新集一矿地面抽采瓦斯钻井成井技术.pdf

第4 0卷 第6期 2 0 1 2年 1 2月 煤田地质与勘探 T A【 ， GE 0UD GY E ’ 1 0R r 1 0N Vl01 ． 40NO． 6 De c． 2 01 2 文章编号 1 0 0 1 ． 1 9 8 6 2 0 1 2 0 6 0 0 2 9 ． 0 5 新集一矿地面抽采瓦斯钻井成井技术 廉 法 宪 国投新集能源股份有限公 司新集一矿，安徽 淮南 2 3 2 1 7 2 摘要地面钻井抽采工作面上覆采动区的煤层 瓦斯 ，能很好地解决低透气性煤层的瓦斯抽采难题 ， 但 因钻井的成井率低，严重限制了该技术的推 广应用。通过对钻井布置、钻井结构、钻井采气及 井底层位 、钻井施工技术与管理等影响成井的关键 因素的研究，并将地面抽采瓦斯钻井成井技 术 在新集一矿进行 实际应用，发现施工的 l 2个地 面抽采瓦斯钻井百分之百成井，为地面钻井法抽采 瓦斯的成功应用提供 了参考。 关键词地面钻井；瓦斯抽采；采动卸压 区；成井技术 中图分类号T D7 1 2 ． 6 文献标识码A D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 ． 1 9 8 6 ． 2 0 1 2 ． 0 6 ． 0 0 7 Co mpl e t i o n t e c hno l og y of s ur f a c e g a s e x t r ac t i on we l l s LI AN Fa x i a n X i n j i No ． 1 Mi n e ， S D I CXi n j i E n e r g y C o ． L t d ． ， Hu a i n a n 2 3 2 1 7 2 ， C h ／ n a Abs t r a c t E x t r a c t i o n o f c o a l b e d g a s i n o v e r l y i n g mi n i n g d i s t u r b e d a r e a o f wo r k i n g f a c e t h r o u g h s u r f a c e we l l s c a n we l l r e s o l v e t h e d i ffi c u l t p r o b l e ms o f g a s d r a i na g e i n c o a l s e a ms wi t h l o w p e r me a b i l i t y ． Ho we v e r , t h e l o w r a t i o o f s u c c e s s f u l we l l c o mp l e t i o n s e v e r e l y l i mi t s t he a p p l i c a t i o n o f t h e t e c h n o l o g y ．T r o u g h t h e s t u d y o f t h e k e y f a c t o r s i n flu e n c i n g we l l c o mp l e t i o n s u c h a s we l l l a y o u t ， we l l s t r u c t u r e ， g a s d r a i n a g e b y we l l ， e x t r a c t i o n h o r i z o n s ， d r i l l i n g t e c h n o l o g y a n d d r i l l i n g ma n a g e me n t e t c ． ， b y a p p l yi n g we l l c o mp l e t i o n t e c h n o l o g y f o r g a s e x t r a c t i o n t r o u g h s u r f a c e we l l s i n Xi n j i No ． 1 mi n e ， a l l 1 2 w e l l s for s u r f a c e g a s e x t r a c t i o n h a v e b e e n s u c c e s s f u l l y c o mp l e t e d ， p r o v i d i n g g u a r a n t e e for t h e s u c c e s s f u l a p pl i c a t i o n o f g a s e x t r a c t i o n b y s u r f a c e we l l s ． Ke y wo r d s s u r f a c e we l l ； g a s e x t r a c t i o n ； mi n i n g d e p r e s s u r i z e d a r e a ； we l l c o mp l e t i o n t e c h n o l o g y 目前 ，钻孔抽放是国内外煤层瓦斯抽放的主要 方式 。钻孔抽放有地面钻孔抽放和井下布孔抽放两 种。在抽放上方被保护煤层瓦斯方面 ，美国较多的 采用地面钻孔法 ，其他 国家多采用井下抽放卸压瓦 斯 的方法。安徽淮北桃 园矿在开采下保护层工作面 的同时，采用地面钻井抽放上覆远距离采动区煤层 瓦斯试验成功 。以后陆续在淮南潘一矿 、谢桥矿 、 潘三矿及国投新集一矿等获得成功 ，并取得较好的 抽放效果【 l J 。 井下抽采瓦斯投入大 ，难度大 ，且资源利用困 难 ；地面预抽安全性高 ，效果好 ，前景佳 。但受煤 层透气性差 的影响 ，地面抽采 瓦斯技术难度较大。 通过井下采动卸压增透 、增流作用，并配合地面钻 井抽采 ，则是很好的技术发展方向 J 。 1 地面钻井抽采瓦斯技术在新集一矿的应用 新集一矿的 1 3煤层为该矿主采煤层 ， 不仅瓦斯 涌出量大 ，而且具有突出危险性 ，煤层煤质松软 ， 原始透气性低 ，预抽瓦斯非常困难 ，采用局部防治 突出措施难以保证矿井安全生产 ，且严重制约了采 掘效率。而在 1 3煤层下方垂距 7 0 m左右的 1 1 - 2煤 层赋存较稳定 ，不具有突出危险。为了解决 1 3 煤层 开采时瓦斯涌出量大 ，且煤与瓦斯突出危险性大的 问题 ，通过调整采掘部署 ，优先开采 1 1 ． 2煤层 ，使 1 3煤层卸压增透，并预抽被保护层 1 3煤层瓦斯 ， 达到先抽后采 、区域防突 目的。井下预抽 的方法是 在距 l 3 煤层底板 l 5 ～ 2 5 r f l 布置一底板抽排巷 ， 然后 在底抽巷内布置钻场向上打钻抽放 1 3煤层瓦斯 。 这 样 ，施工周期长 ，巷道投资大 。为此开展地面钻井 预抽 1 1 ． 2煤层工作面上覆采动区 1 3煤层瓦斯试验 研究 ，即在 1 1 ． 2煤层综采工作面对应的地面施工瓦 斯抽采钻井 ， 一方面预抽 1 3煤层卸压瓦斯 ； 另一方 面还可抽放 1 1 ． 2煤层工作面采空区瓦斯。 收稿 日期 2 0 1 1 ． 1 0 - l 1 作者简介 廉法宪 1 9 6 8 一 ，男 ， 吉林通化人 ，高级工程师 ， 从事矿井地质及水文地质工作 3 0 煤 田地质与勘探 第 4 0卷 1 ． 1 试验 区地质情况及工作面概况 试验区位于新集井 田 F I O断层 以北 ，二叠纪煤 系直接隐伏于新生界松散层之下。本 区新生界总厚 1 0 4 ． 8 ～ 2 6 8 - 3 m，平均 1 8 0 11 1 ，主要由流砂含水层 、 粘土隔水层交替组成 。二叠纪煤系主要 由砂岩、泥 岩 、砂质泥岩和煤层等组成 ，煤系走向近东西 ，倾 向北 ， 地层倾角 5 o 2 9 。 。 试验区为 1 3 1 1 0 3 、1 3 1 1 0 5 、 2 6 1 1 0 8工作面上方采动卸压区， 开采 l l 一 2煤层 ， 抽 采上方 1 3煤层瓦斯 图 1 。 陶 1 试验区回采工作面及瓦斯抽采钻井分布示意图 F i g．1 Sk e t c h of mi n i n g f a c e s a n d l a yo ut o f ga s e xt r a c t i o n bo r e ho l e s i n t he t e s t a r e a 1 3 1 及 1 3 1 煤层结构复杂 ，含 2 ～ 3层夹矸 。 1 3 。 1 煤层 包括夹矸 厚度为 2 ． 2 9 ～ 7 ． 3 3 m，全层平均 厚度为 5 ． 6 3 m， 厚度较稳定 ； 1 3 ． 1 煤层厚度不稳定 ， 煤厚 0 ． 4 1 ～ 2 ． 2 8 m， 平均煤厚 1 ． 1 5 m。1 3 ． 1 煤层直接顶 为泥岩、 砂质泥岩， 厚度 0 - 5 ． 5 6 m， 平均厚度 4 ． 1 1 m； 老顶为以中细粒石英砂岩为主，厚度 0 ～ 2 0 ． 5 m，平 均厚度 4 ． 9 3 m。1 3 1 煤层底板为泥岩 、砂质泥岩。 1 3 ． 1 F 煤层与 1 1 - 2煤层层间距 5 2 ． 4 ～ 9 6 ． 6 m，平均层 间距 7 0 ． 9 m。 1 1 2煤层结构较复杂 ，含 2 - 3层夹矸 ，煤层厚 度 1 ． 6 1 - 3 ． 6 1 m，全层平均厚度 3 ． 5 3 m。1 1 ． 2煤层直 接顶为泥岩 、砂质泥岩 ，厚度 4 ． 9 6 ～ 1 1 ． 7 9 12 7l ，平均 厚度8 ． 4 3 m；老顶为中细砂岩 、石英砂岩 ，厚度 0 ． 8 3 ～ 2 2 ． 6 5 m， 平均厚度 9 ． 5 3 m； 直接底为泥岩，平 均厚度 4 ． 2 7 r n 。 1 ．2 新集一矿地面钻井抽采瓦斯情况 1 ． 2 ． 1 被抽采煤层 1 3煤1 瓦斯地质情况 新集井 田煤层瓦斯赋存规律明显 ，煤层瓦斯含 量随埋藏深度的增加而增加， 在勘探钻孔采集 1 3 煤 层瓦斯样时发生过喷孔现象 ， 说明 l 3煤层瓦斯局部 有富集。2 0 0 2年 1 1月煤炭科学研究总院重庆分院 对 1 3 煤层 F I O 断层以北区域进行了瓦斯基础参数测 定。 该区域 1 3煤瓦斯压力 3 ． 6 MP a ， 瓦斯含量为 l 4 ． 2 2 m ／ t ，透气性系数平均为 6 ． 6 7 x 1 0 m ／ MP a - d ，钻 孔瓦斯流量衰减系数平均为 0 ． 1 5 9 d ～。 该 区域 1 3 煤 层具有煤与瓦斯突出危险性 ， 属于较难抽放的煤层。 1 ． 2 ． 2 地面钻井抽采瓦斯的实际情况 a ．抽采量2 0 0 6年以来 ，地面 l 2个瓦斯抽采 钻井共抽采瓦斯纯量 1 3 1 7万 m ，平均单井抽采量 1 1 0万 m ， 平均抽采时间 1 8 8 d ， 平均单井 日抽采量 6 0 6 9 m ／ d 。其 中 0 5 ． 4号钻井创 1 9 1 d单井抽采 2 5 6 万 m 的最好记录 表 1 。 表 1 新集一矿地面钻井抽采瓦斯情况 Ta b l e 1 Da t a o f g a s e x t r a c t i o n t r o ug h s u r f a c e we l l i n x i n j i No ． 1 mi n e 钻井编号 抽采天数／ d 抽采量／ 万 m 日均抽采量／ m3 ． d 4 9 0 2 4 3 3 8 7 7 3 7 3 0 51 5 0 4 5 1 3 4 27 4 2 4 9 3 7 38 8 0 21 3 5 5 9 1 3 72 7 l 0 2 9 6 0 6 9 b ．抽采率 1 3 1 1 0 5面上方地面钻井若走向方 向以 2 0 0 9年 1 月至 4月底工作面进尺为计算依据， 倾向方向按倾斜卸压范围为计算依据 ，用地面钻井 总抽采量计算得到抽采率为 4 5 ． 9 ％。 c ．抽 采半径 由示踪技术现场试验结果可得 出，地面钻井抽采煤层卸压瓦斯沿煤层倾 向的抽采 半径达 1 6 0 m以上和走向方 向的抽采半径 2 4 0 m以 上 。平均有效抽采走 向范围达 5 0 0 m 日均抽采量达 3 0 0 0 m3 ／ d d ．解放层效果考察 由安徽 理工大学进行了 保护层开采前后被保护层透气性系数变化等参数考 察 ，受采动影响后透气性系数为 3 6 ． 3 6 5 m2 ／ MP a 2 - d ， 透气性提高了 1 0 0 0倍 。重庆煤科 院采用直接测定 残余瓦斯压力 、残余瓦斯含量对区域防突措施效果 进行检验 ， 实测保护范 围内 1 3 煤层最大残余瓦斯压 力 0 ． 1 5 MP a 、残余瓦斯含量 2 ． 8 ～ 3 ． 6 m ／ t 。区域防突 措施有效 ，保护范围内 1 3煤层无突出危险。 2 地面抽采瓦斯钻井成并技 术 从新集一矿的实际应用情况看，地 面钻井抽采 工作面上覆采动区煤层瓦斯能很好地解决低透气性 煤层的瓦斯抽采问题。该矿地面钻井抽采卸压区瓦 斯技术的成功应用 ，得益于其百分之百的钻井成井 踮 钾 盯 ‘一 眈 叭 腿 2 2 1 1 1 1 2 2 1 2 l 1 l 1 2 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 十 匀 旺 当 啡 啡 啡 啡 啡 噼 第 6期 廉法宪新集一矿地面抽采瓦斯钻 井成井技术 3 1 率。然而， 从 国内多数应用情况看 ，地面钻井抽采 卸压区瓦斯成功率并不高 ，其关键因素是钻井的成 井率低。据不完全统计 ，地面钻井抽采卸压 区瓦斯 的成井率只有 5 0 ％左右 。影响钻井成井率的因素很 多 ，要提高地面钻井抽采瓦斯的成井率 ，必须认真 分析影响成井的关键因素 ，结合具体 的地质条件 ， 合理确定每个钻井 的具体参数 ，对影 响成井 的关键 环节层层把关。 2 ． 1 地面抽采瓦斯的钻井布置 从淮南地区地面钻井预抽采动卸压 区煤层瓦斯 实践证明 ， 抽放半径可达 2 2 0 m[ 2 】 ，为留有余地 ，抽 放半径设为 2 0 0 m，同时保证两井抽放半径相交点 要大于被保护层工作面宽度 ，保证回采工作面在被 保护范围内[ 3 】 。钻井走 向布置间距 2 0 0 - 3 0 0 1 T I 。 ’ 根据缓倾斜陷落法顶板岩移规律 ，采煤面中部 下沉量最大。下沉活跃期为 2 - 3个月 ，此时工作面 上覆煤岩层 的膨胀和渗透率最大 ，是煤层卸压 瓦斯 流动的最佳时期【 。因此 ，地面瓦斯抽采钻井应布 置在采煤面的下沉中部位置。 值得注意的是 ，在倾斜方向上 ，工作面最大下 沉范围与煤岩层倾角有关 ，下沉盆地 的中心向煤岩 层倾斜方 向偏移【 。根据岩层移动规律 ，在地表下 沉盆地倾斜主断面上 ，地表下沉 曲线 的最大下沉 中 心点至采空区中心点连线与水平线在下山一侧 的夹 角称最大下沉角 图 2 。当煤层倾角较大 ， 开采煤层 与被抽采煤层间距较大时 ，就必须考虑下沉盆地 的 偏移因素。根据淮南矿区岩层移动规律 ，最大下沉 角 为 0 - 9 0 o 一 - 0 ． 6 a 煤层倾角 ≤5 5 。 图 2 下沉盆地最大下沉角示意图 F i g ． 2 S k e t c h ma p o f t h e ma x i mu m s u b s i d i n g a n g l e o f a s u bs i di ng ba s i n 一 松散层 厚度；‰ 一 非充分采动时的地 表最大下沉值 ； 一 充分采动时 的地表最大下沉值 新集一矿试验区内煤层倾角 5 - 2 9 。 ，平均 l 8 。 ， 撮 大下沉角 0 - 9 0 。 - 0 ． 6 x 1 8 。 7 9 。 。按 1 1 - 2煤层与 1 3 煤层平均层间距 7 0 m计算， 1 3 煤层处盆地中心偏移 平距 7 0 s i n 9 0 。 一 7 9 。 l 3 ． 4 m。因此 ，1 3 1 1 0 3工作 面上方两个抽采钻井在倾斜布置上 ，距采空区中心 线 向北平移 了 1 0 m 图 3 。 1 3 ， ， 煤J - 作面风巷、 、 ／ ⋯ 。 一一⋯ _ 『 时⋯ o 0 1 31 1 0 3 - 2 ’ 1 3 1 1 03 1 、 ． 1 3 煤一 作瞬机巷 、 、 ， ， 开 切 1 l照 ， ， 、 、 、～一 一一 l l o 3 机 、 、 ～一 一 ， 图 3 1 3 1 3 0 3工作面上方瓦斯抽采钻井布置示意图 Fi g． 3 La yo ut of g a s dr a i na g e bo r e ho l e s a b ov e wo r k i ng f a c e 1 3 1 3 03 2 ． 2 地面钻 井抽 采瓦斯 的钻 井结构 地面抽采瓦斯钻井采用 3层套管结构 图 4 。 图 4 钻井结构示意图 Fi g． 4 Sc h e ma t i c s t r uc t u r e o f bo r e ho l e a ．新生界护壁套管 从地表至基岩风化带下 的坚硬岩层下置 2 4 5 mm石油套管， 并注水泥浆 固 井 ，以防新生界塌井含水层水涌入矿井。由于该 区 基岩风化带深约 2 0 ～ 3 0 m，因而护壁套管应下至新 生界底界面下约 4 0 IT I 处 。 b ． 基岩段工作套管 护壁套管向下至 l 3煤层 顶板下置 1 7 8 mm 的石油套管 ，并注水泥浆同井 ， 作为抽采瓦斯通道 。为防止地表下沉形成积水区后 地表水进入钻井 ，并为后期钻井封闭创造条件 ，应 使工作管高于地表 3 m。 c ．生产套管 筛管 工作套管以下穿过 1 3煤 3 2 煤 田地质与勘探 第 4 0卷 至 1 1 2煤顶板 ，此段下置 0 1 4 0 mm的筛管 筛管按 三花布置 ， 间隔 8 0 ～ 1 0 0 mm， 眼径 2 0 mm ， 不 固井 。 为防止 1 1 ． 2煤层开采后筛管下沉与工作管断开，筛 管上口与工作管底 口重叠 5 m，筛管以下用水泥浆封 闭 ， 防止 1 1 - 2煤工作面采过钻井时井 内积水突然涌 人工作面 。 在采动区上方抽采瓦斯 ，钻井必将受到采动影 响破坏。为保证在采动影响下钻井 的正常工作 ，三 路套管均选择加厚 壁厚 1 0 mm以上 的无缝石油地 质管材 ，钢材质量好 、厚度大 、抗压 、抗剪等综合 抗破坏变形性能强 ，套管连接采用等厚钢箍丝扣连 接。尤其是新生界 的双层套管结构 ，保证了该段钻 井变形最小 ，为确保后期封闭钻井 ，防止新生界含 水层及地表水涌入井下提供 了安全保障。从对 已封 闭的 8 个钻井 的实际探测情况看 表 2 ， 钻井的严重 变形地点均在新生界护壁套管以下。 2 ． 3 地面钻井抽 采瓦斯 的采气层位 新集一矿开采 1 1 ． 2煤层 ，主要抽采上方采动卸 压区 1 3 1 及 1 3 ． 1 F 煤层的瓦斯。1 3 ． 1 及 1 3 ． 1 1 F 煤层 底板主要为泥岩、砂质泥岩 ，铝质含量高 ，裂隙不 发育 ，封闭性较好 ；其煤层顶板普遍发育一层 0 ～ 2 0 ． 5 m 平均 4 ． 9 3 m 厚的中细砂岩 ， 其裂隙发育 ， 透 气性好 。因此 ，为达到抽采 1 3 ． 1 及 1 3 ． 1 _ F 煤层瓦斯 目的，由原设计 的将工作套管下到 1 3 ． 1煤顶板上 2 - 3 m， 上提到 l 3煤顶板砂岩以上 2 m 图 5 ， 将 1 3 煤顶板砂岩层纳入采气层位。由于采气层位扩大到 1 3煤顶板砂岩层 ，增大了抽采断面积 ，按照流体力 学原理，气体流量与断面积成正比。1 3 煤层瓦斯受 到采动卸压后 ，不仅可以顺煤层 向钻井流动 ，还可 以窜人顶板砂岩层后沿透气性更好的砂岩裂隙通道 涌向钻井 ，为低透气性煤层的抽采扩展 了通道。 2 ． 4 地面钻 井抽采瓦斯的井底层位 2 ． 4 ． 1 合理选择井底层位的重要性 由于钻井 的采气段 筛管 采用裸孔 、裸管非固 图 5 采气层选择示意图 Fi g ． 5 Sc he ma t i c d i a g r a m o f s e l e c t e d ho r i z o n f o r g a s e x t r a c t i o n 井设计 ，因此岩层 中的地下水必将涌入钻井。涌人 钻井的地下水充填了岩层 、煤层的裂隙空间 ，封堵 了采气通道。如果钻井 中的水位高于被抽采煤层深 度 ，水压高于瓦斯压力时 ，就可能造成钻井无法出 气而废井。即使在钻井施工结束后采取了排除井内 积水的措施 ， 但使用时间一长， 钻井 内仍可能重新积 水 ，尤其是受到采动影响后，煤层的透气性增加的 同时 ，含水层的渗透率也增强 ，向钻井内的涌水也 随之增强。地面瓦斯抽排泵形成的负压非常有限 ， 不可能从地面排除井 内积水 ，因此 ，只有将钻井内 积水引入井下。煤层开采后， 工作面上方覆岩常形成 采动影响“ 三带” 冒落带、 导水裂隙带 、 弯曲下沉带 ， 因此，地面瓦斯抽采钻井的井底位置应选在冒落带 以上的裂隙带下部 图 6 。这样，当工作面采过钻井 后 ，导水裂隙带波及到钻井 ，将钻井内积水导入井 下 ，确保钻井出气畅通 ，同时也能抽放开采煤层工 作面采空区的瓦斯。如果井底层位选择过高 ，一旦 导水裂 隙带不能有效与钻井沟通，不能完全排放钻 井内的积水 ， 必将影响到抽采效果 ， 甚至造成废井 ； 如果井底层位选择过低 ，进入开采煤层形成的冒落 带中， 造成钻井完全与开采煤层工作面采空区连通 ， 会造成采空区向钻井大量漏风，地面钻井抽采瓦斯 浓度下降，抽放负压也降低 ，不利于煤层的瓦斯抽 采。开采煤层工作面采空区漏风严重 ，甚至可能引 起采空区 自燃发火 ，带来安全隐患。钻井与采空区 漏通严重，对钻井后期封闭也极为不利，甚至带来 水患威胁 。因此 ， 必须科学合理地选择好井底位置。 2 ． 4 ． 2 冒落带及最大导水裂隙带高度预计 根据试验区附近 9个钻孔资料1 1 ． 2煤顶板砂 ～ ～ 一～ 一 ～ 拼 一 第 6期 廉法宪新集一矿地面抽采瓦斯钻井成井技术 3 3 岩厚度占 1 1 - 2煤顶板岩石总厚度的 9 ． 8 ％～ 3 2 ％；覆 岩为中硬类型。冒落带及最大导水裂隙带高度的计 算采用 以下公式【 ] 1 0 0 “ M 冒 4 ．7 ML 1 9 2 2 强 2 o ／ ZM 1 0 式中 ∑M为累 计采 厚， ∑M 3 ．6 - 4 ．5 m ； 目 为冒 落带高度 ， H目 1 2 ． 2 ～ 1 3 ． 4 m； H裂 为导水裂隙带高度， H 48 ． 0 -5 2． 4 m 。 根据两带高度计算结果 ，为防止钻井与采空 区 漏通严重 ， 井底与冒落带之间留 1 0 m左右的垫层作 为保护 ，即井底与 1 1 - 2煤层顶板问距为冒落带高度 加 1 0 m H目 l 0 图 6 。 图 6 煤层采空区上方“ 三带” 与钻井关系示意图 Fi g．6 Sc he ma t i c di a g r a m s ho wi ng t h e r e l a t i o n b e t we e n t he ‘ ‘ t hr e e z on e s ”a b ov e g o b a nd g a s d r a i na g e we l l 2 ． 5 地面钻井抽采瓦斯的施工技术 按照原有设计，施工顺序为一开 3 1 1 mi l l 钻 进过新生界风化带一一次测井一下新生界护壁套管 一固井一止水检查一二开 2 1 6 mm钻进到 1 3 ． 1 煤 层顶板一二次测井一下基岩工作套管一固井一止水 检查一三开 9 1 mm钻进到 1 1 ． 2 煤层底板 1 0 m一三 次测井一封闭下段到 1 1 - 2煤层顶板_ 1 5 2 mi l l 扩 孑 L 一捞渣 下筛管一洗井一排水。 按照此施工顺序 ， 下基岩工作套管和筛管时无法准确确定 1 3 ． 1 煤层和 l 1 - 2煤层位置 ，可能造成采气层位和井底层位选择 不当，影响抽采效果。因此 ，对施工工序 、工艺进 行了优化。采取二开一次打到 1 1 - 2煤层底板 ， 再通 过测井确定 1 3 1和 1 1 2煤层 的准确层位 ，这样就 可 以准确地确定好采气层位和井底层位 ，用水泥浆 一 次封闭到 1 1 ． 2 煤层顶板筛管底口位置， 再扩孔到 1 3 1 煤层顶板工作套管底 口位置 ，在变径处搭桥后 下工作套管 ，固井 、止水检查后透孔到井底位置 ， 下人筛管 。即优化后的施工工序为 一开 3 1 1 mm 钻进过新生界风化带一一次测井一下新生界护壁套 管 固井一止水检查一二开 1 5 2 mm钻进 1 1 - 2煤 层底板 l 0 m- 二次测井一封闭下段到 1 1 - 2煤层顶 板一 2 1 6 mm扩孔到 1 3 ． 1 煤层顶板一搭桥一下基 岩工作套管一固井 止水检查一透孔一下筛管一洗 井一排水。优化后的施工工艺顺序 ，能确保采气层 位和井底层位的准确 ，同时也简化了施工工序 ，提 高了钻井施工效率 。 在钻井设备选择方面 ，由于地面瓦斯抽采钻井 直径大，套管重 ，因此必须选用大功率钻机施工。 除 了使 用 T S J 一 1 0 0 0 型 钻 机 ，还 使 用 了美 国产 T 6 8 5 WS型车载钻机施工 。 车载钻机施工的优点是进 场准备快 ，搬家快 ，钻进效率高。实践验证 ，6 0 0 m 深的钻井总工期一般不到一个月 ，例如 ，0 5 ． 4号钻 井从进场到竣工仅用了 1 8 d 时间 包括每次固井后 3 d水泥侯凝时间 。车载钻机施工的最大好处是其采 用高压空气钻进 ，由于未用泥浆 ，不存在泥浆对井 壁煤岩层裂隙的充填封堵问题 ，因此不需要对采气 段进行洗井和排水 ，井壁的透气性最佳 ，对排水和 采气十分有利 。 2 ． 6 地面钻井抽采瓦斯的现场施工技术管理 要提高钻井的成井率 ，钻井施工的现场技术管 理是重要的技术保障措施 ，必须确保每个施工环节 均达到设计要求 。在钻井施工过程中，要安排专 门 的技术人员对钻井施工质量进行现场监理 ， 从开T 、 钻进 、测井 、扩孔、下管、固井 、洗井 ，到最后竣 工验收 ， 每一道施工工序都要做到有分部工程验收。 a ．工序 转换 每道工序转换须施工单位提 出 申请 ，经现场监理人员和项 目技术负责人审批同意 后 ，方可进行施工 。 b ．套管下置深度依据测井资料 ， 根据新生界 底界面位置确定新生界护壁套管的下置深度；根据 1 3 1煤层位置确定基岩工作套管的下置深度 ；根据 1 1 ． 2煤层位置确定生产筛管的下置深度 。 c ．材料质量 套管管材和 固井水泥等主要材 料必须出具厂家的检验报告 ，确保材质符合要求。 d ．现场检查验收两次下套管和固井过程中， 监理人员要到现场跟班 ， 现场记录和验收下管深度 ； 为确保固井质量 ，每次固井后必须严格按规范要求 进行止水检查 ；最终下完筛管后 ，进行洗井和排水 ， 项 目负责人和监理人员现场组织竣工验收。 3 结 论 通过地面钻井抽采卸压 区的煤层瓦斯技术在新 集一矿的实践应用 ，发现其具有以下特点 抽采时 下转第 3 8页 3 8 煤 田地质与勘探 第 4 0卷 动。 唐山矿实测原岩地应力 最大主应力值 2 9 ～ 3 3 MP a ， 方位角 1 3 1 。 ～ 1 4 8 。 ； 最小主应力为 1 2 - 1 8 MP a ， 方位 角 4 1 o ～ 5 3 o 表明，唐 山矿区现今地应力场为水平构 造应力 场 最大水平 主应力与 自重压力 的比值 为 1 ． 5 - 2 ． 4 。 b ．高 的水平构造应力场是唐山矿冲击地压发 生的一个重要影响因素。数值模拟表明，随着水平 构造应力的增加 ，煤层及其顶底板围岩的应力集 中 程度和能量积聚水平都大大提高 。 煤层开采过程 中， 煤层及其顶底板围岩中的高水平构造应力为冲击地 压的发生提供 了力源条件 ，而在高地应力环境下所 积聚的大量弹性应变能为冲击地压的发生提供了能 量条件 。高的水平构造应力的存在使煤层及其顶底 板围岩的冲击地压危险性大大增强 ，当应力和能量 积聚到一定程度时 ，在坚硬顶板 的拱顶处 以及煤层 的支承压力区往往会发生瞬时脆性破坏 ，从而导致 冲击地压的发生。 参考文献 [ 1 】赵本钧． 冲击地压及其防治【 M】 ． 北京 煤炭工业出版社 ， l 9 95 ． 【 2 】B L AKE w R o c k b u r s t me c h a n i c s [ J ] ． Qu a r t e r l y o f t h e Co l o r a d o Sc h o o l o f M i n e s ， 1 9 7 2，67 1 - 64 ． [ 3 】L I NK OV A M． R o c k b u r s t s and the i n s t a b i l i ty o f r o c k ma s s e s [ J ] ． I n t ， J ． R o c k Me c h ． Mi n ． S c i ． Ge o me c h ． Ab s t r ． ， 1 9 9 6 ，3 3 7 7 2 7 -7 3 2 ． [ 4 】孟召平． 煤层顶板沉积岩体结构及其顶板稳定性的影响[ D 】 ． 北京 中国矿业大学，1 9 9 9 ． [ 5 】ME NG Z h a o p i n g ， P AN J i e n a n ． Co r r e l a t i o n b e twe e n p e t r o g r a p h i c c h a r a c t e r i s t i c s and f a i l u r e d u r a t i o n i n e l a s t i c r o c k s [ J ] ． E n g i n e e r - in g Ge o l o g y , 2 0 0 7 ，8 9 2 2 5 8 2 6 5 ． [ 6 】P AN J i e n a n ，ME NG Z h a o p i n g ，HOU Q u a n l i n，e t a 1 ． I n fl u e n c e of the r o o f l i t h o l o g i c a l c ha r a c t e ris t i c s o n r o c k b u r s t a c a s e s t u d y in T a n g s h a n c o l l i e r y，Ch i n a [ J ] ． Ge o me c h a n i c s a n d E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 9 ， l 2 1 4 3 -1 5 4 ． 【 7 】潘结南 ， 孟召平， 刘保民． 煤系岩石成分、 结构与其冲击倾向 性关系【 J ] ． 岩石力学与工程学报，2 0 0 5 ，2 4 2 4 4 4 2 2 4 4 2 7 ． 【 8 ]P AN J i e n a n，ME NG Z h a o p i n g ． Ge n e s i s o f r o c k b u r s t s i n c o l l i e r i e s a n d i t s c o n t r o l l i n g f a c t o r s u n d e r d e e p mi n i n g c o n d i t i o n [ C ] ． P r o gre s s i n S a f e t y S c i e n c e and T e c h n o l o g y VO L． I V ，S c i e n c e Pr e s s ， 2 0 0 4 3 0 2 3 0 7 ． [ 9 】何满潮， 谢和平， 彭苏萍，等． 深部开采岩体力学研究[ J ] ． 岩 石力学与工程学报 ，2 0 0 5 ，2 4 1 6 2 8 0 3 - 2 8 1 3 ． [ 1 0 ]谢和平， 彭苏萍， 何满潮． 深部开采基础理论与工程实践[ M】 ． 北京 科学 出版社 ，2 0 0 7 ． [ 1 】 ]李新元． 坚硬顶板断裂振动型冲击地压机理研究及其工程应 用【 D】 ．北京 中国矿业大学 ，2 0 0 5 ． [ 1 2 ]WHI T T L E S D N，L OWN DE S I S，K I NGMA N S W ，e t a 1 ． I n fl ue n c e of g e o t e c h n i c a l f a c t o r s o n ga s flo w e x p e de n c e d i n a UK l o n g wa l l c o a l mi n e p a n e l [ J ] ． I n t e rna t i o n a l J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s Mi n i n g S c i e n c e s ，2 0 0 6 4 3 3 6 9 - 3 8 7 ． 【 1 3 】C AI M． I n fl u e n c e o f i n t e r me d i a t e p ri n c i p a l s tr e s s o n r o c k f r a c t u r i n g and s tre n g t h n e ar e x c a v a t i o n b o u n d a r i e s I n s i g h t f r o m n u me ri c a l mo d e l i n g [ J ] ． I n t e rna t i o n a l J o u r n a l o f Ro c k Me c h a n i c s Mi n i n g S c i e n c e s ，2 0 0 8 4 5 7 6 3 7 7 2 ． [ 1 4 】HE U Z E F E，MO RR I S J P I n s i g h t s i n t o gro u n d s h o c k i n j o