楊柳煤礦地面“L”型井瓦斯抽采技術工程實踐

葉云飛

（淮北礦業集團安全監察局，安徽 淮北 235000）

隨著綜采、綜放采煤工藝的快速發展，如何安全、高效治理瓦斯是突出礦井必須解決的難題。淮北礦業集團公司鑒于現有“L”鉆井在治理井下灰巖水技術方面的成功應用，決定在楊柳礦1071 工作面進行地面“L”鉆井抽采瓦斯工程試驗[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、施工安全性好等優點。

1 概況

楊柳煤礦隸屬淮北礦業集團公司，位于安徽省淮北市濉溪縣境內，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，設計產能180 萬t/a，服務年限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 年經中國礦業大學鑒定：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行區域瓦斯治理。1071 工作面走向長1450 m，傾向寬180 m，煤層傾角平均8.5°，煤層厚度平均3.19 m，采用綜合機械化開采方式。實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試驗

2.1 試驗目的

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，從而實現對該工作面的地面定向水平井瓦斯抽采試驗，降低目標煤層瓦斯含量，確保工作面回采防突治理效果達標。

2.2 鉆井設計

（1）主孔為三開鉆孔結構（圖1）

圖1 主孔結構示意圖

① 一開表土層直孔段：0～160 m，Φ311 mm，過風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）分支孔鉆孔結構

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

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

（3）泄水孔鉆孔結構

泄水透巷孔在套管最低段開窗側鉆，孔徑Φ152 mm。

2.3 施工小結

在地面鉆場，利用石油鉆機，采用定向鉆進技術，累計鉆進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，分兩次進行鉆孔排漿。

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

圖2 鉆井平面布置示意圖

2.4 抽采效果

（1）抽采參數情況

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

表1 瓦斯抽采參數統計表

由表1 可知，地面“L”型鉆井抽采CH4最高濃度達74.10%，平均濃度為34.02%；最高純流量達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 抽采瓦斯參數曲線圖

（2）效果對比

地面“L”井抽采試驗階段，同時采用地面采動區井、高位鉆孔等抽采技術。根據固定時間段抽采數據（表2），對不同抽采方式抽采效果進行對比分析。

表2 抽采CH4 結果數據統計表

① 抽采參數分析

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瓦斯、卸壓裂隙帶積聚瓦斯的作用，又能起到預抽上部煤層（82煤）瓦斯的作用。地面采動區井抽采瓦斯目的首先在于抽采10 煤采空區瓦斯，同時實現對上部煤層（82煤）進行預抽。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，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”井既能預抽上覆82煤層卸壓瓦斯，又可以對采煤工作面采空區瓦斯進行抽采，防止工作面及上隅角瓦斯超限，能夠同時起到地面采動區井、井下高位鉆孔的作用。

3 結論及建議

3.1 結論

現場試驗表明：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、頂板采動裂隙帶內積聚的瓦斯、采煤工作面采空區瓦斯，技術上是可行的。通過進一步優化，可以替代地面采動區井、井下高位鉆孔等抽采方式。該技術具有抽采周期更長、范圍更大、抽采瓦斯量穩定、鉆孔工程量小、施工安全等優點。

3.2 建議

（1）對下入篩管的結構尺寸和材料做進一步研究改進；（2）針對不同的采場條件，進一步優化設計，解決鉆井抽采過程中的水堵問題；（3）需進一步完善支孔無底開窗側鉆工藝和設備，提高開窗成功率。