地面钻井抽采瓦斯抽采效果分析.docxVIP

地面钻井抽采瓦斯抽采效果分析 地面采矿和采矿层压板的方法主要有两种：一种是预抽顶板，另一种是采后开采层的压板压力。地面钻井抽采煤层瓦斯的效果主要由煤层的渗透性和裂隙发育程度决定。运用地面钻井预抽煤层瓦斯在煤层赋存稳定、渗透性好的美国和澳大利亚等国已取得了较好效果;而对于中国的低渗透率煤层来说,运用地面钻井预抽煤层瓦斯效果较差,主要采用的是地面钻井抽采采后卸压煤层瓦斯。对单一煤层而言,地面钻井抽采的卸压瓦斯只有本煤层瓦斯;而对煤层群而言,根据采后卸压瓦斯来源不同,地面钻井抽采采后卸压瓦斯可分为抽采本煤层采动卸压瓦斯和抽采受采动影响的上覆煤层卸压瓦斯2种。然而,分析地面钻井抽采煤层群瓦斯中所包含的受采动影响的上覆煤层卸压瓦斯量占抽出总瓦斯量的比例具有重要意义:一方面可以明确地面钻井抽采的主要瓦斯来源,确定地面钻井抽采瓦斯的主要作用;另一方面,能够以此评估上覆煤层卸压瓦斯抽采效果,为后一阶段上覆煤层开采时的瓦斯抽采设计提供依据。本文将以淮南潘一矿2361(1)工作面布置的地面钻井抽采煤层群瓦斯试验数据为基础,分析地面钻井抽采采动卸压瓦斯来源,明确现阶段地面钻井的主要用途,考察地面钻井对上覆远距离煤层卸压瓦斯的抽采效果。 1 工作面抗瓦斯能力 淮南矿业集团潘一矿可采煤层自上向下编号为13,11,8,7和4煤层。13煤层与11煤层间距56.50~77.43m,平均64.92m;11煤层与8煤层间距78.25~101.86m,平均91.26m。主采煤层为13煤层和11煤层,均为突出危险性煤层,但由于13煤突出危险性比11煤高,通常以11煤层作为下保护层开采来保护13煤层。 潘一矿2361(1)工作面位于潘一矿东二采区,开采11煤,工作面走向长1 062m,倾斜长167m,煤层倾角7~12°,平均10°,煤层厚度1.70~2.30m,平均1.83m,煤层结构简单。该煤层平均瓦斯含量10m3/t,具有突出危险性。在本工作面上方62.2m的13煤层为未采实体块段,煤层平均厚度5.5m,平均瓦斯含量12m3/t。在2361(1)工作面回采时,除了采用风排、尾抽巷、顶板走向钻孔等方式治理工作面瓦斯之外,还试验采用地面钻井抽采工作面及采空区瓦斯。同时,将试验运用地面钻井抽采受采动影响的上覆远距离13煤层卸压瓦斯,考察地面钻井对13煤卸压瓦斯的抽采效果。 2 地面钻井的布置 “十五”期间淮南谢桥矿、张北矿和潘一矿等地面钻井的抽采试验成果表明:淮南矿区地面钻井抽采卸压瓦斯的有效抽采半径为220m。以此为基础,根据2361(1)工作面的实际走向长度、地面钻井有效抽采半径等条件,沿2361(1)工作面走向在距11煤顶板岩巷下方30m处共施工了3口地面钻井,1,2,3号钻井深度分别为667.3,688.4,690.1m。1号钻井距工作面切眼260m,2号钻井距1号钻井260m,3号钻井距2号钻井314m,3号钻井距工作面终采线89.4m。地面钻井在工作面的平面布置如图1所示。 2361(1)工作面地面钻井的终孔位置设置在11煤底板下方1m处,2号钻井从井口到井底各段的结构设置如下:从地面开孔处到表土层下方40m的基岩段内设置244.50mm×11.05mm的石油套管;向下设置177.80mm×9.19mm的石油套管与筛管相接;考虑到地面钻井具有抽采11煤采空区的瓦斯和上部受采动影响的13煤卸压瓦斯的双重作用,钻井筛管布置的层位要能够满足11煤和13煤卸压瓦斯顺利进入地面钻井的要求,设置了2段177.80mm×9.19mm的筛管,2段筛管之间设置了一段20m长的177.80mm×9.19mm石油套管与其相接,下面筛管底端到距11煤顶板5m的位置为止;筛管下方3m段为裸孔,主要起对钻井排水的作用;裸孔到井底段以白水泥封孔。2号钻井结构如图2所示。 3 地面钻井与地面采动裂隙相结合的巷道 煤层开采以后,在采面的后方形成采空区,并在采空区内形成卸压空间。由于卸压作用而产生的裂隙在横向和竖向方向形成“横三区”和“竖三带”,即煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区、冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。随着工作面的推进“横三区”和“竖三带”也将发生动态变化,这一变化对本煤层及邻近煤层瓦斯的涌出起到了重要的影响作用。位于采空区上方的顶板岩层在自重的作用下,发生弯曲、断裂、破碎成块而冒落,并无规则地堆积在采空区内,形成冒落带,其高度通常为采出厚度的3~5倍。冒落岩块具有一定的碎胀性,岩块之间的空间较大,这为瓦斯的流通提供了良好的通道。而位于冒落带上方的岩层由于缺少顶板岩层的支撑作用,将产生较大的弯曲、变形及破坏。在岩体中出现顺着岩层层理面的离层裂隙和垂直于层理面的破断裂隙,形成裂隙带,其高度一般为采高的10~30倍。部分层间破断裂隙的相互贯穿为处于裂隙带内的邻近层瓦斯涌入到采空区提供了流