采空区瓦斯地面抽采钻井稳定性因素分析.doc

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1、采空区瓦斯地面抽采钻井稳定性因素分析作者：李日富梁运培欧聪牟景珊　　摘要：以淮南矿区张北矿地面钻井抽采采空区瓦斯试验为背景，通过对比分析淮南矿区各试验钻井抽采数据，运用数值模拟的手段，分析讨论了采空区上覆岩层在采动影响下的时空运移、破坏规律，在此基础上对影响地面抽采钻井稳定性的主要参数进行了分析，并总结出提高地面抽采钻井稳定性的相关建议，对采空区瓦斯抽采技术的研究和推广应用具有一定的指导意义。　　关键词：地面钻井；采空区；瓦斯抽采；钻井稳定性；采场覆岩　　近年来，随着煤层开采深度的不断增加，原来无煤与瓦斯突出危险的煤

2、层变为煤与瓦斯突出危险的煤层，煤层瓦斯灾害已经成为制约我国煤炭企业持续发展的首要问题之一，寻求更加安全、有效的煤层瓦斯治理方法日益迫切。同时，煤层气作为一种高效、清洁的能源已经越来越受到人类的重视。在能源危机日益严重的当今社会，最大限度地开采利用地下煤层瓦斯意义重大。　　开采煤层气的方法有2类，即采前预抽和采后卸压抽采。瓦斯抽采方法的选择主要决定于煤层的地质构造、透气性、瓦斯含量以及煤层钻进成本等因素。我国的煤层透气性普遍偏低，采前预抽效果较差。而在采空区深部瓦斯富集，其瓦斯最高浓度为工作面瓦斯浓度的几十倍甚至上百倍

3、，采空区的卸压瓦斯是工作面瓦斯涌出的主要来源之一。因此，利用地面钻井进行采空区瓦斯抽采是行之有效的方法。　　1地面钻井抽采瓦斯的原理　　地面钻井抽采采空区瓦斯是近年来煤炭行业新兴的煤层瓦斯抽采技术之一，在美国及澳大利亚的许多矿井得到了成功应用。采用地面钻井抽采采空区瓦斯的原理：由于受煤层采动影响，工作面上覆岩层产生的移动裂隙可分为“竖三带”和“横三区”(见图1)。在工作面推移过程中，采空区覆岩中的弯曲下沉带内产生大量离层、裂隙，增大了煤层透气性，成为煤层释放瓦斯的流动通道，通过将地面钻井打进裂隙带内，将采空区瓦斯抽采

4、至地面。　　图1采煤工作面上覆岩层沿工作面推进方向的分区　　　　2现场抽采试验　　2.1试验工作面情况　　进行地面钻井抽采试验的11418工作面为张北矿的首采工作面，工作面宽240m，长1320m。开采的8号煤层均厚3.2m。煤层沿工作面推进方向向上倾斜2o～3o。工作面上覆岩层以厚层的第四系沉积岩为主。从地面到基岩为400m厚的第四系沉积岩，且含水层、断层发育，地质构造较复杂。　　2.2地面钻井施工参数设计　　本次试验施工了2个钻井，钻井通过3个钻进和装套管阶段完成。1#钻井在距开切眼100m、上风巷50m处布置，

5、孔深526.41m，终孔位置距8#煤层顶板5m，其具体参数如下：第一阶段，钻孔深度0～417.5m，Ф311mm，内装Ф245mm×10mm的套管，并注浆加固；第二阶段，钻孔深度417.5～480.0m，Ф216mm，内装Ф177mm×9.19mm的套管，并注浆加固；第三阶段，钻孔深度480.0～508.6m，Ф190mm，内装Ф39.7mm×9.17mm的石油管，其总长为38.997m。槽管(Ф139.7mm×9.17mm)和整体套管(Ф177mm×9.19mm)重叠部分的长度为10.397m(见图2)。2#钻井在

6、距开切眼943m、上风巷37m处布置，具体参数与1#钻井大体相同。　　图2张北矿11418工作面地面钻孔结构设计施工图　　　　3地面钻井抽采考察及分析　　迄今为止，淮南矿区已经先后试验了12个地面瓦斯抽采钻井，部分钻井实验数据如表1所示。　　表1地面钻井抽采工作情况　　　　从表1中各矿井的试验数据比较可以看出，试验抽采钻井都是在回采工作面推过30m后开始破坏，但是靠近风巷侧的钻井有效工作日期较短，钻井破坏时工作面推过距离较短，而位于工作面中心线的钻井有效抽采日期相对较长，钻井破坏时工作面推过距离较长(在图3中可以更直

7、观地看到这点)。试验表明，随着钻井布置位置向风巷的偏移，抽采钻井井筒的稳定性呈现出减弱趋势，钻井布置位置不宜过分靠近风巷。　　在正常工作期间，各钻井均抽采出了高浓度的瓦斯，但是靠近风巷侧的钻井瓦斯抽采流量相对较大，而位于工作面中心线的钻井瓦斯抽采流量相对较小；表明采空区中部的裂隙由于顶板冒落重新压实而靠近风巷侧的覆岩内裂隙更加发育，从而在采空区内部形成了“外空中实”的采动裂隙环形圈，采空区边缘的卸压瓦斯聚集量比中部要高，因此，钻井终孔点布置在偏离采空区中部、稍微偏向风巷侧有利于瓦斯抽采。　　图3工作面与破坏钻孔空间位

8、置图　　　　4采空区覆岩移动分析及钻井参数确定　　影响采空区瓦斯地面抽采钻井稳定性的因素主要分为外界客观因素和钻井自身参数2大类。外界客观因素包括地质条件、开采方式、覆岩移动等，由于钻井为采动后抽采采空区瓦斯，因此覆岩移动影响更为突出。钻井自身参数包括钻井位置、井简直径、护井方式、井体结构等，钻井位置与井简直径的影响尤为重要。　　4.1覆岩采动