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浅析地面瓦斯抽采中引起钻孔变形破坏因素及对策 　　【摘 要】利用地面钻孔抽采回采工作面和采空区瓦斯是近年发展起来的解决煤矿井下高瓦斯问题的一种有效方法。但抽采用的钻孔常常由于各种原因而发生变形破坏，影响抽采效率，给生产带来较大的影响。文章对引起钻孔破坏的因素进行了分析，并提出了几点对策。 　　【关键词】地面瓦斯抽采；钻孔变形；影响因素 　　1 前言 　　淮南矿区是我国十分重要的大型煤炭能源基地，交通便利，对华东地区国民经济建设及发展起着非常重要的作用。淮南煤田可采煤层群赋存稳定，在新集、谢桥、潘集新区，主采煤层厚、倾角小，适宜高产高效集约化开采。但是，随着开采深度的增加，高地应力、高瓦斯压力等危害越来越严重，尤其是在开采高瓦斯、低透气煤层群时瓦斯灾害更为突出。瓦斯灾害是矿区实现高产高效集约化开采最重要、最关键的制约因素，而煤与瓦斯突出问题是瓦斯灾害的重中之重。 　　利用地面钻孔抽采回采工作面和采空区瓦斯是近年发展起来的解决煤矿井下高瓦斯问题的一种有效方法。地面钻井抽采瓦斯具有对煤炭井下回采影响小，可以进行采前预抽、采动抽采和采空区抽采“一井三用”的优点。随着回采工作面的推进，采场上覆岩层进行应力调整并发生剧烈的岩层移动，往往导致地面瓦斯抽采钻孔的变形破坏，造成较大的经济损失。地面钻孔的变形破坏不仅与采场覆岩的物性参数有关，还与采场的回采工艺有关。本文从岩层移动规律方面分析了地面钻孔的变形破坏影响因素，并提出了具体的防护措施，以期对地面钻孔工程具有一定的指导作用。 　　2 引起钻孔变形破坏的因素分析 　　2.1 关键层的影响效应分析 　　由关键层的定义可知，关键层的存在对上覆岩层全部或局部有着较强的控制作用，在其破断前会在一定程度上延迟其上覆岩层的沉降时间并减少沉降量；同时关键层的存在会在一定程度上增加上覆岩层结构的坚固性系数，由经验可知，随着上覆岩层坚固程度的增加，影响角正切值tg逐渐减小，因此有采动影响半径逐渐增大。由文献[1]可知可知，关键层破断前会使得u（x）减小，即使得地面钻井套管在关键层之上部分发生剪切变形破坏的可能性变小。但是，当关键层处于垮落带并且随着回采工作面的推进发生垮落时，其上覆岩层也会在短时间内发生剧烈沉降和岩层移动，使得岩层的层间滑移迅速增大，造成地面钻井套管在很短的时间内发生破坏。并且，由动力学的原理可知，在动态情况下岩层移动的速度越快，其破坏作用越强，地面钻井套管也越容易发生破坏。 　　2.2 采场尺寸的影响效应分析 　　当走向（或倾向）的采场尺寸为大于2倍采动影响半径，即达到半无限采动条件时，走向（或倾向）方向上的岩层沉降值将达到最大，从而也使得复合岩层的层间滑移位移和变形以及岩层的挤压变形能够达到最大值。因此，随着采场回采空间尺寸的增大，采场上覆岩层的变形由非充分采动变形达到充分和超充分采动变形阶段，其导致地面钻井套管的层间剪切滑移变形和岩层挤压变形也将逐渐增加到最大值。 　　2.3 厚表土层的影响效应分析 　　厚表土层作用下的地面钻井变形破坏与厚基岩层的影响效应有着一定的相似性，只是表土层的弹性模量明显要低于基岩层，厚度明显大于基岩层厚度，这使得表土层因地表与岩层沉降发生挤压及剪切变形时其受套管作用发生的缓解效应要明显得多。而且表土层的强度、黏聚力明显低于基岩层，更容易发生变形，与基岩层相比其内套管发生的相对滑移位移有着更好的一致性。在保持层内一致性的同时，由于表土层厚度一般较大、弹性模量较基岩层小，在厚表土层与基岩层界面附近易发生滑移突变，并且表土层越厚、弹性模量越小，界面处的滑移位移越大。 　　2.4 采空区顶板控制方法的影响效应分析 　　由于上覆岩层沉降最大值为回采煤层的厚度，而垮落岩层的膨胀系数以及顶板控制方法的不同，岩层沉降往往要小于回采煤层厚度。不同顶板控制方法情况下上覆岩层下沉系数如表1所示。 　　表1下沉系数与顶板控制方法的关系 　　因此，采用充填法引起的上覆岩层的下沉系数要远小于全部垮落法引起的下沉系数，由此导致前者的层间滑移和挤压变形较小，即地面钻井套管的层间剪切变形和挤压变形也较小。 　　3 防治措施 　　3.1 准确判断高危位置 　　根据前述分析，关键层、厚基岩层下岩层界面及厚表土层与基岩层界面是地面钻井套管发生变形破坏的高危位置。离层位移越大，套管发生轴向拉伸变形破坏的可能性越大，因此，应在地面钻井设计中根据工程地质数据进行局部防护设计。厚基岩层在一定程度上起到了关键层的作用，而文献[2]和文献[3]中通过对采场上覆岩层组合关键层效应的分析，有效解决了准确判断覆岩大离层位移发生位置的难题，结合组合关键层理论，高危的关键层和厚基岩层下套管破坏位置可以得到较为准确的判断。 　　3.2 使用特殊固孔材料 　　由于深度较小，地面钻井可能不像石油天然气井那样受到较大的挤压力，