利用地面壓裂鉆井增加煤層透氣性的抽采效果分析

摘 要：根據(jù)工作面回采時(shí)開采層瓦斯對工作面的影響，通過分析礦井采掘時(shí)瓦斯涌出量分布情況，結(jié)合該礦2#煤層透氣性系數(shù)及以往瓦斯抽采效果的實(shí)際情況，在該礦距12501軌道巷130米、距膠帶巷69米，距12501切眼240米處施工地面鉆孔對開采層2#煤層進(jìn)行壓裂試驗(yàn)，通過對壓裂井影響范圍內(nèi)與不在壓裂范圍的抽采鉆孔抽采效果進(jìn)行對比分析，得出壓裂井對井下壓裂影響的范圍及壓裂井可以增加低透氣性煤層瓦斯抽采效果。

關(guān)鍵詞：地面；鉆井；抽采；效果

1 12501工作面概況

12501工作面地表位于白草塔進(jìn)風(fēng)井以南，對坡村以東，高升村以北，原平河以西；井下北西與南五回風(fēng)巷相接，北與白草塔保護(hù)煤柱相鄰，北東與南四盤區(qū)相鄰，鄰近12403、12405采空區(qū)，南東與土地溝斷層保護(hù)煤柱相接，南西與12503采空區(qū)相鄰，蓋山厚度約339-508m；工作面走向長1736-1767m、傾斜長196m，上鄰近03#煤層距工作面的層間距為3m，下鄰近4#煤層距工作面為13m，2#煤層平均傾角3°，厚度4.43m，原始瓦斯壓力2.14MPa，原始瓦斯含量12.7m3/t，孔隙率9.31%，煤層透氣性系數(shù)1.62m2/Mpa2·d，百米鉆孔瓦斯衰減系數(shù)0.0031d-1，屬Ⅱ類自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

2 地面壓裂鉆井概況

地面鉆井情況：地面鉆井位于距12501軌道巷130米、距12501膠帶巷69米，距12501切眼240米處，鉆井終孔位于4#煤層底板以下10m處，井深480m，套管終端位于2#煤層頂板以上600mm處，鉆井454.31m-480.00m之間為水泥充填，于2011年6月27日對2#煤層進(jìn)行壓裂，壓裂時(shí)限制壓力35MP，壓入水、石英沙量458.2m3。（如圖1）

3 工作面通風(fēng)系統(tǒng)情況

12501工作面采用快速沿空溜巷“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)，工作面總配風(fēng)量3200m3/min，其中：膠帶巷進(jìn)風(fēng)量2400m3/min，軌道巷進(jìn)風(fēng)量800/min。

4 工作面抽采系統(tǒng)情況

該工作面采用：“本煤層順層鉆孔+高低位頂板走向傾斜鉆孔+回風(fēng)巷高位鉆孔+高抽巷+下鄰近層鉆孔抽采+采空區(qū)埋管抽采”等措施立體式抽采工作面瓦斯。

4.1 Ⅱ切眼以里本煤層鉆孔布置情況

該工作面Ⅱ切眼以里本煤層抽采鉆孔從軌道巷開孔施工，其鉆孔參數(shù)為：孔深210m，間距3m，方位角90°，傾角0-2°，孔徑113mm，孔數(shù)205個(gè)，合計(jì)進(jìn)尺40332m。（如圖2）

4.2 上鄰近層鉆孔施工情況

（1）軌道巷高低位鉆孔施工情況：在軌道巷每10m布置一組高低位頂板走向鉆孔，每組2個(gè)孔，低位鉆孔孔深100m，傾角18°，方位角30°，垂高30.9m；高位鉆孔孔深100m，傾角23°，方位角25°，垂高39.07m。（2）回風(fēng)巷高位鉆孔施工情況：在回風(fēng)巷每10m施工一組高、低位抽采鉆孔，鉆孔孔徑113mm。高位鉆孔：孔深80m，傾角45°，方位角90°，鉆孔垂高56.57m，伸入工作面的距離56.57m；低位鉆孔：孔深60m，傾角35°，方位角90°，鉆孔垂高34.41m，伸入工作面的距離49.15m。

4.4 采空區(qū)埋管抽采

回采期間在沿空留巷墻體內(nèi)埋管抽采采空區(qū)瓦斯。

4.5 抽采管路鋪設(shè)

（1）在軌道巷內(nèi)鋪設(shè)一趟315mm抽采管和一趟D450mm抽采管，一趟315mm抽采本煤層及上鄰近層瓦斯，管路接入高負(fù)壓抽采系統(tǒng)，另一趟D450mm抽采采空區(qū)瓦斯，管路接入井下移動(dòng)抽采系統(tǒng)。（2）在膠帶巷內(nèi)鋪設(shè)一趟315mm抽采管抽采本煤層瓦斯，管路通過II切眼與軌道巷D315mm管并入高負(fù)壓抽采系統(tǒng)。（3）在回風(fēng)巷內(nèi)鋪設(shè)二趟315mm抽采管，一趟抽采工作面上鄰近層瓦斯，另一趟抽采南翼邊界進(jìn)風(fēng)巷本煤層區(qū)域預(yù)抽瓦斯，接入高負(fù)壓抽采系統(tǒng)。（4）在底抽巷鋪設(shè)一趟315mm抽采管，抽采下鄰近層瓦斯，接入高負(fù)壓抽采系統(tǒng)。

5 壓裂區(qū)與未壓裂區(qū)本煤層鉆孔抽采情況

未壓裂區(qū)本煤層平均瓦斯抽采瓦斯?jié)舛葹?5%、抽采量3.16m3/min；壓裂區(qū)（地面抽采鉆井200m范圍內(nèi)）本煤層平均瓦斯抽采瓦斯?jié)舛葹?0%，抽采量5.13m3/min，其中壓裂區(qū)本煤層殘余可解吸瓦斯含量為3.26/t，未壓裂區(qū)本煤層殘余可解吸瓦斯含量為5.57m3/t。

壓裂區(qū)域鉆孔單孔瓦斯抽采情況：在壓裂區(qū)施工的第一個(gè)鉆孔（218#）在施工過程中出現(xiàn)比較明顯的頂鉆、噴孔現(xiàn)象，而且在抽采過程中該孔瓦斯?jié)舛扔袑⒔肽甑臅r(shí)間是保持在80%以上，單孔瓦斯量平均0.92m3/min左右，通過觀測計(jì)算該孔共抽采瓦斯純量19.84萬m3，因此說明通過壓裂對該區(qū)域本煤層鉆孔抽采效果明顯（具體見表2、圖7、圖8）。

由上面兩組抽采鉆孔數(shù)據(jù)可以看出，未受壓裂影響區(qū)域本煤層抽采鉆孔空抽采濃度及流量較低，而受到壓裂影響區(qū)域的抽采鉆孔瓦斯?jié)舛燃俺椴闪髁看蠓岣撸蛦慰酌糠昼姵椴杉兺咚沽刻嵘?0倍。

6 12501工作面壓裂區(qū)附近回采前區(qū)域措施效果檢驗(yàn)情況

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第三章第四節(jié)關(guān)于區(qū)域措施效果檢驗(yàn)的要求，屯蘭礦防突科于2013年8月對12501工作面采用殘余瓦斯含量進(jìn)行效果檢驗(yàn)。為明確地面鉆井的壓裂效果，對壓裂區(qū)附近殘余瓦斯含量進(jìn)行分析，具體數(shù)據(jù)變化情況見圖9：

8 效果分析

通過對以上數(shù)據(jù)對比分析，未壓裂區(qū)單孔瓦斯抽采濃度為30-45%，單孔瓦斯抽采量為0.02-0.05m3/min，鉆孔百米瓦斯抽采量為0.005m3/min·100m；壓裂區(qū)單孔瓦斯抽采濃度為65-80%、單孔瓦斯抽采量為0.3-0.5m3/min，鉆孔百米瓦斯抽采量為0.0096m3/min·100m，其中壓裂區(qū)218#本煤層鉆孔尤為明顯，其單孔流量最大達(dá)0.5m3/min、瓦斯抽采濃度為75%，此外，在工作面回采至壓裂區(qū)域后，工作面絕對瓦斯涌出量由56m3/min降低到47m3/min，風(fēng)排瓦斯量由21m3/min降低到11m3/min，瓦斯?jié)舛扔?.65%降低到0.35%。

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作者簡介：喬鎖軍，內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，本科學(xué)歷。