采空區(qū)瓦斯地面抽采應(yīng)用簡述

摘 要：采空區(qū)瓦斯地面抽采還處在發(fā)展階段，相應(yīng)技術(shù)措施還在進(jìn)一步完善。因采空井普遍產(chǎn)氣量較低且難以推廣，為提高采空井的產(chǎn)氣量，及技術(shù)推廣性，遂在陽泉礦區(qū)寺家莊井田鉆采空井，在同一礦區(qū)采用兩種井身結(jié)構(gòu)，加以對比探尋最優(yōu)方式，加以技術(shù)推廣。由于采空區(qū)是密閉空間，且部分采空區(qū)封閉時(shí)間較久，所以在鉆井時(shí)要做好相應(yīng)的防護(hù)措施，確保安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：采空區(qū);瓦斯;地面抽采;應(yīng)用

礦井正常的生產(chǎn)活動(dòng)都離不開瓦斯的尾隨，如果對待采空區(qū)瓦斯地面抽采措施執(zhí)行不到位，則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的瓦斯隱患，不僅能摧毀井下重要系統(tǒng)及設(shè)備，而且還有很大概率引起瓦斯爆炸，造成不可估量的人員及財(cái)產(chǎn)損失。盡管我國現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)安全、嚴(yán)抓安全，但該類事故仍有發(fā)生。瓦斯對礦井的危害十分巨大，不能有任何疏忽。由于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，礦井生產(chǎn)力度也在不斷提高，導(dǎo)致瓦斯事故發(fā)生的次數(shù)也在不間斷上升，由此造成的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失巨大。本文筆者根據(jù)工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對采空區(qū)瓦斯地面抽采應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

1 采空區(qū)地質(zhì)參數(shù)

1.1 煤層與頂?shù)装?/p>

礦區(qū)內(nèi)可采煤層為8#、9#、12#、15#煤層，可采煤層特征如表1：

1.2 埋深與瓦斯含量

井田范圍內(nèi)8#煤層瓦斯含量由東至西逐漸增大，最大瓦斯含量為4.36m3/t，對應(yīng)埋深176m;井田范圍內(nèi)9#煤層瓦斯含量由東至西逐漸增大，最大瓦斯含量為4.58m3/t，對應(yīng)埋深188m;15#煤層瓦斯含量在礦區(qū)東部較小，瓦斯含量值在1.8m3/t以下，西北部瓦斯含量較大，瓦斯含量最大值為5.4m3/t。

1.3 煤的自燃傾向性

①8#煤層吸氧量為1.18m3/g，自燃傾向性等級為III類，屬不易自燃煤層;②9#煤層吸氧量為1.20m3/g，自燃傾向性等級為III類，屬不易自燃煤層;③15#煤層吸氧量為1.36m3/g，自燃傾向性等級為III類，屬不易自燃煤層。

2 采空井鉆井技術(shù)要求

2.1 鉆井施工要求

①三開完井，目標(biāo)層位置不返風(fēng)停鉆;②一開、二開前半段可使用空氣鉆，二開后關(guān)段必須使用水鉆，三開全程使用氮?dú)忏@進(jìn);③距采空區(qū)30m時(shí)，降低鉆進(jìn)速度，防止出現(xiàn)卡鉆、掉鉆事故;④在使用氮?dú)忏@進(jìn)時(shí)，換單根、上提鉆桿等環(huán)節(jié)，必須采取封堵措施，防止桿芯和環(huán)空倒吸空氣，減少著火風(fēng)險(xiǎn);⑤在施工過程中，應(yīng)監(jiān)測井口及巖粉反噴范圍內(nèi)的CO、O2、CH4濃度，發(fā)現(xiàn)有CO，應(yīng)立即停止鉆進(jìn);⑥下套管時(shí)，必須使用相對應(yīng)的液壓鉗。

2.2 井身結(jié)構(gòu)

該井田15#煤層為采空區(qū)，為了防止確?？拷煽諈^(qū)時(shí)安全鉆進(jìn)，所以井身結(jié)構(gòu)采用三開。一開：φ311.15mm鉆頭，鉆入穩(wěn)定基巖10m后，下入φ273.1mm表層套管固井;二開：φ241.3mm鉆頭鉆至K7砂巖，停鉆，下入φ193.74mm套管固井;三開：φ171.4mm鉆頭，裸眼完井，直接鉆至目的層，不返風(fēng)停鉆。一開二開泥漿鉆進(jìn)，三開采用氮?dú)忏@進(jìn)。兩種井深要求，第一種目的層位時(shí)K2砂巖層，第二種井型目的層位是15#煤采空區(qū)，K2位于采空區(qū)之上。

3 采空井抽采工藝

抽采工藝流程。系統(tǒng)安裝基本工藝流程如圖1所示。

圖1? ?采空井地面工藝流程

增壓機(jī)組前必須加裝CH4、O2、CO傳感器，抽采動(dòng)力系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)及安全防護(hù)系統(tǒng)采購安裝標(biāo)準(zhǔn)按照晉煤集團(tuán)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤層氣采動(dòng)（空）井井場布置、管線及安全抽采系統(tǒng)安裝、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。

4 兩種井型效果評價(jià)

4.1 各井?dāng)?shù)據(jù)及產(chǎn)氣效果

4.2 井型1效果評價(jià)

以K2砂巖層為鉆井目的層的采空井，鉆井完成后井口都存在3kPa左右的微正壓，打開井口有瓦斯氣體冒出。后期抽采產(chǎn)氣效果較好，平均單井日產(chǎn)氣3000m3，其中產(chǎn)氣量最高的單井為5300m3/d，而且抽采負(fù)壓為-2.5kPa，隨著抽采負(fù)壓的升高，產(chǎn)氣量會(huì)進(jìn)一步升高。

4.3 井型2效果評價(jià)

以15#煤采空區(qū)為鉆井目的層的采空井，鉆井完成后井口都存在40kPa～100kPa左右的正壓，打開井口有瓦斯氣體冒出。后期抽采產(chǎn)氣效果較差，單井產(chǎn)氣量最高的只有240m3/d，其中大部分井的產(chǎn)氣量只有不到100m3/d。同時(shí)在用井下窺視儀查看井內(nèi)情況是發(fā)現(xiàn)，鉆至15#采空區(qū)的井內(nèi)涌水量較大，各井筒內(nèi)液面較高，最高的液面有90m，而該區(qū)15#埋深最深不超過250m，液面將采空區(qū)及含氣煤層淹沒，導(dǎo)致產(chǎn)氣效果不佳。

5 結(jié)論

①通過兩種不同井型產(chǎn)氣效果對比發(fā)現(xiàn)，以K2砂巖為目的層位的井產(chǎn)氣效果更好，值得在寺家莊井田加大試驗(yàn)力度。針對其他積水較多的老采空區(qū)，也可以加強(qiáng)試驗(yàn)性應(yīng)用推廣;②以15#煤采空區(qū)為目的層的鉆井方式產(chǎn)氣效果不佳，因?yàn)椴煽諈^(qū)積水較多，且該地區(qū)煤層埋深較淺，積水稍多就將煤層淹沒，不利于裂隙擴(kuò)散發(fā)育，導(dǎo)致瓦斯無法大量涌出，導(dǎo)致該井型不適用于本礦區(qū);③兩種在本礦區(qū)有成功也有失敗，表明采空井開發(fā)受制于歷史因素，關(guān)閉礦井的資料很不健全，尤其是小煤礦，資料齊全度和準(zhǔn)確度都很差，采空區(qū)鉆井極易鉆到煤柱或積水區(qū)等不同因素影響較大，開發(fā)難度和風(fēng)險(xiǎn)很高。

6 建議

建議完善關(guān)閉煤礦采空區(qū)煤層氣勘查開發(fā)機(jī)制。從回收資源的角度，加大對關(guān)閉煤礦殘存煤層氣資源情況調(diào)查、勘查力度，并深入開展研究和開展綜合評價(jià)工作，使得企業(yè)在開發(fā)采空區(qū)時(shí)能掌握更為準(zhǔn)確的資料，降低開發(fā)難度，減少不必要的試驗(yàn)性投入，更充分高效的利用采空區(qū)煤層氣資源。建議在一些礦區(qū)開展相應(yīng)的試點(diǎn)，開展采空區(qū)煤層氣資源利用試驗(yàn)，積累經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)借鑒英、德等國先進(jìn)開發(fā)管理經(jīng)驗(yàn)，在煤礦關(guān)閉前著手建設(shè)采空區(qū)煤層氣開發(fā)利用基礎(chǔ)設(shè)施，使資源開發(fā)利用實(shí)現(xiàn)最大效益化。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏宏超，楊慧琳，王洪濤，等.大直徑頂板定向鉆孔在亭南煤礦上隅角瓦斯治理中的應(yīng)用[J].煤炭工程，2017， 49（6）：1-3.

作者簡介：

王曉東（1987- ）男，籍貫：山西省高平市，本科學(xué)歷，畢業(yè)于太原理工大學(xué)，采礦助理工程師。