地面钻井抽采远距离下保护层卸压瓦斯的应用

瓦斯 纯 流量 以及 抽 采总量 等方 面 内容 。
淮南矿 区较为成熟 的卸压 瓦斯抽采 技术 为施 工
专 门的底板抽 采巷 道 ， 巷 道 内施 工 倾斜 穿层 钻 孔 在 进行抽 采 。由于岩 巷单进较 低 、 孔工 程量 大 ， 往 钻 往 造成 工作面 瓦斯治 理 工程 接替 紧张 ， 而采 用地 面 钻
第 ２期
董 鹏 ： 面 钻 井 抽 采 远 距 离 下 保 护 层 卸 压 瓦 斯 的应 用 地
１９ ６
周 围煤 岩体 的瓦斯 解 吸 后 则 通 过 渗 流 不 断地 汇 聚 到 这个 “ 瓦斯 库 ” ， 中 因此 只要 将 卸 压 瓦 斯 抽 采 钻
孔 打 到采场 的采动裂 隙“ 型 圈 内 Ｏ” ， 可 以保 就
围较 大 。其 瓦斯抽采 原 理 如 图 ２所 示 。
３ ７２１ Ｔ 作面地面 其抽采钻） １９ （ ） ｃ斤 ｌ 面布置 图
用焊 接 。抽 放 系统 布置见 图 ４ 。
４ 工作 面地 面钻井抽采瓦斯效果
２ 地 面钻 瓦斯抽米 原理图
２ ２ 卸 压瓦 斯抽 采方 法 的论证 ．
关键 词 ： 面钻 井 ； 护层 开采 ； 地 保 卸压 瓦斯 ； 用 应 中 图分 类号 ： Ｄ １ Ｔ ７２
淮南 矿 区可 采 煤 层 １ ５层 ， 厚 度 ３ ．４ 随 总 ２ １ ｍ， 着 产 量 的提 升 和开采 深度 的增 加 ， 区瓦斯 涌 出量 矿 每年 以 １０ ｍｎ的速 度 增 加 ， 层 瓦 斯 压 力 和 ０ｍ／ ｉ 煤 瓦斯 含量 越来 越 高 ， 与 瓦斯 突 出危 险性越 来越 严 煤
井抽采 ， 不需要施工 专 门的抽采 巷道 ， 则 抽采 钻孔 和 井下 生产互不影 响 ， 可有效 提前工 期 ， 解瓦 斯治 理 缓 工程 紧张问题 。根 据矿 区实践 经 验 ， 面 钻井 正 常 地 抽 采量 可达 ２ ３ｍ ／ ｉ， ０— ０ ｍｎ 抽采 半 径 可达 ３０ 已 ０ ｍ， 超过底 抽巷正 常抽 采量 （５～ ０ ｍｉ） 用地 面 钻 １ ２ ｍ／ ｎ ， 井替代 底抽巷抽采 瓦斯从 瓦斯治理 效果 上来 看是 可 行的； 单个地 面钻 井施工 １ 月可 完成 ， 个 其抽 采管 路
岩体 的裂隙构成瓦斯流动通道 ， 它对瓦斯抽采率起
决定 作 用 。卸压 瓦 斯 的运 移 与 岩层 移 动及 采 动 裂
隙的动 态 分 布 特 征 有 着 紧 密 的 关 系。实 践 表 明 ， “ 型 圈的形成 为采空 区瓦斯 的 流动 和汇集 提 供 了 Ｏ”
通道 和空 间 ， 作用相 当于形成 了一 个“ 其 瓦斯库 ” ，
能抽 采 受采 动影 响 的邻 近层 卸压 瓦斯 ， 且抽 采 的 并 瓦斯 浓 度高 、 量可 以充 分利 用 。 流
２ 地面钻井抽采采 动卸压瓦斯理论
２ １ 采 动影 响 区域 煤岩 层 瓦斯 的运 移 ． 工 作面 回采 后 ， 引起 采 场 上 部 顶 板 垮 落 ， 在 而
１工 作 面 概 况
井 的 ３ ２ ０ 的范 围 内 ， 面 钻井 呈 现 出抽 采 浓 ５～ １ ｍ 地 度 和抽 采流 量均 较 高的稳定 的抽 采 时段 ， 存在 一 即 个约 ２个 月 的抽 采 活跃 期 。 随着 地 面 钻 井 进 入 采 空 区 的距 离 加 大 ， 面钻 的抽 采 流 量呈 下 降趋 势 ， 地
合 治理技 术体 系， 效地 解 决 了保 护 层 工作 开采 过 程 中瓦斯 问题 。被 保 护 煤层 卸压 瓦斯 的抽 采技 术 不 断 有
地 发展 ， 中地 面钻 井抽采技 术能 够 高效 地抽 采 出被保 护层 的 卸压 瓦斯 及 其 开采 时的采 空区的 瓦斯 。 实践 其
证 明 ， 对矿 井瓦斯 的有 效抽采 ， 通过 可以使 矿 井的通风 管理 、 瓦斯 治理 工作稳 步提 高 ， 井安全 可靠度增 强。 矿
最少 也需 ２个 月 ， 同时 由于 在 突 出煤 层顶 底 板 施 工 存在一定 的安全威 胁 ， 给矿井 提升 、 辅助 运输 也带来 压力 。另外 ， 面钻井替代底 抽巷 也是 经济 合理 的 。 地 根据 测算 地 面钻 井 法 费 用 约 为巷 道 法 的 ６ ％ 。可 ｏ 见 ， 面钻井替代 底抽巷是 可行合 理 的。 用地
１ ２煤 层 ， 过 其 采 动 影 响 造 成 １ １— 通 ３—１煤 层 卸 压， 实现 １ ３—１ 煤层 的卸 压抽 采 。１ ３—１煤层 卸 压
瓦斯 的 大量 充 分 抽 采 ， 方 面 可 消 除 其 突 出 危 险 一 性， 另一 方 面可 降低 其 瓦斯 含 量 ， 实现 高 瓦斯 煤 层 低 瓦斯状 态 下开 采 ， 而 为安全 高 产 高效 生产 创造 从
钻井 没 有 出气 ， 工 作 面 推 过 钻 井 ３ ５ 后 ， ＃ 在 ．ｍ ２ 井 开始 出气 ， 开 始 抽 采 浓 度 较 低 ， ４ ％ 左 右 ， 刚 在 ５ 抽
１９ （ ） ７ ２ １ 工作 面 可采 走 向长 ７ ０ 在 近 切 眼 端 ４ ｍ， ４０ ３ ｍ范 围内布 置地 面 钻井 。根 据 以上分 析 得 出的
条 件 。地 面 钻井 抽 放 采 动 区域 瓦斯 技 术 是 从 地 面
ｌ ７２ １ 工作 面布 １ （ ９ ）
根据 工作 面 具体 条件 和 已采采 区实测 资料 ， 用
分 源 预 测 法 计 算 得 出 本 煤 层 相 对 瓦 斯 涌 出 量 为
７３ ｔ邻 近层 相 对 瓦斯 涌 出 量 为 １ ．８ｍ ／ ， ．４ｍ ／， ３９ ｔ 本煤 层绝 对 瓦 斯 涌 出 量 为 １． ｍ ／ ｉ， 近 层 绝 ６ ５ ｍｎ 邻
安装 、 泵站建设可 同时施 工 ； ３ ０ 的底 抽巷 施 工 而 ０ｍ
由图 ５可看 出 ， 作 面 在 未推 过 钻 井 位 置 前 ， 工
钻井 没 有抽 采 ， 工 作 面 推 过 钻 井 ３ ５ 后 ， ＃ 在 ．ｍ １ 井
开 始 出气 ， 开 始 抽 采 浓 度 较 低 ， ４ ％ 左 右 ， 刚 在 ０ 抽 采流 量 在 １ｍ ／ ｎ左 右 ， 工 作 面 推 进 ， 采 浓 ０ ｍｉ 随 抽
岩厚 约 ０～ ．ｍ； ２５ 老顶 自东 向西 由粉砂岩相 变为 中粒 砂岩 ， ． 厚８ ２～１ ． ｍ， １９ 平均 １ ． ｍ； ０ ５ 直接 底 板为 厚 约
２５ 的含砂泥岩 （ 图 １ 。 ．ｍ 见 ）
伏 １ ２煤 层 平 均 层 间距 ６ ｍ， 采 、 工 作 面 不 １— ７ 其 掘 仅 瓦 斯涌 出量 大 ， 且 还 有 煤 与 瓦 斯 突 出危 险 ， 而 因 而 选 择先 开 采 瓦 斯 含 量 较 小 、 出 危 险 性 较 小 的 突
重 ， 重 制约 着 生产 的发展 。淮 南 矿 区 由于煤层 透 严 气性差 ， 瓦斯 抽采 衰减 速 度 快 ， 始 煤 层 瓦斯 抽 采 原 困难 。主采 １ ３—１ 层 平 均厚 度 ６ 与 最 近 的下 煤 ｍ，
性低 （ 煤层透气 ｌ系数 为 ０００８ Ｐ ・ ）瓦 生 ．０ １ｍ／Ｍ ａ ｄ ， 斯含量大 （０ ｍ ／） １ｍ ｔ。煤层 直接顶板 为砂质泥岩 或泥 质粉砂岩 ， 段 （ 仅外 东部 ） 发育 ， 自东 向西 南砂 质泥 岩 相变 为泥质粉砂岩 ， 砂质泥岩厚约 ０～ ．ｍ， １２ 泥质粉砂
在地面钻井施工完成、 抽采系统形成 后 ， 随着 工作 面 的不 断推 进 ， 陆续对 ２个地 面钻井 及 其他 井
下抽 采 技术 的 抽 采 情况 进 行 了现 场考 察 。主 要 有 以下几 项 内容 ： 抽采 时 间 、 抽采距 离 、 孔始 抽 时工 钻 作 面距 钻孔 的距 离 、 抽采 负压 、 抽采 瓦斯 浓度 、 抽采
而抽 采 浓 度 则 保 持 较 长 时 间 的稳 定 ， ３ ％ 一 在 ０
５％范围内， ０ 这稳 定 的高浓 度瓦斯 可作 为 瓦斯 利 用
３ 工作面钻井布置及抽放 瓦斯工艺
３ １ 地面钻 井布 置 ．
的重 要气 源 加 以开发 利用 。 由图 ６可看 出 ， 作 面 在未 推 过 钻 井 位 置 前 ， 工
布井原则 ， 结合 １９ （ ） ７２ １ 工作 面井 下 和地 面 条件 ， 将
１９ （ ） 作面地 面瓦斯 抽采 钻 井 设 计 为 两 口地 面 ７２ １工 钻井 。第一 口井距 切 眼 ６ ｍ， ０ 以利 于近距 离 、 长时 间
采流 量在 ２ ｍｎ左 右 ， 工作 面推 进 ， 采 浓 度 ｍ／ ｉ 随 抽
对瓦 斯 涌 出量 为 ３ ． ｍ ｎ １ ９ １ 工 作 面 总 １ ５ ｍ ／ ｉ ，７ ２（ ） 的绝 对 瓦斯 涌 出量 为 ４ ｍｉ。 ８ｍ ／ ｎ
施 工 钻井 至 开采 煤层 ， 过地 面泵 站抽 采 本煤 层和 通 邻 近层 受 采 动 影 响 产 生 的 卸 压 瓦 斯 和 采 空 区 瓦 斯 ¨ 。地 面钻 井 既能 超 前 抽采 本 煤 层 工 作 面 前 方 Ｊ 受 开采影 响的卸 压瓦 斯 和采空 区的高 浓度 瓦斯 ， 又
采场 上 覆岩 层 中存 在多 层坚 硬岩 层 时 ， 部或 局 部 全
对岩体关 键层 破 断后 ， 于采 空 区 中部 的采 动裂 隙趋 位 于压 实 ， 于是 在 采空 区四周存 在 一个 互相 连通 的采 动裂 隙 发育 区 ， 也就 是采 动裂 隙 “ 型 罔 。顶 板煤 Ｏ”
原有 的两 台 ２ Ｅ —３ ５泵及 一 台 ２ Ｅ —５ ５泵 进 Ｂ１ ５ Ｂ１ ０
行抽 采 ， 面抽 采 管路 均 选 用 无 缝 钢 管 ， 用 架 空 地 采 敷设 ， 线 除管 件 、 门处 用法 兰接 头 ， 余 尽量 采 管 闸 其
证 钻 孔 的瓦斯 抽 采率 较 高 、 放 时 间 较 长 、 放 范 抽 抽
度 和抽采 流 量均 开始 上 升 ， 浓度 达 ８ ％ 以 上 ， 采 ０ 抽