葉云飛

（淮北礦業(yè)集團(tuán)安全監(jiān)察局，安徽 淮北 235000）

隨著綜采、綜放采煤工藝的快速發(fā)展，如何安全、高效治理瓦斯是突出礦井必須解決的難題?；幢钡V業(yè)集團(tuán)公司鑒于現(xiàn)有“L”鉆井在治理井下灰?guī)r水技術(shù)方面的成功應(yīng)用，決定在楊柳礦1071 工作面進(jìn)行地面“L”鉆井抽采瓦斯工程試驗(yàn)[1-4]。該方案具有工程量少、鉆孔利用率高、瓦斯抽采覆蓋范圍大、施工安全性好等優(yōu)點(diǎn)。

1 概況

楊柳煤礦隸屬淮北礦業(yè)集團(tuán)公司，位于安徽省淮北市濉溪縣境內(nèi)，向東北距宿州市約21 km。井田南北長約9 km，東西寬約3～9 km，面積約60.197 6 km2。全礦井-1000 m 以淺儲量30 179.3 萬t，可采儲量17 340.5 萬t，設(shè)計(jì)產(chǎn)能180 萬t/a，服務(wù)年限55.8 a。礦井為煤與瓦斯突出礦井，突出煤層為82、10 煤層，且為易自燃煤層。2009 年經(jīng)中國礦業(yè)大學(xué)鑒定：10 煤層瓦斯壓力最大為2.0 MPa，瓦斯含量為9.98 m3/t。目前，該礦主要采用井下瓦斯抽采方式進(jìn)行區(qū)域瓦斯治理。1071 工作面走向長1450 m，傾向?qū)?80 m，煤層傾角平均8.5°，煤層厚度平均3.19 m，采用綜合機(jī)械化開采方式。實(shí)測最大原始瓦斯壓力為2.65 MPa，最大原始瓦斯含量為9.99 m3/t。

2 地面“L”型鉆井瓦斯抽采技術(shù)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

選擇有利位置布置地面鉆場，施工地面定向水平井（即“L”型鉆井），覆蓋楊柳煤礦1071 工作面，從而實(shí)現(xiàn)對該工作面的地面定向水平井瓦斯抽采試驗(yàn)，降低目標(biāo)煤層瓦斯含量，確保工作面回采防突治理效果達(dá)標(biāo)。

2.2 鉆井設(shè)計(jì)

（1）主孔為三開鉆孔結(jié)構(gòu)（圖1）

圖1 主孔結(jié)構(gòu)示意圖

① 一開表土層直孔段：0～160 m，Φ311 mm，過風(fēng)氧化帶至完整基巖層段，下入孔口管。

② 二開定向斜孔段：160～750 m（最低段位移260～280 m，井斜90°，垂深539 m），Φ216 mm，至上仰段，下入套管。

③ 三開穩(wěn)斜上仰段：750～1130 m，Φ152 mm，鉆孔軌跡位于10 煤頂板，靶半寬3 m，成孔后下入篩管。

（2）分支孔鉆孔結(jié)構(gòu)

1-1#分支孔在套管底口后退10～15 m 開窗側(cè)鉆，孔徑Φ152 mm，鉆孔穩(wěn)斜上仰，與主孔間距30 m。

1-2#分支孔在套管底口后退20～25 m 開窗側(cè)鉆，孔徑Φ152 mm，鉆孔穩(wěn)斜上仰，與主孔間距30 m，位于主孔另一側(cè)。

（3）泄水孔鉆孔結(jié)構(gòu)

泄水透巷孔在套管最低段開窗側(cè)鉆，孔徑Φ152 mm。

2.3 施工小結(jié)

在地面鉆場，利用石油鉆機(jī)，采用定向鉆進(jìn)技術(shù)，累計(jì)鉆進(jìn)2 023.1 m，分別下入Φ244.5 mm×8.94 mm 一開套管164 m、Φ177.8 mm×8.05 mm 二開套管752.23 m、Φ127 mm×6.5 mm 三開篩管884.87 m。

泄水孔透巷施工完成后，在井下布置孔口管固井及安裝閥門，分兩次進(jìn)行鉆孔排漿。

鉆孔總位移700 m，孔口距離風(fēng)巷約50 m，距離落底靶點(diǎn)700 m（圖2）。

圖2 鉆井平面布置示意圖

2.4 抽采效果

（1）抽采參數(shù)情況

試驗(yàn)歷時(shí)186 d，抽采瓦斯411 005 m3，日均2257 m3，最大8430 m3/d（表1）。

表1 瓦斯抽采參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

由表1 可知，地面“L”型鉆井抽采CH4最高濃度達(dá)74.10%，平均濃度為34.02%；最高純流量達(dá)5.86 m3/min，平均純流量1.53 m3/min；日抽采量最高值8430 m3/d，平均日抽采量2257 m3。

抽采第20～70 d 期間，效果最好，此階段CH4平均濃度53.46%，CH4平均純流量3.03 m3/min，混合平均日抽采量4364 m3；抽采70 d 后，效果逐漸趨弱；抽采180 d 之后，呈急速下滑趨勢（圖3）。

圖3 充填封堵示意圖

圖3 抽采瓦斯參數(shù)曲線圖

（2）效果對比

地面“L”井抽采試驗(yàn)階段，同時(shí)采用地面采動區(qū)井、高位鉆孔等抽采技術(shù)。根據(jù)固定時(shí)間段抽采數(shù)據(jù)（表2），對不同抽采方式抽采效果進(jìn)行對比分析。

表2 抽采CH4 結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

① 抽采參數(shù)分析

CH4濃度平均值（%）：地面1#井（80.88）＞地面“L”井（34.02）＞ 高位鉆孔（33.47）；

CH4純流量平均值（m3/min）：地面1#井（3.25）＞ 高位鉆孔（2.04）＞ 地面“L”井（1.53）；

混合CH4日抽采量平均值（m3）： 地面1#井（4682）＞高位鉆孔（2940）＞ 地面“L”井（2257）。

地面“L”型井、地面采動區(qū)井占抽采總量的73.54%，其中地面“L”型井占26.05%，抽采純流量達(dá)1.5 m3/min。

② 抽采方式分析

各瓦斯抽采方式中，地面“L”型井既能起到抽采本煤層采空區(qū)瓦斯、卸壓裂隙帶積聚瓦斯的作用，又能起到預(yù)抽上部煤層（82煤）瓦斯的作用。地面采動區(qū)井抽采瓦斯目的首先在于抽采10 煤采空區(qū)瓦斯，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對上部煤層（82煤）進(jìn)行預(yù)抽。井下高位鉆孔主要目的是避免工作面上隅角瓦斯超限問題，對于相鄰煤層的瓦斯，則因兩煤層（82煤、10 煤）相距較遠(yuǎn)，處于彎曲下沉帶中的82煤及其底板巖層中很少有豎向裂隙與高位鉆孔終孔位置裂隙帶有效溝通，因而幾乎不能抽采到鄰近層82煤層的瓦斯。

地面“L”井既能預(yù)抽上覆82煤層卸壓瓦斯，又可以對采煤工作面采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采，防止工作面及上隅角瓦斯超限，能夠同時(shí)起到地面采動區(qū)井、井下高位鉆孔的作用。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

現(xiàn)場試驗(yàn)表明：采用地面“L”型井抽采采煤工作面回采期間上覆鄰近層卸壓瓦斯、頂板采動裂隙帶內(nèi)積聚的瓦斯、采煤工作面采空區(qū)瓦斯，技術(shù)上是可行的。通過進(jìn)一步優(yōu)化，可以替代地面采動區(qū)井、井下高位鉆孔等抽采方式。該技術(shù)具有抽采周期更長、范圍更大、抽采瓦斯量穩(wěn)定、鉆孔工程量小、施工安全等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 建議

（1）對下入篩管的結(jié)構(gòu)尺寸和材料做進(jìn)一步研究改進(jìn)；（2）針對不同的采場條件，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決鉆井抽采過程中的水堵問題；（3）需進(jìn)一步完善支孔無底開窗側(cè)鉆工藝和設(shè)備，提高開窗成功率。