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。     

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。     

穿越采空区L型瓦斯抽采水平井钻进关键技术

为了深部煤层开采之前能够高效超前抽采瓦斯，保障深部煤层安全开采，L型水平井钻进技术成为地面瓦斯抽采的主要方法之一。针对穿越采空区L型瓦斯抽采水平井钻进施工存在的诸多困难，主要从井身结构设计、穿越采空区氮气钻进技术、水平段钻进轨迹控制技术3个方面，进行了穿越采空区L型瓦斯抽采水平井钻进关键技术研究。将关键技术研究成果成功应用于了M矿区1口穿越采空区L型地面瓦斯抽采井，高效顺利完钻了该井施工，使得目标深部煤层水平段钻进的钻遇率约为90%。     

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。     

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...     

地面L型井瓦斯抽采实践与探索

随着综采、综放采煤工艺的发展应用,采掘推进速度加快,开采强度增大,使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度增加。为解决高产高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的问题,结合矿井地质条件,采用开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层及采空区瓦斯采后抽采、地面钻孔抽采等多种方法,使瓦斯抽采量及抽采率达到最高。寺河煤矿3313工作面首次采用地面L型井抽采工作面瓦斯,取得良好效果。     

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。     

井筒揭煤区域的地面瓦斯抽采防突技术研究

为保障新建突出矿井揭煤安全,提高地面瓦斯抽采井的抽采消突效果,对官寨煤矿瓦斯抽采井井型选择、瓦斯抽采工艺和技术、抽采效果预测等方面开展研究。结果表明:在地质构造复杂地区进行地面瓦斯抽采时,由于断层发育、煤层赋存不稳定,不宜施工水平井,采用垂直井和定向井更具有针对性和适用性;对具有突出危险性的煤层20 m范围进行射孔,并采用"泵送桥塞分段压裂"进行水力压裂改造,压裂完成后,对改造煤层进行合层抽采,抽采效果较好。工程实践表明,采用地面瓦斯抽采井进行瓦斯抽采能有效降低煤与瓦斯突出危险性,保障井筒安全施工。     

大佛寺煤矿地面瓦斯抽采井型设计优化分析

煤矿瓦斯地面抽采逐步成为瓦斯抽采的主要方式,抽采井井型选择一直是设计难点。为探究适合大佛寺煤矿的地面抽采井型,研究了大佛寺煤矿煤层储存特性,发现矿区煤层吸附能力和渗透率较好,不同煤层间存在差异,由此优化设计了"U"型、"V"型和多分支水平井,为提高瓦斯抽采量提供了新途径。     

地面钻井抽采瓦斯的技术研究和发展

为了提高瓦斯抽采量和节约井下瓦斯抽采时间,地面瓦斯抽采的研究不仅为瓦斯抽采方法提供了一种新的途径,同时也为矿井井下通风与抽采减轻了负担,在消除隐患的前提下,也提高了矿井生产能力。简要论述了国内外地面钻井的研究现状,列举了我国实施地面钻井抽采的成果,从自然可观因素和技术因素两个方面说明了影响地面钻井瓦斯抽采的各种因素,分析了地面钻井抽采的三个过程:在预抽采前,为了提高抽采效果,提供了增加煤层透气性的方法措施;分析了卸压抽采与采空区抽采瓦斯阶段的关键技术点。总结了地面瓦斯抽采的三个过程,得出"一井三用"综合抽采瓦斯方法的重要性,在"一井三用"的基础上总结出大直径地面钻孔抽采瓦斯是未来研究地面钻井的方向。     

2~#瓦斯抽采井在S5202工作面中的应用

为解决采空区瓦斯涌出量过大的问题,余吾煤业决定在S5202工作面布置瓦斯抽采井。根据余吾煤业S5202工作面2~#瓦斯抽采井的抽采情况,详细探讨了瓦斯抽采井对工作面瓦斯治理的影响,从而确认回采长度在25.6~76 m之间时,地面抽采井与高抽巷抽采相互影响,且地面抽采井不适用于单一厚煤层的瓦斯治理工作。     

采动卸压下伏煤层瓦斯L型井抽采技术研究

为实现高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井受采动卸压影响的下伏煤层瓦斯抽采,以山西晋城矿区寺河煤矿3~#煤层5303工作面为研究对象,系统研究了3~#煤层采动卸压后下伏9~#煤层岩体的裂隙发育规律、应力分布特征和渗透性变化特性。数值模拟表明,工作面受采动影响垂向卸压范围可达71.43m,9~#煤层在底鼓变形带内,最大卸压值达到3.61MPa,使得该区域裂隙发育,渗透率提高。研究提出了一种煤矿瓦斯地面抽采新模式,即采用斜直井钻机地面施工L型井方式抽采经采动卸压的下伏煤层瓦斯,其研究成果对同类煤矿开采条件下高瓦斯和突出煤层瓦斯抽采工作具有重要指导借鉴意义。     

采动区综采工作面地面“L”型钻井瓦斯抽采技术

为防治高瓦斯碎软低渗煤层综采工作面瓦斯超限难题,提出了地面"L"井瓦斯抽采技术,基于杨柳煤矿10煤1071工作面工程地质及瓦斯抽采条件,对"L"井井位布置技术、井身结构设计、施工关键技术、瓦斯抽采效果等进行了综合研究。结果表明:地面"L"井水平段在纵向上须处于覆岩裂隙带中部偏下,在横向上须与"O"形圈有效沟通;"L"井宜设计为三开井身结构,其中三开段采用筛管完井,为有效抽采段;"L"井水平段施工,采用MWD、交替滑动钻进与复合钻进、优选钻具组合等方法控制井眼轨迹,井眼全角变化率大,上仰段井斜达93°～94°;采用套管分步连环精确开窗侧钻及打捞成套工艺确保了"L"井多分支孔的顺畅施工;泄水孔堵塞是导致"L"井抽采效果不理想的主因。该成果可为煤矿瓦斯灾害防治、煤与瓦斯共采实践等提供理论依据及技术借鉴。     

胡底煤业L型井采空区瓦斯抽采技术研究

为加强胡底煤业1301(上)采煤工作面瓦斯治理,设计并实施了一口L型井对井下采空区瓦斯进行抽采,分析和评价了L型井抽采过程及抽采效果。结果表明:L型井距离3#煤层9~12倍采高为最佳层位;L型井布置角度应与煤层倾角保持一致并尽量布置在同一岩层中时,避免穿层发生塌孔;L型井应与回风巷保持一定距离,最佳距离在40~70m;L型井能有效降低上隅角及工作面回风流中的瓦斯浓度,瓦斯抽采效果明显。研究成果为将来L型井的设计及施工提供了良好基础和借鉴。     

地面井瓦斯抽采计量监测系统的研究与应用

针对地面井瓦斯抽采监控计量存在可靠性差、精确度低的问题,通过对抽采检测、野外自供电、分布式测点数据采集、计量监控装置等技术及工艺的研究,形成了一套地面井瓦斯抽采单独计量监测系统,为地面井实时在线监测提供了整套技术与装备,提高了地面井计量的精确度;同时将地面井瓦斯抽采数据与井下监控系统数据实时结合在一起,实现了矿井抽采的安全和有效监控。     

井下定向钻孔与地面“U”型井组直井对接技术

为了提高地面煤层气井组抽采效率,验证对接钻孔来实现煤层瓦斯的立体式联合抽采的可能性,以保德煤矿施工完成的1个主孔孔深为1 544 m对接钻孔为实例,介绍了对接钻孔轨迹的设计方法、设计原则和孔深结构,研究了对接连通技术和定向钻孔轨迹控制技术,分析了对接钻孔与地面"U"型井组直井的联合抽采效果。结果表明:煤矿井下与地面"U"型井直井对接钻孔可以提高地面煤层气井组抽采效率,对煤矿的瓦斯治理和高效开发利用具有示范意义。     

特厚煤层综放面采空区综合瓦斯治理技术研究

针对特厚煤层综放面回采时瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯超限严重影响安全生产的难题,提出地面立孔、L型钻孔和高抽巷三种瓦斯治理技术。借助数值模拟软件得到采动覆岩演化规律及三种治理方法的合理布置参数。现场实测结果表明:L型钻孔瓦斯抽采浓度是高抽巷的0.5倍,地面立孔瓦斯抽采浓度仅为2.4%。高抽巷的抽采瓦斯纯量是地面立孔的1.5倍,是L型钻孔的5倍,高抽巷抽采瓦斯纯量高达32m~3/min,瓦斯抽采浓度高达36%,治理效果良好。对比分析工程造价、抽采效果及经济效益等因素,决定实施高抽巷和地面立孔来治理采空区瓦斯。     

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。     

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。