乌兰煤矿地面钻井抽采上覆远距离煤层卸压瓦斯的技术实践

介绍了乌兰煤矿利用地面钻井抽采上覆远距离煤层卸压瓦斯的技术,实践表明,在开采下保护层的同时配合地面钻井抽采上覆远距离被保护煤层的卸压瓦斯,能有效降低上覆远距离被保护煤层的瓦斯含量及瓦斯压力,取得较好的保护效果。总结了影响地面钻井抽采效果的因素及优缺点,为选用地面钻井抽采方法提供一定的借鉴和指导。     

远距离下保护层底板穿层钻孔卸压瓦斯抽采研究

以桑树坪煤矿远距离下保护层11~#煤层开采保护主采3#煤层为研究对象,利用底板巷布置上向穿层网格式钻孔抽采被保护层卸压瓦斯,研究得出将3314底板瓦斯抽放巷布置在3#煤层底部法距15 m处较为合理。实际抽采数据表明,在远距离下保护层开采期间,采动影响能够有效卸压,提高被保护层的透气性,底抽巷预抽区域瓦斯预抽率约为65.6%。从卸压瓦斯抽采效果分析,11#煤层回采后保护层工作面前方10 m至保护层工作面后方60 m范围内对应的上覆3#煤层区域为最佳卸压瓦斯抽采区域。     

新集一矿远距离下保护层开采试验研究

借鉴相邻淮南矿业集团采用首采11-2煤层作为13-1煤层远距离下保护层开采的实践经验,以新集一矿11-2煤层281110工作面开采为例,对远距离下保护开采进行了试验研究,考察了下保护层开采有效保护范围,统计了保护层开采过程卸压瓦斯抽采效果,测试了被保护区残余瓦斯参数,对被保护层区域防突措施效果进行了检验。研究结果表明:新集一矿11-2煤层作为下保护层开采,最大保护垂距为126m,不破坏上部被保护层的最小层间距离为35m,作为上覆13-1煤层的下保护层开采其走向、倾向上方、倾向下方的卸压保护角分别为57.3°,89.2°,74.8°,配合有效卸压瓦斯强化抽采措施被保护层13-1煤层区域防突措施效果有效。     

强突出煤层群储层联合改造技术

强突出煤层瓦斯压力大,瓦斯含量高,突出灾害严重。传统的预抽瓦斯和保护层开采技术直接作用于强突出煤层存在较大的困难,因此采用理论分析和现场工程实践相结合的研究方法,提出了井上下联合采动卸压储层改造技术,即根据安全性和经济性的原则确定首采层,利用地面钻井改造首采层,抽采首采层的瓦斯,消除首采层开采的危险性。首采层开采过程中,利用原来的地面钻井抽采强突出煤层的采动卸压瓦斯,消除其突出危险性。该方法使现有的矿井瓦斯抽采方法和地面煤层气方法有效的结合,实现煤和瓦斯资源的安全高效开采。     

地面钻井抽采远距离上覆被保护层煤层卸压瓦斯实践研究

根据潘一煤矿11_(-2)煤保护层工作面回采时利用地面钻井抽采上覆13_(-1)煤被保护层卸压瓦斯的实践,分析了地面钻井抽采卸压瓦斯的相关影响因素,总结了地面钻井布置必须尽可能远离采空区,必须根据地面钻井抽采量衰减规律合理确定抽采时间。     

深部远距离煤层群卸压主控因素及首采层优选方法研究

为了选取合理的深部远距离煤层群首采保护层,进行了煤层群开采卸压主控因素正交模拟研究,构建了有效卸压的主控因素耦合关系,提出了深部远距离煤层群首采保护层优选方法并开展了工程应用研究,考察了首采层开采对邻近层的卸压保护效果,检验了保护区卸压瓦斯抽采区域防突措施效果,评价了深部远距离煤层群首采保护层优选方法合理性。结果表明:在不考虑煤层群层间厚层坚硬岩层的情况下,远距离煤层群下保护层开采对上覆邻近层的卸压效果影响的关键主控因素为保护层采高、煤层层间距,上保护层开采对下伏邻近层的卸压效果影响的关键主控因素为煤层层间距;常规采高条件下(采高≮10 m),深部远距离煤层群只能选择下保护层开采模式,层间距必须在《防治煤与瓦斯突出细则》要求的最大保护层垂距范围内,且达到不破坏上被保护层的最小理论层间距,同时保护层采高应达到最小保护层厚度要求;朱集西矿远距离煤层群13-1、11-2、8煤层应当选择11-2煤层作为首采保护层,其开采对上覆13-1煤层能够形成有效卸压保护、对下伏8煤层不能形成有效卸压保护,有效卸压保护范围内13-1煤层采用地面井结合井下钻孔进行卸压瓦斯抽采能够实现区域防突措施有效;基于关键主控因素的深部远距离煤层群首采保护层优选方法合理,以此形成的深部远距离煤层群井上井下联合抽采防突技术可靠。     

远距离下保护层开采卸压特性及钻井抽采消突研究

我国西部部分矿区地质构造复杂,瓦斯灾害特别是煤与瓦斯突出十分严重,威胁了矿井的安全生产,制约了煤炭资源的开发。针对这些矿区构造复杂、煤层渗透性差及煤层群开采的特点,以消除煤与瓦斯突出危险性、降低煤层瓦斯含量为切入点,对远距离下保护层开采及钻井抽采卸压瓦斯、消除煤与瓦斯突出危险性进行了系统研究。构建了采场相似模型和数值分析模型,研究了远距离下保护层开采的卸压特性:①下保护层开采期间,被保护层可实现充分卸压,其透气性系数大幅度提高,为抽采卸压瓦斯提供了条件;②针对双保护层开采条件,揭示了工作面风巷、机巷内错40~50 m区域的被保护层均为膨胀区,是布置钻井的合理位置;③提出了远距离双保护层开采的重复卸压模型,首采保护层回采后形成的采空区具有"缓冲效应",减弱了次采保护层开采期间上覆煤层的卸压程度。建立了地面钻井稳定性分析的力学模型,研究得出:①邻近岩层的强度相差越大,对钻井的挤压、剪切作用越大;②在套管和井壁之间留设间距后,套管上的最大剪切应力平均降低50.8%,减小了套管剪切破坏的概率;③生产套管长度越大,其挠度值越大,抗弯曲变形能力越强。对此,设计了防剪切破断的钻井井身结构:生产套管采用贯穿井身的整管,与固井套管或井壁之间留设"缓冲容移间距",筛管段采用了"套管强化技术",有效提高了钻井稳定性。揭示了地面钻井抽采卸压瓦斯规律:①阐明了工作面回采距离(表征上覆煤层和裂隙带的透气性)是影响钻井产气率的关键参数;②得出了保护层工作面回采期间地面钻井产气率"快增慢减"的变化机制,并确定了钻井的最佳布井参数;③建立了卸压煤层及采空区的瓦斯流量计算模型,为钻井抽采卸压瓦斯消突效果的评价提供了依据;④提出了钻井下段增阻提高卸压瓦斯抽采量的方法。远距离下保护层开采及钻井抽采消突技术在神华集团乌兰煤矿进行了工程试验,结果表明地面钻井抽采卸压瓦斯消突效果显著:试验区钻井的总产气量为1 512.96×104m3,机巷侧、风巷侧钻井的最大布井间距分别为150和169 m,被保护层的残余瓦斯含量分别降低至3.63和3.14 m3/t,抽采率分别达到65.8%和68.0%,彻底消除了煤层的突出危险性。     

极薄保护层钻采上覆突出煤层卸压瓦斯抽采技术

采用数值模拟和现场试验相结合的方法,系统地研究了极薄保护层钻采过程中上覆被保护煤层地应力及煤层变形的变化规律和煤层卸压瓦斯流动及瓦斯抽采规律。极薄保护层钻采后,被保护煤层弯曲下沉、卸压膨胀变形,煤层透气性提高了403倍,通过向被保护煤层施工网格式上向穿层钻孔进行卸压瓦斯抽采,被保护煤层瓦斯压力和瓦斯含量降低,消除了煤与瓦斯突出危险,成功实现了矿井安全高效生产。     

地面钻井抽采卸压瓦斯的试验研究

为缩短瓦斯抽采工程工期、降低瓦斯治理成本,高效抽采上被保护层的卸压瓦斯,在淮北芦岭煤矿开展了地面钻井抽采卸压瓦斯的工程应用试验研究。论述了地面钻井抽采卸压瓦斯的技术原理及抽采卸压瓦斯的地面钻井基本结构。根据试验结果,地面钻井共抽采10个月,累计抽采瓦斯量2.484Mm3。瓦斯抽采分为增长期、产气高峰期和衰减期3个阶段,其中,产气高峰期历时4个月,瓦斯抽采浓度为60%～90%,平均抽采量达10.6m3/min。配合其他抽采措施,对应中组煤的瓦斯抽采率达70.6%,残余瓦斯含量降为5.2m3/t,残余瓦斯压力降为0.53MPa,消除了中组煤的突出危险性。最后对地面钻井卸压瓦斯抽采效果的影响因素进行了分析。     

上保护层开采下伏煤岩力学特性及瓦斯抽采效果

基于岩石破裂损伤理论和有限元计算方法,模拟保护层开采过程,下伏煤岩应力及变形特征,得出了下伏煤岩应力随保护层开采变化规律及被保护层煤层变形呈现压缩、膨胀、膨胀减小到稳定的变化规律,并在现场进行了工业性试验,考察了保护层开采过程,被保护层变形及煤层透气性变化,理论分析与现场测定基本吻合,依据研究结论,优化了被保护层卸压瓦斯抽采设计,通过被保护煤层卸压瓦斯抽采,残余瓦斯含量降到了2.33 m3/t,残余瓦斯压力降为0.35 MPa,均低于煤层突出临界值;被保护范围内煤层瓦斯抽采率达到44.8%;被保护层的瓦斯含量得到有效降低,消除了突出危险性,确保了被保护层的安全开采。     

低透气性强突出煤层瓦斯抽采导流通道的构建及应用

基于芦岭煤矿低透气性强突出煤层瓦斯治理的需要，提出了地面钻井压裂抽采以削弱突出危险、保护层开采以消除保护范围突出危险和穿层钻孔强化抽采以消除保护边界外突出危险的瓦斯治理顺序，考察研究了对应抽采技术导流通道的特征及应用效果。结果表明，地面钻井压裂抽采，砂层是瓦斯抽采的导流通道，单个钻井长期可获得1 500 m 3 /d的煤层气产量；保护层开采，层间离层裂隙是瓦斯抽采的导流通道，煤层透气性可提高1 930倍；穿层钻孔群排煤抽采，孔群间的连通裂隙是瓦斯抽采的导流通道，单孔平均瓦斯流量可增加4倍，煤层透气性可增加200倍以上。     

岩石截流钻孔抽放瓦斯技术的应用

针对近距离煤层群下开采保护层时,瓦斯易从邻近层涌入回采工作面的问题,在试验煤矿采用了岩石截流钻孔抽放瓦斯技术,通过效果考察并将其与邻近层钻孔抽放瓦斯技术进行对比,结果表明:岩石截流钻孔抽放瓦斯技术能有效将上邻近层涌向工作面的部分瓦斯进行拦截,达到了防止工作面回采过程中瓦斯超限的目的。     

上解放层底板下向钻孔抽放被解放层瓦斯技术研究

开采上保护层以解放邻近有突出危险煤层时,被解放层卸压瓦斯会通过裂隙大量涌入保护层采空区和工作面,增加了保护层工作面瓦斯治理工作难度.而在条件充许的情况下,如果直接对被保护层卸压瓦斯进行抽放可达到事半功倍的效果.据此思路,根据开采煤体时底板破坏理论可计算底板最大破坏范围及深度,提出上保护层底板下向钻孔抽放被保护层卸压瓦斯的抽放方法,并给出了抽放钻孔布置的设计方案.     

云盖山煤矿瓦斯抽采效果考察

随着矿井开采深度的增加和开采强度的增大，煤与瓦斯突出问题越来越严重，煤层瓦斯压力、瓦斯含量、地应力加大致使突出矿井的突出危险性越来越严重，突出频率增加，突出强度增大，大型、特大型突出所占比例越来越大，煤与瓦斯突出已成为严重威胁矿井安全生产的主要问题之一。目前不具备保护层开采条件的煤层，井下钻孔预抽瓦斯是防治煤与瓦斯突出的主要手段之一，钻孔瓦斯抽采效果与煤层瓦斯含量、透气性系数、抽采钻孔直径及负压、抽采目的和时间等因素有关。针对云盖山煤矿在瓦斯治理中采用的不同瓦斯治理钻孔，结合矿井实际生产条件和不同瓦斯治理钻孔的有效抽放半径的现场测试结果，对不同瓦斯治理钻孔的瓦斯抽采效果进行考察，验证了不同瓦斯治理钻孔的有效抽放半径等技术参数。     

近距离保护层采场瓦斯抽采技术

为了解决淮南矿业集团新庄孜煤矿62114保护层采场瓦斯问题,提出了Y型通风条件下近距离保护层采场瓦斯抽采新思路。在62114保护层采场实施了煤层底板运输巷上行网格式穿层钻孔抽采下被保护层卸压瓦斯技术;同时在62114保护层工作面回风巷(沿空留巷)实施了上行穿层钻孔抽采采空区顶板岩层间瓦斯,下行穿层钻孔抽采采空区底板岩层间瓦斯;并且对62114保护层工作面采空区瓦斯进行埋管预抽,配合高抽巷对采空区瓦斯进行抽采。现场应用表明:Y型通风条件下近距离保护层采场瓦斯抽采成功解决了62114保护层采场瓦斯问题,实现了煤与瓦斯共采。     

单一低透气性煤层卸压带瓦斯抽采的基础研究

对于不具备保护层开采条件的单一低透气性高瓦斯突出煤层,近年来随着开采强度的不断增大,仅仅依靠工作面采前预抽已不能满足安全生产需要。为此,在研究煤层采动影响条件下,采煤工作面前方煤体应力重新分布的基础上,以焦作煤业公司所属矿井为试验场地,通过考察采场矿山压力分布规律以及不同应力带钻孔瓦斯流量变化规律,对回采工作面卸压带位置和宽度进行了分析和研究,结果表明,其工作面超前卸压带宽度为15～20 m,可为合理布置抽采钻孔,提高瓦斯抽采效率提供依据。