高俊奇

(西山煤電(集團)公司 屯蘭礦，山西 古交 030206)

西山煤電集團公司屯蘭礦2012 年鑒定為突出礦井，礦井絕對瓦斯涌出量歷年最高為256 m3/min，隨著采掘布置逐漸向縱深延伸，礦井瓦斯涌出量逐年升高，通過對回采工作面瓦斯涌出來源進行分析，瓦斯來源分布為:開采煤層瓦斯占65%左右，鄰近層瓦斯占25%左右，采空區(qū)瓦斯占10%左右。在瓦斯治理過程中，本煤層抽采鉆孔的布置方法通過幾年的摸索改進，效果顯著，但屯蘭礦2#煤層透氣性系數(shù)較低，瓦斯呈吸附狀附著于煤層中，本煤層抽采在瓦斯治理中起不到積極的作用。為此，在12501 工作面對照地面位置施工1 個壓裂鉆孔，并對2#煤層進行壓裂，在井下壓裂井前后200 m 范圍內(nèi)施工順層抽采鉆孔進行抽采，通過對井下抽采鉆孔抽采效果跟蹤測定，其效果顯著。

1 12501 工作面概況

1.1 位置概況

12501 工作面地表位于白草塔進風(fēng)井以南，對坡村以東，高升村以北，原平河以西，與白草塔保護煤柱相接，蓋山厚度約339 ～508 m。井下北西與南五回風(fēng)巷相接，北與白草塔保護煤柱相鄰，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煤柱相接，南西與12503 采空區(qū)相鄰。

1.2 瓦斯參數(shù)

工作面瓦斯壓力為2.14 MPa，瓦斯含量為12.7 m3/t，孔隙率為9.31%，煤層透氣性系數(shù)為1.62 m2/MPa2·d，百米鉆孔瓦斯衰減系數(shù)為0.003 1 d-1，煤層自燃發(fā)火類型為Ⅱ類，屬自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

2 地面壓裂鉆孔概述

2.1 鉆井情況

2011 年6 月27 日由晉煤藍焰公司施工地面鉆井TLK-T1 對工作面煤層進行壓裂，井深為480 m，地面鉆井距12501 軌道巷115 m，距12503 采空區(qū)100 m，距12501 設(shè)計切眼位置以里260 m，壓裂鉆孔影響范圍為200 m，施工時限制壓力為35 MP，壓入水量為458.2 m3。

2.2 鉆井工藝

2.2.1 鉆井開鉆工藝

鉆井開鉆工藝見表1。

表1 鉆井開鉆工藝表

2.2.2 壓裂工藝

壓裂是指利用液體傳壓原理，向煤儲層中以大于煤層吸收能力的速度注入具有一定黏度的液體，使井筒周邊壓力升高，直至達到煤層破裂壓力，隨著液體繼續(xù)注入，裂縫不斷延伸和擴展。

2.2.3 排采集輸工藝

壓裂完成后，通過安裝井下抽采設(shè)備及地面集輸設(shè)備對煤層氣井進行排采集輸，即“排水降壓”，將氣井內(nèi)的水通過井下抽采設(shè)備采出，降低井筒內(nèi)壓力進而降低煤儲層壓力使得煤層中的瓦斯氣體解析出來。

2.2.4 鉆井施工

鉆井施工示意圖見圖1。

圖1 鉆井施工示意圖

2.3 鉆井參數(shù)

2.3.1 工程數(shù)據(jù)

工程數(shù)據(jù)見表2。

表2 工程數(shù)據(jù)情況表

2.3.2 井斜

1)最大井斜:井斜477.00 m，斜度為2.1°，方位113°。2)終孔井斜:井斜477.00 m，斜度為2.1°，方位113°。3)全井最大井眼曲率為0.4°/30 m。

2.3.3 煤層

煤層見表3。

本井于2011 年6 月27 日對2#煤層壓裂施工。

3 井下本煤層瓦斯抽采鉆孔布置情況

3.1 12501 軌道順槽壓裂區(qū)本煤層鉆孔設(shè)計

依據(jù)瓦斯基本參數(shù)，實驗室測定的12501 工作面煤層瓦斯原始含量為12.7 m3/t，按照《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》的要求，工作面回采前煤層瓦斯含量必須降至8 m3/t 以下，因此12501 工作面回采前必須實施本煤層預(yù)抽瓦斯。

其設(shè)計抽采參數(shù)為:孔深210 m，間距3 m，方位角90°，傾角0° ～1°，孔徑113 m，共217 個，合計進尺45 570 m。

表3 煤層情況表

3.2 12501 軌道順槽壓裂區(qū)本煤層實際施工

根據(jù)現(xiàn)場實際施工，孔深210 m，間距3 m，方位角90°，傾角0° ～2°，孔徑113 m，因采掘銜接計劃調(diào)整實際施工205 個，形成的抽采空白帶利用180 m 或210 m 孔及膠帶巷鉆孔消滅，合計進尺40 332 m。

3.3 12501 軌道順槽壓裂區(qū)本煤層抽采鉆孔布置

12501 軌道順槽壓裂區(qū)本煤層抽采鉆孔布置示意圖見圖2。

4 壓裂區(qū)施工抽采鉆孔后軌道順槽抽采情況

圖2 12501 軌道順槽壓裂區(qū)本煤層抽采鉆孔布置示意圖

12501 軌道順槽分別于2010 年11 月10 日形成抽采系統(tǒng)，目前抽采瓦斯?jié)舛葹?2%、抽采量9.43 m3/min(標(biāo)況純量)，打鉆初期抽采瓦斯?jié)舛葹?5%、抽采量3.16 m3/min;壓裂區(qū)施工抽采鉆孔后，軌道巷抽采瓦斯?jié)舛扔沙跗诘?5%提高到50%、抽采量由初期的3. 16 m3/min 提高到 5. 13 m3/min(見表4)。

表4 12501 軌道巷施工壓裂區(qū)施工本煤層抽采鉆孔前后瓦斯抽采情況表

5 與未壓裂區(qū)域鉆孔抽采對比分析

壓裂區(qū)外單孔鉆孔瓦斯?jié)舛?0% ～45%，抽采瓦斯量為0.02 ～0.05 m3/min，預(yù)抽鉆孔百米瓦斯抽采量為0.005 m3/min·100 m;在壓裂區(qū)內(nèi)施工孔深為200 m 的預(yù)抽鉆孔，抽采鉆孔瓦斯?jié)舛葹?5% ～80%、單孔抽采瓦斯量為0.3 ～0.5 m3/min，鉆孔百米抽采量0.009 6 m3/min·100 m。通過對壓裂區(qū)120 m 范圍內(nèi)及120m 范圍外的抽采鉆孔進行觀測，218#本煤層鉆孔尤為明顯，其單孔流量最大能夠達到0.5 m3/min、瓦斯?jié)舛葹?5%，但抽采過程中煤渣積水較多，堵孔現(xiàn)象比較嚴重。其余壓裂區(qū)瓦斯?jié)舛染?0% ～75%，但是流量較小，壓裂區(qū)本煤層鉆孔抽采效果明顯(見表5)。

表5 12501 軌道巷施工壓裂區(qū)抽采鉆孔抽采參數(shù)情況表

通過表4，表5 可以看出，未受壓裂影響區(qū)域本煤層抽采鉆孔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?，就單孔每分鐘抽采純瓦斯量提?0 倍。

6 結(jié) 論

在12501 工作面實施壓裂鉆孔以后，壓裂鉆孔附近200 m 范圍內(nèi)煤層透氣性大幅提高，瓦斯得到釋放，通過負壓抽采，瓦斯?jié)舛燃巴咚钩椴闪坑辛嗣黠@的提高，其單孔抽采純量提高了近10 倍，增加了瓦斯抽采效果、降低了瓦斯壓力，煤層突出危險性系數(shù)明顯下降，同時也縮短煤層瓦斯抽采時間，解決了工作面銜接緊張的難題，為工作面回采期間通風(fēng)瓦斯管理提供了的保障，從根本上杜絕了通風(fēng)瓦斯事故的發(fā)生。地面壓裂鉆孔施工不僅使煤層由以往單一抽采轉(zhuǎn)化為立體抽采，而且增加了煤層透氣性，提高了抽采效果(該項技術(shù)在突出礦井和高瓦斯礦井更為顯著)，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

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