地面钻井抽采采空区瓦斯技术及工程应用_何宇雄
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3 3 / ,瓦 斯 压Fra Baidu bibliotek力 0 ,煤体 含量 8 t 2~0 . 8 7 MP a . 5m . 4
坚固性系数 0 4~0 . 5 8, 属 低 透 气 、 强 吸 附 性 、 . 4 难抽放煤层 。 0 5 工作面位于北风井东翼采区 , 东侧 、 西 N 2 1 侧及北侧均为实体煤 , 南侧为南二采区 5 条下山巷 ( ,工 作 面 平 均 埋 深 5 已掘 ) 5 2 m。 工 作 面 走 向 长
中国煤炭第 4 5年5月 1 卷第 5 期 2 0 1
* 基金项目 : 中 国 矿 业 大 学 煤 炭 资 源 与 安 全 开 采 国 家 ) 重点实验室开放基金项目 ( S K L C R S M 1 3 K F B 0 4
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2 1 7 0m, 倾斜 长 2 8 . 2±0 . 1 m, 循 环 5 m, 采 高 3 进度 0 三 进 一 回” 的 Y 型 通 风 方 式, . 8m。 采用 “ 采用走向长壁 、 后退式大采高低位放顶煤一次采全 高采煤工艺开采煤层 , 全部垮落法管理顶板 。
图 2 3# 钻井井身结构示意图
以 下1 5m, 下入 2 4 4 . 5mm×8mm 表层套管并固 井 ; 二开段采用 . 9 mm 孔 径 钻 至 预 计 裂 隙 带 2 1 5 顶部 , 下 入 . 8 mm×9 . 1 9 mm 石 油 套 管 , 采 1 7 7 用单层普通 水 泥 固 井 ; 三 开 段 采 用 . 4 mm 孔 1 5 2 径 , 下入 1 2 7mm×8mm 缠丝筛管 。 由于 N 5 2 1 0 工作面开采强度高 , 推进速度快 ( 平均推进速度为 / ) ,上 覆 岩 层 活 动 剧 烈, 对 钻 井 井 身 的 破 坏 4m d 作用大 , 因此工作 面 推 过 钻 井 约 6 工作面 0m 时 ( 推过 1# 钻 井 5 7 m 时 钻 井 发 生 失 效 , 推 过 2# 钻 井 6 4m 时钻井 发 生 失 效 , 因 此 , 此 处 取 平 均 距 离 约 , 发 生 了 钻 井 失 效, 抽 采 流 量 大 幅 度 降 为6 0 m) 低 。 为延长钻 井 有 效 抽 采 期 , 提 高 瓦 斯 抽 采 效 果 , 对 3# 钻井井 身 结 构 进 行 了 优 化 设 计 : 增 加 钻 井 孔 径 、 套管壁厚 , 开 孔 采 用 5 7 0 mm 孔 径 穿 过 松 散
3 / ,纯瓦斯抽采流量最大值为1 践结果表明 , 地面钻井单 井 最 长 抽 采 期 为 5 m i n, 9 4m 7d 2 . 4 3 单井累计抽采纯瓦斯 3 m , 上隅角平均预警次数由抽采前 8 3 1×1 0 3次,显 9 . . 3 次降至 1 . 0
著降低了井下瓦斯超限频率 , 保证了矿井安全高效生产 。 关键词 低透气性煤层 放顶煤开采 地面钻井 瓦斯抽采 采空区瓦斯 预警次数 中图分类号 T 1 2 . 6 文献标识码 A D 7
3 / , t 5工作面原始瓦斯含量为 1 4 9 6m 0 . 0 N 2 1 0 3 工作面回采期间绝对瓦斯涌出量达 8 m i n, 为 5m/
了降低瓦斯涌出量 , 余吾煤业公司先后采取了采前 预抽 、 裂 隙 带 抽 采 、 千 米 钻 机 抽 采 等 瓦 斯 抽 采 方 法 , 但瓦斯治理效果不明显 , 回风瓦斯浓度仍高达 0 . 9 6% , 工作面瓦斯频繁超限 , 严重影响了工作面 的安全开 采 。 为 提 高 N 5 工作面的瓦斯抽采效 2 1 0 果 , 余吾煤业 公 司 在 N 5工作面开展了地面钻 2 1 0 井抽采采空区瓦斯的工程试验 。 2 地面钻井抽采试验 随着 N 5 工 作 面 的 回 采, 采 空 区 上 覆 岩 层 2 1 0 中弯曲下沉带内产生大量离层裂隙和竖向裂隙 , 沟 通了上 、 下岩层间的瓦斯流动通道 , 地面钻井抽采 采空区瓦斯就是通过将地面钻井打进裂隙带内 , 构 建地面瓦斯抽采系统 , 将采空区瓦斯抽采至地面 。 2 . 1 地面钻井布井位置 5 工作面回 采 期 间 , 随 着 工 作 面 的 推 进 , N 2 1 0 采动裂隙 不 断 发 展 , 采 空 区 中 部 采 动 裂 隙 最 为 发 育 , 关键层破断后 , 位于采空区中部的采动裂隙趋 于压实 , 而在采空区四周则存在一相互连通的采动 裂隙发育 区 , 称 为 采 动 裂 隙 O 型 圈 。 根 据 卸 压 瓦 斯 O 型圈 抽 放 理 论 和 国 内 其 他 钻 井 工 程 经 验 , 地 面钻 井 布 置 在 距 回 风 巷 一 侧 2 0~5 0 m 内。 根 据 N 2 1 0 5 工 作 面 实 际 条 件, 共 布 置 3 口 试 验 钻 井, # 1 钻井沿 走 向 距 切 眼 4 6 9 m, 沿 倾 向 距 回 风 巷 道 5m;2# 钻井与 1# 钻 井 间 距 3 0 3 m, 沿 倾 向 距 回 4 风巷道 3 5m;3# 钻井与 2# 钻井间距 4 9 4 m, 沿倾 向距回风巷道 3 5m, 钻井平面布置如图 1 所示 。
( , , , , , ; 1.Y u w u C o a l I n d u s t r C o. L t d. S h a n x i L u ' a n M i n i n G r o u C o. L t d. C h a n z h i S h a n x i 0 4 6 1 0 0, C h i n a y g p g , , , , ; 2. F a c u l t o f S a f e t E n i n e e r i n C h i n a U n i v e r s i t o f M i n i n a n d T e c h n o l o X u z h o u J i a n s u 2 2 1 1 1 6 C h i n a y g y g g y g y g , 3. S t a t e K e L a b o r a t o r o f C o a l R e s o u r c e s a n d S a f e M i n i n h i n a U n i v e r s i t o f M i n i n y y g C y g ) a n d T e c h n o l o u z h o u, J i a n s u 2 2 1 1 1 6, C h i n a g y,X g b s e r m e a b i l i t a n d t h e t e c h n i c a l c o n d i t i o n s o f c o a l o c c u r r e n c e a n d t o t r a c t I n v i e w o f l o w A - p y p , c o a a s d r a i n a e i n r o u n d d r i l l i n t e c h n i u e f o r t h e l c a v i n o f Y u w u C o a l M i n i n C o m a n t h e g g g g q g g p y , s h e f r a u t f o r w a r d t h e a n t i o a f w a s a r c t u r e b o r e h o l e a n d t h e o t i m a l l o c a t i o n o f b o r e h o l e s w e r e - - p g p , d e s i n e d, t h e d r i l l i n d e s i n s c h e m e w a s o t i m i z e d a n d t h e e n i n e e r i n r a c t i c e w a s c a r r i e d o u t . g g g p g g p , T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e l o n e s t d r a i n a e i s 5 7d a s f o r s i n l e b o r e h o l e f r o m r o u n d a n d t h e g g y g g 3 / , m i n. m a x i m u m d r a i n a e r a t e i s 1 2. 9 4m F u r t h e r m o r e t h e t o t a l f l o w o f u r e a s f o r s i n l e b o r e - g p g g 4 3 , h o l h e a e w a s 3 9. 3 1×1 0 m t v e r a e n u m b e r o f w a r n i n i n t h e u e r c o r n e r w a s d e c r e a s e d f r o m g g p p , 8. 3 0b e f o r e d r a i n a e t o 1. 0 3, s i n i f i c a n t l r e d u c i n t h e o v e r r u n f r e u e n c o f u n d e r r o u n d a s g g y g q y g g e f f e n s u r i n t h e s a f e a n d h i h i c i e n t r o d u c t i o n i n c o a l m i n e . - g g p , , , c o a l c a v i n m i n i n r o u n d b o r e h o l e s K e w o r d s l o w e r m e a b i l i t c o a l s e a n t o a s d r a i n - g g g g p y p y , , a e a s i n o a f n u m b e r o f w a r n i n g g g g 1 矿井及工作面概况 山西余吾煤 业 公 司 是 一 座 高 瓦 斯 矿 井 , 目 前 , 全矿 井 瓦 斯 涌 出 量 3 m i n。 现 主 采 3# 煤 . 4 m/ 3 7 ,平均瓦斯 层 , 煤层平均 厚 6 1 m, 平 均 倾 角 5 . 3 °
★ 煤矿安全 ★
地面钻井抽采采空区瓦斯技术及工程应用 *
3 何宇雄1 刘应科2, 韩 巍2
( 山西潞安集团余吾煤业有限责任公司 , 山西省长治市 ,0 1. 1 0 0; 4 6 中国矿业大学安全工程学院 , 江苏省徐州市 ,2 2. 1 1 6; 2 1 ) 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室 , 江苏省徐州市 ,2 1 1 6 3. 2 1 摘 要 余吾煤业公司采用放顶煤开采技术 , 针对低透气性煤层提出了地面钻井抽采采 空区瓦斯技术 , 设计了防剪切破断井身结构和最优布井位置 , 优化了钻井设计方案 。 工程实
r o u n d b o r e h o l e s a n d i t s a l i c a t i o n o a f f r o m r a i n a e t e c h n i u e i n G a s d g p p g g q
1 12 2 ,H L u Y n W H u x i o n i n k e e i i a e Y g, g ,
坚固性系数 0 4~0 . 5 8, 属 低 透 气 、 强 吸 附 性 、 . 4 难抽放煤层 。 0 5 工作面位于北风井东翼采区 , 东侧 、 西 N 2 1 侧及北侧均为实体煤 , 南侧为南二采区 5 条下山巷 ( ,工 作 面 平 均 埋 深 5 已掘 ) 5 2 m。 工 作 面 走 向 长
中国煤炭第 4 5年5月 1 卷第 5 期 2 0 1
* 基金项目 : 中 国 矿 业 大 学 煤 炭 资 源 与 安 全 开 采 国 家 ) 重点实验室开放基金项目 ( S K L C R S M 1 3 K F B 0 4
1 2 0
2 1 7 0m, 倾斜 长 2 8 . 2±0 . 1 m, 循 环 5 m, 采 高 3 进度 0 三 进 一 回” 的 Y 型 通 风 方 式, . 8m。 采用 “ 采用走向长壁 、 后退式大采高低位放顶煤一次采全 高采煤工艺开采煤层 , 全部垮落法管理顶板 。
图 2 3# 钻井井身结构示意图
以 下1 5m, 下入 2 4 4 . 5mm×8mm 表层套管并固 井 ; 二开段采用 . 9 mm 孔 径 钻 至 预 计 裂 隙 带 2 1 5 顶部 , 下 入 . 8 mm×9 . 1 9 mm 石 油 套 管 , 采 1 7 7 用单层普通 水 泥 固 井 ; 三 开 段 采 用 . 4 mm 孔 1 5 2 径 , 下入 1 2 7mm×8mm 缠丝筛管 。 由于 N 5 2 1 0 工作面开采强度高 , 推进速度快 ( 平均推进速度为 / ) ,上 覆 岩 层 活 动 剧 烈, 对 钻 井 井 身 的 破 坏 4m d 作用大 , 因此工作 面 推 过 钻 井 约 6 工作面 0m 时 ( 推过 1# 钻 井 5 7 m 时 钻 井 发 生 失 效 , 推 过 2# 钻 井 6 4m 时钻井 发 生 失 效 , 因 此 , 此 处 取 平 均 距 离 约 , 发 生 了 钻 井 失 效, 抽 采 流 量 大 幅 度 降 为6 0 m) 低 。 为延长钻 井 有 效 抽 采 期 , 提 高 瓦 斯 抽 采 效 果 , 对 3# 钻井井 身 结 构 进 行 了 优 化 设 计 : 增 加 钻 井 孔 径 、 套管壁厚 , 开 孔 采 用 5 7 0 mm 孔 径 穿 过 松 散
3 / ,纯瓦斯抽采流量最大值为1 践结果表明 , 地面钻井单 井 最 长 抽 采 期 为 5 m i n, 9 4m 7d 2 . 4 3 单井累计抽采纯瓦斯 3 m , 上隅角平均预警次数由抽采前 8 3 1×1 0 3次,显 9 . . 3 次降至 1 . 0
著降低了井下瓦斯超限频率 , 保证了矿井安全高效生产 。 关键词 低透气性煤层 放顶煤开采 地面钻井 瓦斯抽采 采空区瓦斯 预警次数 中图分类号 T 1 2 . 6 文献标识码 A D 7
3 / , t 5工作面原始瓦斯含量为 1 4 9 6m 0 . 0 N 2 1 0 3 工作面回采期间绝对瓦斯涌出量达 8 m i n, 为 5m/
了降低瓦斯涌出量 , 余吾煤业公司先后采取了采前 预抽 、 裂 隙 带 抽 采 、 千 米 钻 机 抽 采 等 瓦 斯 抽 采 方 法 , 但瓦斯治理效果不明显 , 回风瓦斯浓度仍高达 0 . 9 6% , 工作面瓦斯频繁超限 , 严重影响了工作面 的安全开 采 。 为 提 高 N 5 工作面的瓦斯抽采效 2 1 0 果 , 余吾煤业 公 司 在 N 5工作面开展了地面钻 2 1 0 井抽采采空区瓦斯的工程试验 。 2 地面钻井抽采试验 随着 N 5 工 作 面 的 回 采, 采 空 区 上 覆 岩 层 2 1 0 中弯曲下沉带内产生大量离层裂隙和竖向裂隙 , 沟 通了上 、 下岩层间的瓦斯流动通道 , 地面钻井抽采 采空区瓦斯就是通过将地面钻井打进裂隙带内 , 构 建地面瓦斯抽采系统 , 将采空区瓦斯抽采至地面 。 2 . 1 地面钻井布井位置 5 工作面回 采 期 间 , 随 着 工 作 面 的 推 进 , N 2 1 0 采动裂隙 不 断 发 展 , 采 空 区 中 部 采 动 裂 隙 最 为 发 育 , 关键层破断后 , 位于采空区中部的采动裂隙趋 于压实 , 而在采空区四周则存在一相互连通的采动 裂隙发育 区 , 称 为 采 动 裂 隙 O 型 圈 。 根 据 卸 压 瓦 斯 O 型圈 抽 放 理 论 和 国 内 其 他 钻 井 工 程 经 验 , 地 面钻 井 布 置 在 距 回 风 巷 一 侧 2 0~5 0 m 内。 根 据 N 2 1 0 5 工 作 面 实 际 条 件, 共 布 置 3 口 试 验 钻 井, # 1 钻井沿 走 向 距 切 眼 4 6 9 m, 沿 倾 向 距 回 风 巷 道 5m;2# 钻井与 1# 钻 井 间 距 3 0 3 m, 沿 倾 向 距 回 4 风巷道 3 5m;3# 钻井与 2# 钻井间距 4 9 4 m, 沿倾 向距回风巷道 3 5m, 钻井平面布置如图 1 所示 。
( , , , , , ; 1.Y u w u C o a l I n d u s t r C o. L t d. S h a n x i L u ' a n M i n i n G r o u C o. L t d. C h a n z h i S h a n x i 0 4 6 1 0 0, C h i n a y g p g , , , , ; 2. F a c u l t o f S a f e t E n i n e e r i n C h i n a U n i v e r s i t o f M i n i n a n d T e c h n o l o X u z h o u J i a n s u 2 2 1 1 1 6 C h i n a y g y g g y g y g , 3. S t a t e K e L a b o r a t o r o f C o a l R e s o u r c e s a n d S a f e M i n i n h i n a U n i v e r s i t o f M i n i n y y g C y g ) a n d T e c h n o l o u z h o u, J i a n s u 2 2 1 1 1 6, C h i n a g y,X g b s e r m e a b i l i t a n d t h e t e c h n i c a l c o n d i t i o n s o f c o a l o c c u r r e n c e a n d t o t r a c t I n v i e w o f l o w A - p y p , c o a a s d r a i n a e i n r o u n d d r i l l i n t e c h n i u e f o r t h e l c a v i n o f Y u w u C o a l M i n i n C o m a n t h e g g g g q g g p y , s h e f r a u t f o r w a r d t h e a n t i o a f w a s a r c t u r e b o r e h o l e a n d t h e o t i m a l l o c a t i o n o f b o r e h o l e s w e r e - - p g p , d e s i n e d, t h e d r i l l i n d e s i n s c h e m e w a s o t i m i z e d a n d t h e e n i n e e r i n r a c t i c e w a s c a r r i e d o u t . g g g p g g p , T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e l o n e s t d r a i n a e i s 5 7d a s f o r s i n l e b o r e h o l e f r o m r o u n d a n d t h e g g y g g 3 / , m i n. m a x i m u m d r a i n a e r a t e i s 1 2. 9 4m F u r t h e r m o r e t h e t o t a l f l o w o f u r e a s f o r s i n l e b o r e - g p g g 4 3 , h o l h e a e w a s 3 9. 3 1×1 0 m t v e r a e n u m b e r o f w a r n i n i n t h e u e r c o r n e r w a s d e c r e a s e d f r o m g g p p , 8. 3 0b e f o r e d r a i n a e t o 1. 0 3, s i n i f i c a n t l r e d u c i n t h e o v e r r u n f r e u e n c o f u n d e r r o u n d a s g g y g q y g g e f f e n s u r i n t h e s a f e a n d h i h i c i e n t r o d u c t i o n i n c o a l m i n e . - g g p , , , c o a l c a v i n m i n i n r o u n d b o r e h o l e s K e w o r d s l o w e r m e a b i l i t c o a l s e a n t o a s d r a i n - g g g g p y p y , , a e a s i n o a f n u m b e r o f w a r n i n g g g g 1 矿井及工作面概况 山西余吾煤 业 公 司 是 一 座 高 瓦 斯 矿 井 , 目 前 , 全矿 井 瓦 斯 涌 出 量 3 m i n。 现 主 采 3# 煤 . 4 m/ 3 7 ,平均瓦斯 层 , 煤层平均 厚 6 1 m, 平 均 倾 角 5 . 3 °
★ 煤矿安全 ★
地面钻井抽采采空区瓦斯技术及工程应用 *
3 何宇雄1 刘应科2, 韩 巍2
( 山西潞安集团余吾煤业有限责任公司 , 山西省长治市 ,0 1. 1 0 0; 4 6 中国矿业大学安全工程学院 , 江苏省徐州市 ,2 2. 1 1 6; 2 1 ) 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室 , 江苏省徐州市 ,2 1 1 6 3. 2 1 摘 要 余吾煤业公司采用放顶煤开采技术 , 针对低透气性煤层提出了地面钻井抽采采 空区瓦斯技术 , 设计了防剪切破断井身结构和最优布井位置 , 优化了钻井设计方案 。 工程实
r o u n d b o r e h o l e s a n d i t s a l i c a t i o n o a f f r o m r a i n a e t e c h n i u e i n G a s d g p p g g q
1 12 2 ,H L u Y n W H u x i o n i n k e e i i a e Y g, g ,