地面钻井抽采卸压瓦斯的试验研究.pdf

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1、2010年4月矿业安全与环保第37卷第2期地面钻井抽采卸压瓦斯的试验研究葛春贵，王海锋，程远平，宋庆尧(1．淮北矿业集团公司，安徽淮北234113；2．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221008)摘要：为缩短瓦斯抽采工程工期、降低瓦斯治理成本，高效抽采上被保护层的卸压瓦斯，在淮北芦岭煤矿开展了地面钻井抽采卸压瓦斯的工程应用试验研究。论述了地面钻井抽采卸压瓦斯的技术原理及抽采卸压瓦斯的地面钻井基本结构。根据试验结果，地面钻井共抽采10个月，累计抽采瓦斯量2．484Mm。瓦斯抽采分为增长期、产气高峰期和衰减期3个阶段，其中，产气高

2、峰期历时4个月，瓦斯抽采浓度为60％～90％，平均抽采量达10．6133／rain。配合其他抽采措施，对应中组煤的瓦斯抽采率达70．6％，残余瓦斯含量降为5．2m／t，残余瓦斯压力降为0．53MPa，消除了中组煤的突出危险性。最后对地面钻井卸压瓦斯抽采效果的影响因素进行了分析。关键词：地面钻井；卸压瓦斯；瓦斯抽采；影响因素中图分类号：TD712．62文献标志码：A文章编号：1008—4495(2010)02—0004—03我国的突出煤层透气性普遍较低，透气性系数断裂带和弯曲带』。处于垮落带内的煤层由于开采大多低于0．1m／(MPa

3、·d)，属于难以抽采煤层¨j。条件受到破坏无法开采。处于断裂带和弯曲带内的为提高煤层瓦斯抽采效果，消除突出煤层的危险性，突出煤层能够获得良好的卸压增透效果，在保护层实现突出煤层的安全高效开采，必须在煤层瓦斯抽的保护范围内，突出煤层地应力降低、裂隙发育，煤采过程中采取相应的煤层增透措施。采用保护层开层瓦斯具有良好的卸压流动条件。地面钻井抽采卸采技术，可使被保护煤层卸压，煤层透气性增加，被压瓦斯原理如图1所示，在煤层瓦斯压力及抽采负保护煤层瓦斯具备流动条件，再配合卸压瓦斯抽采压的作用下，被保护层内的卸压瓦斯经煤层裂隙及工程，便可实现突

4、出煤层瓦斯的高效抽采-31。在岩层裂隙向地面钻井流动，通过钻井抽出，其抽采半保护层开采过程中，常见的被保护层卸压瓦斯抽采径可达100～150m。通过地面钻井的抽采，被保护方式为高抽巷、顶底板岩巷网格式穿层钻孔抽采。层煤层瓦斯含量下降，进而彻底消除突出煤层的危从抽采实践来看，抽采效果较好，但抽采工程量大，险性，实现突出煤层的安全高效回采。施工工期长，费用高。为此，试验研究了地面钻井抽采被保护层卸压瓦斯方法。^^^帆^个1r1广—^^^^^l^1地面钻井卸压瓦斯抽采原理／f＼被保地面钻井只适用于对上被保护层的瓦斯抽采，而不适用于下被保

5、护层的瓦斯抽采。保护层开采／一了．-r、=断f、巴。＼被保后，顶底板煤岩层发生移动变形，应力场和裂隙场重一新分布。顶底板内裂隙发育，地应力下降，但随着向!：J顶底板深部的延伸，其影响作用逐渐减小。根据裂隙的发育特征，将顶板煤岩层从下至上分为垮落带、蕊图l地面钻井抽采卸压瓦斯原理图收稿日期：2009—04—20；2010—01—03修订基金项目：国家自然科学基金项目(50674089)；国家重点2地面钻井的布置及施工基础研究计划(973计划)项目(2005CB221503)；国家自然科学基金重点项目(70533050)2．1工作面概

6、况作者简介：葛春贵(1965一)，男，安徽怀远人，硕士研究淮北芦岭煤矿为双突矿井，建矿以来共发生多生，现任淮北矿业集团总工程师。次煤与瓦斯突出事故。保护层试验工作面——．．2010年4月矿业安全与环保第37卷第2期Ⅱ1048工作面位于Ⅱ104采区西翼，工作面上限标2．2．1表土段高⋯548570m，下限标高一566～一582m，工作第四系表土层采用311mm牙轮钻头钻进至面走向长310m，开切眼面长220m，收作线面长基岩，钻井深度为256．09m，并取芯验证后，安设100m，倾角5。～7。，煤层厚度2．3～2．6m。煤层顶@27

7、3mm×9mm护壁套管，套管丝扣连接，并外焊板以中粒砂岩为主，工作面及地面钻井布置如图22～3块50mm×300mm×6mm钢板，以防止地层采所示。对应的中组煤上被保护层8煤、9煤层瓦斯压动后套管于丝扣处断脱。套管与井壁外环间隙用力为3．2MPa，瓦斯含量为l8．2m。／t，地面钻井抽采42．5硅酸盐高强水泥进行全井封闭，直至井口返出纯的中组煤总厚度达13m，煤层瓦斯储量丰富。水泥浆，共用水泥10t、三乙醇胺50kg、食盐50kg。2．2．2基岩段基岩部分原设计@273mm钻头钻进至7煤顶板5．5m，即462．5m。施工中通过取芯

8、验证，7煤顶板为29m厚的泥岩和粉砂岩，托不住@177．8mm套管，最后将@216mm的孔深改为436．28m，全井安设@177．8mm×9．17mm石油地质套管，材质为N80，套管外接箍丝扣连接。套管与井壁及一II【@273mm管内壁的环状间隙全