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%。     

采动影响下煤层气地面井的经济和安全效益分析

介绍了采动影响下的煤层气地面井(采动影响井)投资成本、销售收入等经济指标的计算方法,并对该项目的安全效益进行了分析。以晋煤集团寺河矿为实例,对其采动影响井的经济效益、安全效益进行了系统分析,结果表明:采动影响井抽采后直接经济年收益率可达3.87%,且抽采后间接的经济、安全效益均较为可观。分析结果可为采动区地面井煤层气开发提供依据。     

煤矿采动稳定区煤层气资源评估方法及其应用

受多煤层赋存条件和煤矿井下回采工艺影响,采空区内的大量遗煤导致废弃矿井或老采空区内赋存丰富煤层气资源,对这一资源的准确评估、合理开发和高效利用是我国进行非常规油气资源开发的重大需求,如何准确评估废弃矿井或老采空区的可抽采煤层气资源量是进行高效开发的关键问题。因此,通过分析煤层气的来源、赋存空间和关键影响因素,建立了基于“间接减法”理念的采动稳定区(废弃矿井或老采空区)煤层气资源评估模型,提出了进行采动稳定区煤层气资源评估的方法。运用建立的评估模型和方法,在晋城矿区成庄矿5310工作面区域进行了采动稳定区煤层气资源的地面井抽采试验,单井连续抽采433 d,抽采煤层气资源243.27万m3,抽采量核算与评估结果基本一致,初步证明了评估方法的适用性。     

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%。     

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。     

煤试样巴西劈裂的声发射特征研究

基于细观损伤力学开发的RFPA2D数值模拟软件,分析了巴西劈裂试样的应力分布特征。利用微机控制试验机进行了煤试样的巴西劈裂试验,对煤巴西劈裂全过程中的声发射特征进行了研究。试验结果表明:声发射事件伴随整个煤试样劈裂过程,在不同的加载阶段有不同的声发射特征;随着载荷的增加,煤的应力场随时发生变化,从加载初期到破坏时,再到破坏后x轴方向拉应力经历了"不明显-最明显-不太明显"的过程;在煤试样将要破坏时拉应力达到峰值,证实了煤试样劈裂是受拉破坏,此时声发射事件最为明显。     

采动影响下地面井煤层气抽采技术研究

建立覆岩移动变形模型,分析了覆岩各岩层沉降变形及剪切变形特征,给出了套管在覆岩作用下的剪切、拉伸变形破坏形式,建立地面井"S"型剪切变形数学模型函数及离层拉伸变形数学模型;通过对采煤后覆岩裂隙形态的分析,根据采煤工作面瓦斯流动特征,获得了采动影响下瓦斯地面井布井基本原则,设计了采动影响下瓦斯抽采地面井结构,在晋煤集团成庄矿、寺河矿应用该技术,取得很好的抽采煤层气效果,解决了采煤工作面瓦斯治理难的问题,抑制了瓦斯超限,保障了煤矿回采的安全,取得了很好社会经济效果。     

微地震技术在地面井压裂监测中的应用

利用微地震裂缝监测技术,测量压裂时注入到煤层中的压裂液所引起的地面微地震信号的变化来解释压裂裂缝参数。通过对成庄煤矿CZYC-10井和CZYC-11井压裂裂缝进行了监测得出,成庄矿该区域内压裂裂缝为近似水平裂缝,裂缝形状为不规则的椭圆形;压裂井的裂缝的长轴方位为北东70°～81°,压裂裂缝东西长轴全长216～221 m,南北轴裂缝全长157～177 m;现场实测到的裂隙形态、缝长和方位可为下一步布井、压裂方法设计等提供参考,为沁水煤田的煤层气开发管理提供参考。     

煤层水力致裂对岩移的影响规律研究及应用

采用物理模拟试验研究煤层水力致裂对顶板破裂失稳的影响,物理模拟试验表明:煤层水力致裂后,直接顶台阶悬露的长度短于未煤层水力致裂时,压裂后直接顶较为破碎,没有强烈的顶板来压;压裂后,提前了老顶周期性破断失稳,缩短了老顶破断步距,弱化了坚硬顶板以缓解冲击矿压。在大阳煤矿进行了现场压裂试验,现场试验结果表明:压裂后顶板来压步距减少23.24%,改善了顶煤冒放性,减少了顶煤由于破碎不充分放煤形成拱结构,提高了工作面采出率,对煤层水力致裂弱化顶煤(板)具有重要的参考价值。     

寺河矿大采高开采地表移动现场监测及预测

以晋城矿区厚覆盖层下开采引起的地表移动为研究对象,在采煤工作面上方地表走向和倾向布置混凝土灌注测点,采用GPS快速静态定位测试与动态测试相结合的方法,对工作面回采后地表移动量进行了监测。采用MATLAB软件对地表移动数据进行分析,运用概率积分法得到工作面上方走向和倾向地表下沉曲线。结果表明,该区域内走向下沉最大值达4.692m,倾向最大下沉值为4.043m,充分采动后埋深采高之比与下沉量呈负相关关系;概率积分法对该区域内地表沉降预测较为准确,走向平均相对误差为4.7%;该区域地表下沉活跃期约130d。