面井破断防护研究及应用

为攻克采动区瓦斯地面井抽采中井筒易破断的技术难题,采用"避"、"让"、"防"、"疏"的技术理念优化完善了采动区地面井瓦斯抽采技术。用"避"的理念,得到了采动区地面井井位布置规律;用"让"的理念,完善了局部固井技术,提出了局部固井方法,"让"出了水平移动量;用"防"的理念,开发了局部防护装置,偏转结构、伸缩结构及厚壁刚性结构;用"疏"的理念,研发了悬挂完井技术,解决了三开筛管段泥沙堵孔难题。在晋煤岳城矿进行了工程应用,YCCD-02井连续抽采35个月,累计抽采瓦斯量约1 300万m~3。地面井抽采后,工作面回风巷瓦斯体积分数下降了58.75%,上隅角瓦斯体积分数下降了56%。该技术保障了煤矿回采的安全,具有推广价值。     

采动区地面井煤层气产能影响数值模拟研究

在建立了采动区瓦斯流动模型方程的基础上,以新疆1930煤矿24312工作面为工程背景,在煤层采动期间对抽采井不同井位、钻井直径、钻井深度的瓦斯抽采效果进行了模拟。计算结果表明：不同工况条件下的抽采井内流速、浓度明显不同,以360 d为抽采期限,当地面井距离回风巷侧壁30 m左右、终孔位于煤层中部、钻井直径210 mm的工况,在该条件下取得了最大的瓦斯抽采量。并以此数值模拟结果来指导运用24312工作面地面井施工,地面井经过180 d运行,回风巷瓦斯降至先前浓度的60%,上隅角瓦斯浓度降至52%。两侧瓦斯浓度下降明显,消除了工作面瓦斯超限的威胁。该模拟结果可为类似采动区地面井的布置提供参考。     

采动区瓦斯地面井抽采技术在含水地层矿区的应用

山西端氏煤矿在应用采动区地面井抽采煤层气技术时发现钻越地层涌水量较大,地面井受采动影响后地层水从井壁破损处涌入套管内堵塞抽采通道,导致产气效果欠佳。针对这一问题,通过分析井身破坏模式,确定含水地层位置,进一步优化钻固井工艺及井身结构,改进后地面井抽采效果提升显著:有效运行时间从30 d增加到180 d,抽采瓦斯纯量由15.95万m3增加到172.25万m3,地面井运行后工作面回风巷瓦斯浓度降幅为29.60%,工作面上隅角瓦斯浓度降幅为46.27%,井下工作面涌水量没有增加。现场试验结果表明,采动区地面井抽采技术经过优化改进后可以在含水层赋存矿区成功应用。     

地面井分区式瓦斯抽采技术体系及工程实践

为有效减少煤层瓦斯含量，实现瓦斯资源的高效利用并降低井下瓦斯治理难度，结合首山一矿现场地质特征，构建了地面井分区式瓦斯抽采技术，旨在实现矿区瓦斯治理体系化。基于采矿活动的时空分布特征，将井田划分为未采区、采动区和采空区，分区建立不同地面井进行瓦斯抽采，实现瓦斯治理向瓦斯利用并重转变。体系化瓦斯治理技术包括地面井井位科学布置、井身结构及施工设计、未采区储层压裂增透和排采与集输工程4部分。综合考虑空间层位、煤层特征、地面位置、煤层回采和瓦斯赋存条件进行地面井井位选取。在采动区，基于煤层回采后垮落带和裂隙带高度，设计采动区直井和L型井井底层位分别位于裂隙带中上部，借助本煤层回采的卸压效果，实现区域内多煤层瓦斯高效抽采。设计了未采区L型井井身、采动区直井井身、采动区L型井井身和采空区直井井身。对未采区煤层进行水力压裂实现煤层增透，选用定向射孔+泵送桥塞式光套管压裂的复合压裂工艺进行煤层压裂，采用深穿透加强弹进行射孔作业，支撑剂采用0.841/0.42 mm石英砂。在首山一矿进行地面井分区式瓦斯抽采技术工程实践，统计了矿区内不同类型地面井瓦斯抽采情况，结果显示：采动区地面井单井瓦斯日产量最高可超...     

综采工作面初采期局部高抽巷瓦斯治理效果分析

以开元煤矿9801综放工作面为研究对象,针对综放工作面初采期瓦斯频繁超限的问题,结合工作面上覆煤岩层覆存状态及采动破断规律,提出了9801综放工作面初采期局部高抽巷布置方案：局部高抽巷分为初采倾向高抽巷段、走向高抽巷段和辅助倾斜高抽巷段3段,顺序联结成抽采系统;初采倾向高抽巷段布置在6号煤层中,至开切眼水平距离为15 m;走向高抽巷段布置在3号煤层中,至工作面的垂直距离为43 m,与回风巷的距离为4 m。现场实际应用表明：回风瓦斯体积分数控制在0.6%左右,尾巷瓦斯体积分数控制在1.4%左右,较好地解决了9801综放工作面初采期瓦斯超限断电问题。     

综放工作面瓦斯综合治理技术

为了解决汪家寨煤矿P41102综放工作面回采过程瓦斯超限频繁等问题,通过在本煤层施工顺层钻孔进行瓦斯预抽,有效地降低了工作面回采过程中的瓦斯涌出量。同时,在采空区30 m范围埋设直径250 mm瓦斯抽放管对采空区瓦斯进行抽采,减少回风流的瓦斯浓度,在煤层顶板15m左右布置高位钻孔抽采上邻近卸压层瓦斯,效果明显,瓦斯抽采量达到27.05 m^3/min,瓦斯抽采率达到69.5%,工作面平均月进尺提高30 m以上,生产能力平均提高86 851.6 t/月,杜绝了瓦斯超限,保证了工作面的安全高效生产。     

采动区瓦斯地面井抽采影响范围及流量变化规律研究

为解决煤矿采动区地面井布置间距目前大多依靠工程经验获得而缺乏科学理论根据的问题,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立了计算采动区地面井抽采瓦斯纯流量和瓦斯压力分布的三维数值模型。以岳城煤矿相关物性参数计算出符合实际情况的煤岩渗透率、孔隙率及瓦斯质量源项,以此为基础进行数值模拟。模拟分析结果表明,在数值模拟中地面井瓦斯抽采影响半径为65 m,地面井抽采瓦斯纯流量变化规律呈“单峰拖长尾”形态特点。若要实现采动区瓦斯抽采全覆盖,则在实际工程应用中地面井的间距应取130 m以上。研究结果对优化采动区地面井布置具有指导意义。     

高瓦斯突出矿井卸压开采瓦斯综合治理实践

朱集东煤矿为“三高一深”（高地压、高瓦斯强突出、高地温、千米埋深）矿井,采掘工作面煤与瓦斯突出危险性极大,开采此类煤层最经济有效的办法是开采保护层。为抽采保护层11-2煤层开采过程中本煤层及邻近层大量卸压瓦斯,采用分源法计算瓦斯涌出量,结合工程类比取大值。根据瓦斯涌出量预测结果,选用Y型通风方式,辅以顺层钻孔、地面钻井、顶板巷大直径筛管平钻孔、留巷埋管及穿层钻孔等抽采方式,使工作面回采期间瓦斯抽采率达到84.8%,实现了深井高瓦斯工作面煤与瓦斯安全高效共采。     

涪陵页岩气田水平井组优快钻井技术

涪陵页岩气田是我国第一个投入商业化开发的国家级页岩气示范区,与北美相比,涪陵地区地表条件、地质条件和页岩气储层特征更加复杂、储层埋藏更深,开发初期钻井机械钻速低、钻井周期长、成本高。为此开展了涪陵页岩气田水平井组优快钻井技术研究,形成了集水平井组钻井工程优化设计、水平井优快钻井技术、国产低成本油基钻井液、满足大型压裂要求的长水平段水平井固井技术、山地特点"井工厂"钻井技术以及绿色环保钻井技术为核心的页岩气水平井组优快钻井技术体系。在涪陵页岩气田推广应用了290口井,完井256口,平均单井机械钻速提高了182%,平均单井钻井周期缩短了55%,平均单井钻井成本降低了34%。为涪陵页岩气田年50亿m~3一期产能建设的顺利完成提供了强有力的技术支撑,对我国页岩气规模开发提供了重要的借鉴和引领作用。     

黄岩汇煤矿综合瓦斯抽采技术研究与实践

针对黄岩汇煤矿15102工作面瓦斯涌出量大,上隅角有瓦斯超限的倾向且部分区域有突出危险性的问题,在15102工作面采用本煤层顺层钻孔抽瓦斯,高抽巷抽瓦斯,顶板走向钻孔及采空区埋管抽采瓦斯综合治理措施。在该煤层预抽瓦斯后本煤层瓦斯含量降至2.05~7.01m3/t,全区域平均4.27m3/t,基本消除15102工作面具有突出危险性的问题;高抽巷抽采浓度平均在40%,抽采纯量25m3/min。在邻近层钻孔与采空区埋管抽采瓦斯措施实施后,上隅角瓦斯浓度在0.64%以下,较好防止上隅角瓦斯超限问题。     

本煤层顺层钻孔瓦斯抽放及消突效果考察

为了消除采煤工作面煤与瓦斯突出危险,在鹤壁煤电股份有限公司十矿1307工作面采用了本煤层顺层钻孔进行抽放,并根据《防治煤与瓦斯突出规定》和《煤矿安全规程》采用残余瓦斯压力法、残存瓦斯含量法和统计煤层瓦斯预抽率对工作面瓦斯抽放进行消突效果考察,对工作面安全生产起到一定的指导意义。     

淮南高突煤层边掘边抽合理抽放参数研究

在谢一矿高突煤层B11煤层边掘边抽防突措施试验基础上，分析了采动应力集中、瓦斯及煤体结构对煤巷掘进中煤与瓦斯突出的影响，试验研究了钻孔抽放瓦斯后对工作面前方煤体应力集中带前移和煤体瓦斯排放效果，探讨了钻孔孔径、抽放时间、抽放负压对抽放瓦斯效果的影响，确定了谢一矿高突煤层B11煤层边掘边抽的合理抽放参数。     

基于采空区悬管引流装置的工作面上隅角瓦斯治理研究

为了有效治理工作面上隅角瓦斯超限,结合现场实际情况,运用Fluent数值模拟软件,研究采空区悬管引流装置解决“U”型通风工作面上隅角瓦斯浓度易超限的问题。模拟了上隅角瓦斯积聚规律,优化了上隅角悬管的埋深和负压参数,确定了引流装置的形状尺寸。研究表明,在悬管埋深为3 m、负压为10 kPa的条件下,安装长度为0.4 m、开口角度为60°的1/4伞状引流装置,能对上隅角瓦斯浓度起到最佳控制效果,可使上隅角瓦斯浓度控制在0.75%左右。在现场应用中该悬管引流装置取得了较好的效果,表明采空区悬管配合引流装置能有效解决上隅角瓦斯浓度超限的问题。     

近距离保护层开采工作面瓦斯治理技术

对乌兰煤矿保护层开采5767工作面的瓦斯涌出规律进行了研究,针对7号煤层和其下部的8号煤层情况,采用顺层、回风巷大倾角钻孔抽采、地面钻井卸压抽采、采空区埋管抽采和穿层钻孔抽采的立体式瓦斯综合治理方法,并对治理效果进行了考察。结果表明:通过采取立体分源瓦斯治理措施,5767工作面回采时瓦斯浓度超限问题得到了有效解决,工作面风量由之前的1 700m3/min降至700 m3/min,回风流中瓦斯体积分数为0.32%～0.60%,保证了工作面的安全回采。