煤矿采动稳定区煤层气地面井抽采技术及应用

为明确煤矿采动稳定区地面井抽采技术内容,基于理论研究、类比分析与现场试验,深入分析了煤矿区地面井的类型及技术特点,指出采动稳定区煤层气地面井抽采技术更偏重于对煤层气资源的充分开发,该技术重点关注对产前煤层气资源量评估和破碎岩层钻完井工艺的研究与应用,其关键技术包括煤层气资源量评估、地面井结构优化设计、井位选择优化设计及钻完井工艺优化设计4个方面,应根据应用条件的不同具体分析,以保障煤层气开采效果。在山西晋城无烟煤矿业集团成庄煤矿的现场抽采试验表明:应用采动稳定区煤层气地面井抽采技术,地面井抽采气体积分数约40%,日均抽采纯量3 120 m~3,验证了采动稳定区地面井抽采技术的适用性。     

成庄煤矿采空区煤层气地面井抽采试验

山西晋城矿区主采3#煤层,一般为大采高高强度回采,由此造成工作面瓦斯涌出量大、瓦斯治理压力大等问题。因此,利用采动卸压作用和采空区瓦斯抽采的运移规律,在成庄煤矿施工了采动区地面抽采试验井抽采本煤层采动影响区和采空区煤层气,并运用地面井逐级优化设计方法对试验井的布井位置、井型结构进行了优化。抽采试验结果表明:采空区瓦斯抽采浓度高达50%以上,有效地降低了工作面瓦斯治理压力,试验效果良好。     

煤矿采动区地面井瓦斯抽采技术及其应用前景分析

针对我国煤层松软、低渗、抽采困难的问题,提出了充分利用煤层采动卸压效应强化抽采煤层解吸瓦斯和工作面涌出瓦斯的采动区地面井抽采技术。从资源评价、井型设计、地面布井、局部防护、安全抽采控制等关键技术和成套技术的应用效果及发展前景等方面对煤矿采动区瓦斯地面井抽采技术在瓦斯治理方面的应用进行了深入分析,指出煤矿采动区地面井抽采瓦斯技术是进行煤矿区瓦斯灾害综合治理的一条有效途径;提出了进行煤矿区煤层气规模化开发、有效治理井下瓦斯灾害的合理化建议:地面井布井应偏向工作面回风巷侧,井型结构应充分发挥采场裂隙带的作用。     

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。     

基于煤层气与煤炭协调开发的地面抽采工程部署关键技术进展

煤矿区煤层气地面抽采具有煤炭安全开采效率高、清洁利用煤层气资源和减少瓦斯大气排放的多重效应,其煤层气产量多年来占了全国总量的主要比例。“十一五”至“十三五”期间,依托国家油气重大专项,基于煤层气与煤炭协调开发的指导理念,研究了煤矿区地面煤层气抽采工程部署的特点及存在问题,按照受煤炭采动影响与否将煤矿区煤层气地面抽采分为预抽和采动抽采2种类型,在对两种抽采类型的抽采对象、可抽采时间和空间特征研究基础上,分别总结形成了煤层气地面预抽和采动抽采的工程部署方法体系。结合原始条件下煤层气开发模拟技术现状分析,梳理了煤矿区煤层气地面预抽模拟技术体系;在采动抽采技术特点及关键储层参数变化规律的研究基础上,基于渗透性控制气体运移规律的认识,提出了采动抽采效果预测模拟方法。根据煤矿区地面抽采具有安全效应特征,提出了煤矿区地面煤层气抽采间接经济效益的评价指标,即地面抽采前矿井瓦斯灾害治理费用与地面抽采后矿井瓦斯灾害治理费用的差值,并建立了包含预抽和采动抽采的比较全面的地面煤层气抽采工程经济性评价方法。煤矿区地面抽采工程部署及相关技术是预判煤矿区地面煤层气低成本高回报效果、煤层气与煤炭资源协调开发的关键手段...     

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。     

煤矿采动影响下地面井群瓦斯抽采范围研究

随着我国煤矿开采强度的日益提高,矿井回采空间瓦斯涌出量大幅增加,即使低瓦斯矿井也有瓦斯"爆涌"问题显现。如何进行大范围、区域化的连续抽采,形成对回采空间涌出瓦斯的低成本长效控制,依然是目前面临的重要难题。采动区瓦斯抽采地面井在地面施工,能够连续进行采动区/采空区抽采,是区域化连续抽采控制回采空间瓦斯浓度的有效技术。因此,在对采动区内覆岩裂隙场渗流特征分析基础上,建立了采动区地面井抽采条件下地面井周围采动影响范围内的气体压力衰减梯度变化函数,提出了以采动裂隙场内气体压力衰减梯度曲线拐点为依据的地面井有效抽采范围判定原则;进而,建立了采动区瓦斯地面井(群)抽采效果评估方法,并提出了抽采率指标的计算模型;最后,以晋煤集团岳城矿为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟分析和现场小井群抽采试验相结合的方法对采动区瓦斯地面井小井群抽采的参数优化、应用效果等进行了对比分析与验证,证明了采动区瓦斯地面井(群)抽采具有很高的实用价值。     

煤矿采动区地面井瓦斯抽采技术

从煤与瓦斯共采角度阐述了充分利用煤矿井下煤层采动过程中的卸压增透影响,采用地面井抽采的方式提高瓦斯抽采效果,解决工作面瓦斯涌出超限难题的方法;进而从抽采效果评估、地面井布井、多井型地面井结构优化和地面安全抽采等方面论述了高效、安全的采动区瓦斯地面井抽采技术。该技术方法在晋城矿区寺河矿、成庄矿和岳城矿等进行了集成应用,使地面井成功率由原来的20%提高到了90%,抽采量由原来的约500 m3/d提高到了10 000 m3/d以上。     

石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数自动优化设计及应用

高瓦斯或突出矿井石门揭煤前,需要设计抽采钻孔并将钻孔位置立体展现在巷道与煤层交互面上。为解决普通AutoCAD等绘图软件无法满足大量计算的问题,本文结合煤矿瓦斯抽采的相关规定,基于Matlab软件编程,采用匈牙利算法和模拟退火算法,开发了石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数的自动优化设计软件。应用结果表明:①自动优化设计软件可以解决基于任意煤层、巷道空间位置、抽采输入条件下的钻孔参数自动优化设计和方案对比问题,极大提高了计算效率和准确率;②图像绘制功能可以实现钻孔轨迹立体化呈现;③在确定抽采钻孔参数基础上同步设计验证钻孔布孔参数,实现抽采设计、验证的闭环控制;④实现任意补孔参数设计功能,大大提高了自动优化设计软件的实用性,解决了井下补孔参数设计问题。应用石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数自动优化设计可以获得最优化抽采钻孔参数,极大提高了煤矿现场技术人员工作效率,为煤矿智能开采提供了重要支撑。     

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.     

矿井瓦斯联合抽放技术应用

煤矿瓦斯治理有多种方法,联合几种抽放方式(例如本煤层抽放、采空区抽放、高位钻孔抽放、专用瓦斯巷抽放等)综合治理效果好,可提高工作面煤层开采的安全性,并取得显著的效益。     

杨柳煤矿1075综采工作面高位拦截钻孔优化设计

针对1075综采工作面开采期间瓦斯治理主要采取高位拦截钻孔、地面钻井、井下定向长钻孔抽采等技术措施,工作面回采过程中,因受采动影响,致使临近层卸压瓦斯进入采空区,导致保护层开采期间瓦斯治理的复杂性。为了减小临近层卸压瓦斯对保护层开采的影响,提出对1075综采工作面高位拦截钻孔优化设计,取消了老塘埋管抽采,有效地拦截了中组煤卸压瓦斯进入采空区,保证了工作面安全高效回采。     

基于采空区瓦斯运移规律的抽采钻场设计

为了对高瓦斯工作面采空区抽采钻场进行设计,使采空区及工作面上隅角瓦斯得到有效控制,通过数值模拟分析了采场覆岩结构及裂隙发育规律;根据模拟结果利用实验室试验分析了抽采钻孔在不同位置时采空区瓦斯的运移规律,得出终孔位置距煤层顶板上方30m左右,距回风巷水平距离10～20m时抽采效果最佳;且终孔高度应根据工作面覆岩结构形态有所区别,靠近回风巷的钻孔高度应控制在规则冒落带上部,靠近工作面中部的钻孔应布置在裂隙带内。     

强突出矿井中间保护层探索

通过宏达煤矿保护层选择、本层与邻近层瓦斯预抽和卸压拦截抽、采空区抽采等防突与防灾研究,实现了强突出煤层群安全生产,解决了强突出煤层群不能采取上保护层或下保护层时首采工作面瓦斯治理这一世界性难题,提供了瓦斯灾害严重的突出矿井实现安全生产的又一有效方法。     

非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律研究

为了提高煤矿瓦斯抽采率，节约瓦斯抽采时间，分析了非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律，采用透气性系数研究了非均质煤层瓦斯压力分布特点；分析了非均质煤层单钻孔瓦斯压力分布、原始瓦斯压力、原始透气性系数对有效抽采半径的影响。研究对指导现场瓦斯抽采以及促进煤矿安全生产具有重要意义。     

极薄煤层采空区瓦斯治理试验研究

根据矿山压力分布规律,并结合后山煤矿实例,采用增大风量、设瓦斯专用排放巷、采空区埋管和高位钻孔抽放瓦斯等多项试验,研究极薄煤层采空区瓦斯治理.试验结果表明高位钻孔抽放瓦斯方法较好,能使瓦斯浓度降至1%以下.高位钻孔抽放瓦斯试验研究发现:钻孔内瓦斯浓度变化具有先缓慢上升,到最大值后趋于稳定,最后再下降的规律;钻孔有效长度与顶板来压有关.     

本煤层顺层钻孔抽放影响半径的测定研究

为了测定顺层钻孔的抽放影响半径,指导矿井的瓦斯抽放和消突工作,将钻孔瓦斯流量作为考察指标,在寺家庄矿15号煤层进行测定研究,结果表明:瓦斯流量法易于考察,能够快速、准确地测定出本煤层顺层钻孔的抽放影响半径。     

淮南某矿1111首采工作面瓦斯抽放方法的研究

淮南某矿1111煤层是高温、高压、高瓦斯,具有突出危险性的深井煤层。为保证回采过程中的安全,充分利用沿空留巷Y形通风条件,结合顺层钻孔、地面钻孔结合高位钻场顶板走向钻孔、倾向穿层钻孔抽采瓦斯及沿空留巷埋管抽采瓦斯,解决工作面瓦斯超限问题。