L型井瓦斯抽采效果影響因素分析

2018-02-19 04:32:24車海英

山西焦煤科技 2018年10期

車海英

(山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西晉城 048000)

瓦斯抽采技術是治理煤礦瓦斯災害的根本途徑，我國歷來重視此類技術的開發應用。晉城礦區寺河礦絕對瓦斯涌出量高達1 410.8 m3/min，為了解決該礦井下3313回采工作面上隅角瓦斯超限問題，利用采煤工作面回采時對煤巖體擾動提高其透氣性的特點，結合井下高位鉆孔抽采與采動區地面直井抽采技術的特點，提出采動區地面L型井抽采技術[1-2]. 在采動直井基礎上對地面采動區L型井抽采技術進行試驗，即在地面利用定向鉆井技術，在煤層頂板裂隙施工L型井(相當于多口采動直井)。

李日富[3-4]等對煤礦采動區地面L型頂板水平定向井抽采技術進行了試驗。趙祉友[5]等研究了采動卸壓下伏煤層L型井抽采技術。張文君[6-7]等對寺河井田L型井抽采效果影響進行了初步研究，以上研究大多從井上對L型井產能影響因素進行分析，本文從井下對L型井產能影響因素進行分析。

1 L型井基礎數據

1.1 概述

L-1井位于沁水縣鄭村鎮趙莊村，井下為寺河礦3313工作面，于2014年5月23日開鉆，7月10日完鉆，井深 1 271.67 m(其中垂直段463.09 m、水平段808.58 m)，水平段鉆孔設計高度位于3313工作面頂板以上40～60 m巖層中。L-1井基本數據見表1.

表1 L-1井基本數據表

1.2 鉆井情況

具體井身結構及示意圖分別見表2，圖1.

表2 L-1井井身數據表

圖1 L-1井井身結構示意圖

2 井下情況

2.1 空間位置關系

L-1井開孔位置距離3313工作面主回撤通道110 m，終孔位置距離3313工作面切眼180 m，整體向3313工作面西端傾斜，終孔位置距離3313工作面33133巷20 m. 該井實測地質剖面圖及平面圖分別見圖2，圖3.

圖2 L-1井實測地質剖面圖

圖3 L-1井平面圖

2.2 工作面生產情況

3313工作面傾向長度317 m，走向長度1 233 m，可采儲量320萬t，于2014年7月20日初采，2015年3月3日回采結束，回采周期226天，日均進尺5.45 m，日進尺介于0～20.5 m，正常生產日進尺5～10 m，具體見圖4.

3 L型井井下影響因素分析

3.1 日進尺與L型井甲烷流量、濃度關系

工作面每日進尺與L型井流量、濃度關系見圖5.圖5有以下6個時間段值得關注：

圖4 3313工作面每日進尺曲線圖

圖5 工作面每日進尺與L型井流量、濃度的關系圖

1) 2014-10-03—2014-10-04、2014-10-06—2014-10-11工作面進尺減少，水環泵流量也下降。

2) 2014-10-06—2014-10-22水環泵流量穩定在1 200 m3/h左右，井下采煤正常，工作面平均進尺7 m/天，平均瓦斯濃度73%.

3) 2014-10-28—2014-11-20水環泵流量穩定在1 450 m3/h左右，井下采煤正常，工作面平均進尺9.56 m/天，平均瓦斯濃度77%.

4) 2014-12-09—2014-12-12井下采煤基本無進尺，同期水環泵流量穩定在1 500 m3/h左右，但瓦斯濃度明顯下降，由55%降到30%.

5) 2014-12-21—2014-12-25井下采煤正常，工作面平均進尺9.41 m/天。同期水環泵流量明顯下降，由1 300 m3/h降至1 000 m3/h左右，瓦斯濃度開始上升，由33%升至60%.

6) 2015-01-02—2015-01-13流量變化趨勢同工作面變化趨勢大體相同。

綜上所述，可以得出以下結論：

a) 工作面進尺與水環泵流量成正比。具體表現：工作面進尺增大，流量也隨之增大；工作面進尺減少，流量也隨之減少；且流量變化相比工作面進尺變化有1～2天的滯后。

b) 工作面進尺與甲烷濃度成正比。具體表現：水環泵流量穩定時，工作面進尺增大，濃度增大；工作面停產(進尺為0)，濃度下降。

c) 甲烷流量與甲烷濃度成反比。具體表現：工作面生產情況穩定時(進尺穩定)，流量下降，濃度升高。

3.2 采煤工作面日進尺與L型井甲烷純量關系

寺河礦3313采煤工作面回采方式采用綜采一次采全高，頂板垮落法管理頂板，3#煤層厚度約6.2 m. 地面L型井水平段末端位于3#頂板上方4 m，整個水平段位于3#煤層頂板上方4～48 m處。根據梁運培[8]頂板巖層“三帶”劃分方法即垮落帶高度主要取決于采高和上覆巖石的碎脹性，通常為采高的3～5倍，地面L型井水平段絕大部分位于3#煤層頂板垮落帶16.8～31 m，隨著工作面進尺的不斷推進，煤層頂板依次發生初次來壓和周期來壓，使采動區與L型井有效溝通。

工作面進尺與甲烷純量的關系見圖6.由圖6可以看出，兩條曲線呈現出相近的變化趨勢，且工作面進尺的變化“領先”于L型井純量的變化，工作面進尺增加，純量上升，工作面進尺減小，純量下降。即井下生產越正常，地面L型井抽采的瓦斯越多，工作面進尺與純量成正比。

圖6 工作面進尺與純量的關系圖

3.3 采煤工作面風排瓦斯量與L型井抽采關系

絕對瓦斯涌出量計算公式：

Qg=Q·C/100

(1)

式中：

Qg—絕對瓦斯涌出量，m3/min；

Q—風量，m3/min；

C—風流中平均瓦斯濃度，%.

根據寺河礦對回風巷甲烷濃度持續跟蹤測量，在地面L型井投運前，工作面回風探頭甲烷濃度C1讀數0.98%～1%，投運后工作面回風探頭甲烷濃度C2降低至0.75%左右。地面L型井投運前后3313采煤工作面絕對瓦斯涌出量不變，由式(1)計算出L型井投運后其井下通風量Q2是投運前通風量Q1的0.75倍左右，不僅降低了井下通風成本，而且增加了井下通風系統安全冗余度。

地面L型井抽放與井下抽放的關系見圖7.由圖7可知，地面L型井產氣量變高后，高位鉆孔氣量下降，風排瓦斯量下降，說明L型井對解決工作面瓦斯起到積極的作用，抽采效果很好。