地面抽采鉆孔技術在薄煤層中的實踐

沈忠武

(鐵法煤業(集團)有限責任公司,遼寧 112700)

地面抽采鉆孔技術在薄煤層中的實踐

沈忠武

(鐵法煤業(集團)有限責任公司,遼寧 112700)

針對傳統的地面抽采鉆孔技術在薄煤層抽采效果差的問題,通過理論分析及現場試驗,找出了抽采效果差的原因,研制出了掛管器,成功應用在小青礦W2718薄煤層工作面在7個地面抽采鉆孔上,取得了明顯的抽采效果,為集團公司薄煤層工作面地面瓦斯抽采提供了一個很好的借鑒經驗。

薄煤層 地面瓦斯抽采 實踐

Abstract:T o solve the problem of poor drainage effect of traditional surface drilling technology in thin coal seams,the factors for the problem are figured out by theoretical analysis and site test.Pipe-hanger is developed and successfully applied in 7 surface boreholes in W2718 working panels of Xiaoqing coal mine.The application has achieved significant effect,and provided a good reference to the surface gas drainage in thin coal seams for Tiefa Group.

Keywords:Thin coal seam;surface gas drainage;application

1 引言

小青煤礦自薄煤層刨煤機工作面開采以來,其瓦斯治理始終是制約礦井高產、高效、安全生產的一個難題,小青煤礦采取了頂板斜交鉆孔、上隅角明管埋管抽放、無火花抽出式風機引排上隅角瓦斯等多種抽放方法,永久抽放系統和臨時抽放系統聯合抽放方式,但是由于薄煤層刨煤機工作面采高低、推進速度快、頂板下沉緩慢、裂隙帶發育差,造成井下鉆孔抽放量很低,不能很好的解決工作面瓦斯問題。為此,小青煤礦與煤層氣公司合作,在W2713工作面試驗采用了傳統的地面抽采鉆孔技術,2008年在該采場地面先后施工了間距為150m的10個地面抽采鉆孔,由于薄煤層刨煤機工作面采高低(0.6～1.8m),采場推進速度快,頂板下沉緩慢,裂隙帶發育差,10個地面抽采鉆孔產氣效果不一,其中有3個地面抽采鉆孔產幾天氣就不產氣了。為了解決這個問題,煤層氣公司技術人員通過理論分析及現場試驗,找出了抽采效果差的原因,研制出了掛管器,成功應用在小青礦W2718薄煤層工作面在7個地面抽采鉆孔上,取得了明顯的抽采效果。

2 薄煤層地面抽采鉆孔抽采效果差的原因

采場覆巖移動規律的理論分析表明,覆巖的移動破壞,在煤層法線方向(即豎直方向)上通常劃分為“三帶”,在開采層的上部,依次出現冒落帶、裂隙帶、彎曲變形帶;裂隙帶又從下向上依次劃分為嚴重斷裂帶、一般斷裂帶和微小斷裂帶。距開采層越近,卸壓越充分,解吸出的卸壓瓦斯量越多,亦即煤層中殘余瓦斯量,裂隙帶是地面鉆孔抽采瓦斯的最佳地帶,如圖1所示,為沿煤層法線方向上采空區頂板冒落三帶與瓦斯濃度分布的情況。裂隙帶的高度可按下面公式確定:

式中 H2——裂隙帶沿煤層法線方向上的高度,m;

M——開采煤層的厚度,m。

圖1 沿煤層法線方向上頂板分帶與瓦斯分區

由圖1知高濃瓦斯區為沿煤層法線方向上冒落帶高度H1以上裂隙帶高度H2的下三分之一處,必須使鉆孔的產氣套管位于高濃瓦斯區,地面抽采鉆孔產氣才能好。薄煤層刨煤機工作面平均采高約為1m,根據裂隙帶高度計算公式,可得富集高濃瓦斯區的裂隙帶高度下三分之一處至冒落帶高度僅為8.5m左右,傳統的地面抽采鉆孔產氣套管套插在技術套管內10～15m末端距煤層頂板5m,產氣套管位于高濃瓦斯區的裂隙帶高度僅剩3.5m左右,又因不同地點采高不同煤層頂板裂隙帶高度不同,因此,W2713工作面10個地面抽采鉆孔在工作面推過后產氣效果不一樣,最大抽采量在15m3/min左右,較少的抽采量在5m3/min左右,甚至有3個地面抽采鉆孔因產氣套管沒有或很少進入高濃瓦斯區的裂隙帶,產幾天氣就不再產氣了。

3 掛管器在薄煤層地面抽采鉆孔中的應用

為了解決地面抽采鉆孔產氣套管在高濃瓦斯區的裂隙帶距離短、產氣效果不好的問題,又防止產氣套管進入回采煤層影響刨煤機正常刨煤,煤層氣公司技術人員研制出掛管器,將產氣套管懸掛在技術套管上,并保證產氣套管末端距煤層頂板1m左右,增加地面抽采鉆孔產氣套管在高濃瓦斯區的裂隙帶距離,保證鉆孔產氣效果。

3.1 掛管器結構

掛管器結構如圖2所示,由外套和內套構成,外套安設在距技術套管末端10～15m處,內套與產氣套管最上部連接。

圖2 掛管器結構示意圖

3.2 掛管器應用注意事項

(1)安裝技術套管前,用通徑器逐根通徑,不合格的技術套管絕對不能使用,按掛管器設計安裝位置將掛管器的外套安設在距技術套管末端10～15m處。

(2)三開作業下鉆具時,鉆頭接近掛管器外套時,應緩慢下鉆具,防止損壞掛管器的外套或鉆頭,作業時應輕壓鉆進防止因鉆壓過大,鉆具彎曲將掛管器外套磨損。

(3)三開結束測井時,應準確確定煤層頂板深度,計算好煤層與掛管器外套的距離,確定所安裝產氣套管的長度。

(4)安裝產氣套管前,首先將掛管器的內套安裝在產氣套管的最上部,計算好產氣套管和所下鉆具的長度,下鉆時必須操作平穩,鉆具下至掛管位置后,將產氣套管甩下,使產氣套管懸掛在技術套管上。

3.3 現場應用

2009年將掛管器應用在W2718工作面在7個地面抽采鉆孔上,使產氣套管位于高濃瓦斯區的裂隙帶高度增加到7.5m左右,工作面推過的地面抽采鉆孔平均抽采量18m3/min左右,表1為W2718-1#孔抽采量統計表,抽放效果良好,緩解了井下瓦斯抽采壓力,解決了工作面瓦斯涌出量大問題,保證了W2718工作面安全生產,為集團公司薄煤層工作面地面瓦斯抽采提供了一個很好的借鑒經驗。

表1 工作面過W2718-1#鉆孔距離與抽采量統計表

4 地面抽采鉆孔使用掛管器和未使用掛管器的井身結構對比

圖3是地面抽采鉆孔井身結構示意圖,其中左側圖為未使用掛管器示意圖右側為使用掛管器示意圖。地面抽采鉆孔分三次開井,一開孔徑φ355mm,二開孔徑φ241mm,三開孔徑φ152.4mm。圖中H為鉆孔深度,L1為表層套管長度,L2為技術套管長度,L3為產氣套管長度,h1為產氣套管在技術套管中的長度,h2為技術套管末端距目的煤層頂板的距離,h3為產氣套管末端距目的煤層頂板距離,h4為標志管下入煤層深度0.3m,h5為三開孔底距目的煤層底板30m。

圖3 地面抽采鉆孔使用掛管器和未使用掛管器的井身結構對比示意圖

地面抽采鉆孔使用掛管器和未使用掛管器的共同點和不同點見表2。

表2 地面抽采鉆孔使用掛管器和未使用掛管器一覽表

5 結語

鐵法礦區已累計施工地面抽采鉆孔74口,其中薄煤層地面抽采鉆孔19口,使用掛管器的地面抽采鉆孔9口。實踐表明,地面鉆孔抽采瓦斯技術不僅應用于高瓦斯含量的厚煤層中,而且在高瓦斯含量的薄煤層中結合實際、優化鉆孔設計、使用掛管器同樣適用,并取得良好的抽采效果,為集團公司薄煤層工作面地面瓦斯抽采提供了一個很好的借鑒經驗。

地面鉆孔抽采瓦斯技術是鐵法煤田高瓦斯含量、低透氣性、復合煤層群開采最佳的瓦斯控制與地面煤層氣開發技術,它不僅有效控制了來自于上鄰近層、本煤層的瓦斯,提高了瓦斯抽采率,而且降低了工作面的配風量,有效抑制了采空區的自然發火,保證了礦井安全生產,同時也減少了大量甲烷被排到大氣中,實現礦井瓦斯抽采率和抽采濃度雙達標,為高濃度煤層氣利用提供了穩定的氣源。

[1] 李國君.鐵法礦區煤層氣甲烷資源開發的理論基礎[J].中國煤炭,2001,27(1).

Application of Surface Drilling in Thin Coal Seams

Shen Zhongwu
(Tiefa Coal Indutry(Group)Co,.Ltd,Liaoning 112700)

沈忠武,男,高級工程師,現從事煤層氣開發利用工作。

(責任編輯 桑逢云)