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。     

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。     

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...     

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m³/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。     

深部煤层采动区卸压煤层气地面钻井抽采特性

提出并利用地面钻井孔隙流体压力试验方法对煤层群采动区裂隙发育规律进行研究,并利用地面钻井抽采煤层气试验对此方法进行了验证。研究结果表明,在高度方向上,回采煤层顶板7~43 m范围处于导水裂隙带范围内;底板18 m左右,处于底板裂隙带内;在工作面推进方向上,裂隙在工作面后方120 m处充分发育,120 m以后裂隙逐渐被压实;地面钻井煤层气抽采纯量先后经历了抽采量下降区、上升区、相对稳定区以及衰减区4个过程,在工作面后方120~130m左右位置处抽采量达到最大值,与裂隙发育规律试验完全吻合。     

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。     

地面井“三圈”耦合瓦斯抽采技术理论与应用

针对地面井瓦斯抽采浓度低、产气量少、抽采周期短的问题，通过“三圈”对地面井瓦斯运移影响的机理进行分析，同时优化地面井布井位置，在首山一矿开展了采动区、采空区地面井瓦斯抽采试验。结果表明，采动裂隙圈影响地面井的单日产气量，采空区裂隙圈影响地面井的产气周期，覆岩垂直裂隙圈影响地面井的产气浓度，回采作业对于上覆邻近煤层具有一定的卸压效果。采动井布置在采动裂隙圈、采空区裂隙圈和覆岩垂直裂隙圈耦合区域内，抽采浓度高，单井产气量高且产气周期长，其中SSCD-06采动井布置于“三圈”耦合区域内，产气浓度持续100%,最高日抽采量可达4.1万m³,已持续产气260 d,累计产气260.7万m³。研究结果验证了地面井“三圈”耦合瓦斯抽采技术的优越性，对优化地面井瓦斯抽采布置方案具有重要的指导意义。     

高瓦斯厚煤层采动裂隙发育区瓦斯抽采技术

针对高瓦斯厚煤层开采过程中采动裂隙发育区瓦斯涌出量大的问题,通过现场观测得知采空区瓦斯和邻近层瓦斯占工作面全部涌出瓦斯的50％以上,并确定了工作面裂隙带高为15.68～28.68m.基于此,提出了在传统本煤层瓦斯抽采和邻近层瓦斯抽采的基础上,在采动裂隙发育区采用高位钻孔抽采瓦斯的方法进行瓦斯抽采,并确定了瓦斯抽采的相关参数.实践表明:裂隙带邻近层高位钻孔瓦斯抽采效率大于本煤层瓦斯抽采和单纯邻近层瓦斯抽采效率,工作面瓦斯抽采率达53％.     

寺河矿东井区接替盘区瓦斯抽采设计

寺河矿东井区初步评估为煤与瓦斯突出矿井,文章依据煤与瓦斯突出矿井瓦斯抽采要求,从地面井瓦斯抽采、回采工作面瓦斯抽采、掘进工作面瓦斯抽采等方面设计了瓦斯抽采方法,并从瓦斯抽采率、抽采时间和抽采负压三个方面分析了瓦斯抽采参数,验证了寺河矿东井区接替盘区瓦斯抽采设计是完全有效的,通过瓦斯抽采确保矿井安全高效的生产。     

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。     

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。     

大采高工作面采动围岩活动与瓦斯涌出关系

为了研究大采高工作面采动围岩活动与瓦斯涌出的规律,现场实测斜沟煤矿18205工作面的液压支架支护阻力、超前支承压力及瓦斯涌出量,分析回采时支架支护阻力、超前支承压力的变化情况,根据现场实测工作面瓦斯涌出量,确定采动活动与瓦斯涌出的关系。结果证明:18205工作面矿压显现增大时,瓦斯涌出量显著升高;在周期来压时煤岩体卸压增流,工作面瓦斯涌出量明显升高。在周期来压期间覆岩裂隙通道受到挤压和冲击作用,高浓度的瓦斯流涌向工作空间,导致高位钻孔瓦斯抽采量明显增加,其与来压步距基本一致,且高位钻孔能有效拦截采空区及邻近层瓦斯,有效保障了工作面安全回采。     

煤矿分层开采工作面立体式瓦斯抽采技术及应用

为解决煤矿分层开采下分层回采过程中工作面上隅角或回风巷瓦斯超限的难题, 通过分析采煤工作面瓦斯治理要求,研发了分层开采井上下立体式瓦斯抽采技术,其涵盖地面井预抽、工作面顺层钻孔抽采和采动区地面井抽采、高位钻孔抽采及采空稳定区瓦斯抽采。根据准备煤量、回采煤量,以及不同回采时期,提出了具备接续的综合立体式瓦斯抽采实施方法及技术体系。该技术在山西晋城岳城煤矿的应用结果表明：采用综合立体式瓦斯抽采优化布置后,采动区地面井平均抽采瓦斯流量为1.15万m³/d,平均抽采瓦斯浓度为44.5%,工作面推至地面井附近时抽采瓦斯纯流量显著增大,地面井在采煤工作面回采阶段抽采瓦斯总量约为245.5万m³;同时,井下高位钻孔单孔平均抽采瓦斯浓度为80.61%,平均抽采瓦斯纯流量为1.33 m³/min,平均运行时间约60 d,平均单孔抽采瓦斯总量为11.65万m³;采动稳定区埋管平均抽采瓦斯纯流量为0.29 m³/min,抽采瓦斯总量约为200.8万m³。在立体式联动抽采瓦斯措施下,回采过程中回风巷的瓦斯浓度在0.50%以下,工作面回风巷瓦斯浓度平均降幅为58.8%,上隅角瓦斯浓度平均降幅为56.0%,保障了煤矿生产安全。     

采动区地面井煤层气开发井位布置技术研究现状及发展趋势

随着煤矿的高强度开采,井下抽采已不足以解决瓦斯问题,地面钻井抽采煤层气的研究正成为国内的研究的热点。通过对国内采动区地面钻井相关资料的整理分析,阐明了采动区地面钻井抽采卸压瓦斯机理,明确当前采动区地面钻井布井技术研究现状。指出利用应力场、渗流场、裂隙场耦合关系,考虑不同矿区、不同地质条件下对地面钻井控制范围进行系统研究,将为采动区地面钻井在采场走向间距布置提供理论支撑。     

近距离煤层群综合立体式瓦斯抽采方法及效果分析

近距离煤层群工作面在准备和回采阶段的瓦斯不仅有本煤层涌出,邻近层还有大量涌出。在工作面掘进时期可向本煤层打钻孔实施采前预抽,而工作面回采时期邻近层瓦斯涌出主要是通过采空区上部裂隙带离层区。对邻近层抽采的各种方法进行了分析,得到瓦斯抽采巷道与钻孔布置的最佳参数,并与实际进行比较,对24207工作面瓦斯抽采工艺参数进行优化。     

保德煤矿瓦斯抽采必要性与可行性分析

对保德煤矿矿井、回采工作面和掘进工作面瓦斯涌出来源进行了研究,从整体上分析了瓦斯抽采的必要性及可行性。结合实际情况分析认为,当保德煤矿进入深部区域开采时,矿井、回采工作面和掘进工作面瓦斯涌出量均超出通风稀释瓦斯的能力,有必要进行瓦斯抽采。同时通过对煤层瓦斯基础参数、前期瓦斯抽采效果的分析,得出矿井实施瓦斯抽采的可行性。     

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%。     

近距离煤层群底抽巷瓦斯抽采实验研究

针对山西焦煤集团屯兰矿近距离煤层群开采过程中,采煤工作面底板瓦斯超限的问题,通过对近距离煤层群采掘工作面底板煤岩增透机理分析及回采工作面邻近层瓦斯涌出量计算,得出18205工作面底板瓦斯涌出量增大原因:18205工作面底板受采动影响,煤岩体形成裂隙带和卸压带,煤岩透气性系数成百倍增加,渗透率增大,为下邻近层瓦斯涌出提供了通道;下邻近层9#煤层瓦斯涌出量占18205工作面瓦斯涌出量的比例高达11.4﹪。结合理论分析、计算及开采条件,进行了底抽巷瓦斯抽采实验研究。结果表明:底板瓦斯浓度由0.46%降至0.1%,瓦斯抽放率提高了17%,矿井通风能力得到了提升。     

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%。     

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。