余吾煤业地面钻井抽采采空区瓦斯的技术实践

针对余吾煤矿N2105工作面瓦斯涌出量大、瓦斯超限难以治理的问题,进行了地面钻井抽采采空区瓦斯的工程试验。地面钻井共抽采瓦斯27 d,累计抽采纯瓦斯19.04×104 m3,抽采期间工作面瓦斯涌出量降低约10 m3/min,且工作面瓦斯预警次数几乎为零,工作面瓦斯治理效果明显。运用FLAC3D软件研究了采动作用下套管的受力特性,结果表明钻井布置在靠近回风巷比布置在采场中部的受力要大。     

采动影响区抽采钻井井身固化及抽采效果考察

为提高地面瓦斯抽采效果,对抽采期间钻井进行了窥视,发现当回采工作面推过地面钻井位置后,钻井井壁迅速破坏,无法充分发挥其应有的瓦斯抽采效应。通过对煤层顶板岩层受采动影响顶板活动过程的分析,优化地面抽采钻井井身结构,在原有的施工工艺上增加三开下筛管,增强钻孔的防护强度,抽采浓度提高了1.54.5倍,抽采纯量提高了1.55倍,工作面回风流和回风隅角瓦斯浓度显著下降,抽采效果明显提高。     

地面钻井瓦斯抽采效果分析

针对李雅庄矿605工作面瓦斯含量大、煤层透气性低,预抽后可解吸瓦斯含量较高,传统瓦斯抽采方法不能满足工作面安全开采需求,采用地面钻井,将钻井布置在煤壁支撑区和重新压实区之间,对上隅角瓦斯进行截抽,起到很好的效果。抽采结果表明:采用地面钻井,抽采浓度可达16.2%,抽采纯量达8.74 m3/min,其中1#钻井共抽采瓦斯41.53万m3,和同一工作面高位钻场相比抽采纯量和总量分别提高139%和124%;通过对不同布置层位地面钻井抽采效果进行分析,表明地面钻井随着布置位置靠近回风巷,井身的稳定性和抽采效果呈现减弱趋势,在工作面推过钻井84 m左右井身结构遭到严重破坏。     

淮南矿区地面钻井抽采瓦斯技术实践

在应用地面钻井抽采矿井采空区瓦斯的过程中，为了提高地面钻孔的稳定性及瓦斯抽采效果，采用CFD数值模拟和考察试验的方法研究了影响地面钻孔抽采效果和服务期限的不同因素．研究结果表明：地面钻井抽采将很大程度上减小工作面回风流的瓦斯含量，且抽采效果受到煤层条件和钻井位置的制约，通过对试验钻井破坏情况分析，钻井布置在靠近回风巷侧30m以内，可能会提高钻井的稳定性和服务期限．本文对地面钻井抽采采空区瓦斯技术的推广应用具有重要的指导意义．     

淮南矿区地面钻井抽采瓦斯技术实践

在应用地面钻井抽采矿井采空区瓦斯的过程中,为了提高地面钻孔的稳定性及瓦斯抽采效果,采用CFD数值模拟和考察试验的方法研究了影响地面钻孔抽采效果和服务期限的不同因素.研究结果表明地面钻井抽采将很大程度上减小工作面回风流的瓦斯含量,且抽采效果受到煤层条件和钻井位置的制约.通过对试验钻井破坏情况分析,钻井布置在靠近回风巷侧30 m以内,可能会提高钻井的稳定性和服务期限.本文对地面钻井抽采采空区瓦斯技术的推广应用具有重要的指导意义.     

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。     

地面钻井卸压瓦斯抽采技术

依据潘一矿煤层地质条件和瓦斯赋存特性,阐述了地面钻井抽采卸压瓦斯的设计思路,分别对煤岩采动期、恢复期和稳定期内的现场瓦斯抽采参数及其动态变化规律进行分析。现场试验结果表明,地面钻井在336 d内共抽采瓦斯量200万m3以上,抽采半径达211 m,抽采瓦斯浓度在90%以上,对应块段的煤层瓦斯排出率为41%。     

地面预抽钻井改采动井抽采采空区瓦斯技术研究

针对岳城煤矿工作面瓦斯涌出量大、采空区瓦斯难于治理的问题,采用地面预抽钻井改采动井技术抽采采空区瓦斯,在岳城矿1305(下)综采工作面进行了试验。结果表明:地面预抽钻井改采动井后,随着工作面的不断推进,采空区瓦斯抽采体积分数呈先上升后下降的趋势,当工作面推过该钻井30 m时,采空区瓦斯抽采体积分数最大为85%,瓦斯抽采纯量为6.7 m~3/min,抽采效果明显,地面预抽钻井改采动井成功的抑制住了采空区瓦斯涌出的问题,保障了采面安全生产。     

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。     

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。     

Safety analysis of stability of surface gas drainage boreholes above goaf areas

As longwall caving mining method prevails rapidly in China coal mines, amount of gas emission from longwall faces and goaf area increased significantly. Using traditional gas drainage methods, such as drilling upward holes to roof strata in tailgate or drilling inseam and cross-measure boreholes, could not meet methane drainage requirements in a gassy mine. The alternative is to drill boreholes from surface down to the Iongwall goaf area to drain the gas out. As soon as a coal seam is extracted out, the upper rock strata above the goaf start to collapse or become fractured depending upon the rock characteristics and the height above the coal seam. During overlying rock strata being fractured, boreholes in the area may be damaged due to ground movement after the passage of the Iongwall face. The sudden damage of a borehole may cause a Iongwall production halt or even a serious mine accident. A theoretical calculation of the stability of surface boreholes in mining affected area is introduced along with an example of determination of borehole and casing diameters is given for demonstration. By using this method for the drilling design, the damage of surface boreholes caused by excessive mining induced displacement can be effectively reduced if not totally avoided. Borehole and casing diameters as well as characteristics of filling materials can be determined using the proposed method by calculating the horizontal movement and vertical stain at different borehole depths.     

自动变径大直径钻孔抽放煤层瓦斯试验

根据钻孔塑性区力学特性，应用常规钻机和自动变径扩孔钻具在突出煤层打大直径钻孔，解决了突出煤层打大直径钻孔可能诱导煤与瓦斯突出问题，对抽放效果进行了对比考察。试验结果表明，大直径钻孔有效排放半径是普通钻孔的1．84倍，提高瓦斯抽放量1．58倍。     

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。     

大直径水平长钻孔瓦斯抽放技术在千秋煤矿的应用

介绍了千秋煤矿21121综放工作面利用大直径水平长钻孔抽放瓦斯的技术方法和效果。比较了高位钻场岩石钻孔抽放与低位钻场高位钻孔抽放的优缺点,得出了采用高位钻场大直径水平长钻孔瓦斯抽放技术具有抽放流量大,钻孔利用率高,抽放效果稳定等优点。     

瓦斯抽采技术在唐山矿的研究应用

介绍了地面钻孔、采空区调压抽放、高位钻孔瓦斯抽放等抽采工艺在唐山矿的生产应用情况,得出了不同的治理方法的适用条件,认为矿井煤层埋藏浅的煤矿比较适宜地面抽采,抽出的高浓度瓦斯作为清洁能源一般可以直接加以利用;利用调压控制采空区瓦斯流向后实施抽采,可对老矿井采空区内赋存瓦斯进行治理;高位孔的封孔质量、叠加距离均影响瓦斯抽放效果.应针对不同煤层顶板岩性特征,摸索出适合的钻孔参数.     

超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术应用研究

为了解决工作面上隅角瓦斯超限问题,提出了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术,阐述了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术原理。以五阳煤矿7609工作面排水巷为试验点,通过在7609排水巷和回风巷之间施工超大直径钻孔,然后进行应用效果考察,并对数据进行分析,结果表明:单孔抽采时钻孔间距25 m或者30 m均可满足治理上隅角瓦斯的目的,在抽采负压3 kPa左右时,五阳煤矿超大直径钻孔抽采影响范围可达78 m,能对深部采空区高浓度瓦斯有持续的抽采作用,超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术可有效控制工作面上隅角瓦斯浓度。     

大直径高位钻孔代替高抽巷抽采瓦斯的研究

针对高抽巷施工工程量大、投入大的问题,在沙曲矿24207综采工作面进行了大直径高位钻孔替代高抽巷的试验,对二者的抽采效果进行了对比分析。高位钻孔抽采瓦斯效果达到了高抽巷抽采瓦斯的效果,且高位钻孔呈扇形布置,能扩大抽采范围,延长瓦斯抽采服务时间,提高瓦斯抽采率,将工作面回风瓦斯体积分数控制在0. 33%左右。应用结果表明用大直径高位钻孔代替高抽巷进行瓦斯抽采是可行的。     

RFPA~(2D)数值模拟在高位钻孔参数优化中的应用

基于准确划分煤层上覆岩层"竖三带"的煤层法向分布范围,以及有效提高高位钻孔瓦斯抽采效果的重要性,应用RFPA2D软件数值模拟祁南煤矿714工作面顶板垮落情况,初步分析了"竖三带"的煤层法向分布范围,并结合经验公式的计算结果,综合判定距71煤层顶板上方18.4～49.0m的岩层区域为裂隙带,高位钻孔法距参数的取值范围优化选择为18.0～34.0m。现场应用表明,高位钻孔的法距参数施工控制在20.0～35.0m时,钻孔抽采瓦斯体积分数均在30%以上,最大为53.2%。同时,高位钻孔的平均瓦斯抽采量为7.32m3/min,占工作面总瓦斯涌出量的60.6%,远高于采空区埋管技术的瓦斯抽采量,并且工作面的平均瓦斯抽采率提高到60.0%。     

井下大直径钻孔瓦斯抽采技术研究

为研究面间煤柱内的大直径钻孔抽采采空区瓦斯效果,基于某矿实际生产条件及COMSOL数值模拟软件,依据上覆岩层运移理论、采空区顶板岩性、顶板垮落破坏特征对采空区孔隙率进行了分块赋值,COMSOL数值模拟研究结果表明:钻孔布置的最佳距离为8～10 m。考虑经济因素及顶板垮落步距的影响,钻孔布置的最佳距离应为10 m;靠近工作面上隅角处,采空区内瓦斯浓度呈中心高、四周低的圆环状分布,该低瓦斯浓度圆环的出现与大直径钻孔对采空区内瓦斯的抽采作用密切相关。ORIGIN数据拟合及计算表明:10 m钻孔间距条件下,控制上隅角瓦斯浓度不超限的钻孔最小瓦斯抽放量为5.4 m³/min。该理论成果的成功运用,指导了该矿的生产安全。     

地面L型井抽采采空区瓦斯适应性及其水平段位置优选

地面L型井抽采采空区瓦斯不仅可减少工作面上隅角瓦斯积聚，而且可获取洁净能源，已在我国多个矿区进行了试验性应用，瓦斯治理效果和经济效益显著，但部分地面L型井抽采效果与预期目标仍有一定差距。为改进L型井瓦斯抽采效果，基于采场岩移“三带”理论及工作面瓦斯运移规律，全面分析了L型井抽采采空区瓦斯的影响因素，对其适应性和L型井水平段位置优选进行了研究。研究结果表明，地面L型井抽采采空区瓦斯技术适宜于采空区涌出量占比高、U型通风和仰采工作面、采空区瓦斯资源量多的高瓦斯工作面。L型井的水平段应靠近工作面回风巷侧布置，垂直方向上，其起始点至终孔点应呈一定的下向倾角，起始点和终孔点高度应分别位于裂隙带上部和下部|水平方向上应位于裂隙发育区内且尽量靠近回风侧边界，同时建立了L型井水平段起始点与煤层底板的垂直距离和距回风巷水平投影距离的计算方法。