地面多井远距离瓦斯抽采技术的应用.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 - 6 0 9 X2 0 0 60 4 - 0 0 2 5 - 0 3 中图分类号T D 7 1 2 . 6 2 文献标识码B 收稿日期2 0 0 6 - 0 4 - 2 4 作者简介 董善保1 9 7 0 - , 男, 安 徽长丰县人, 工程师, 从事煤矿通 风瓦斯技术管理工作。 2 0 0 6年8月 第3 5卷第4期 中国矿山工程 C h i n a M i n e E n g i n e e r i n g A u g .,2 0 0 6 V o l . 3 5 N o . 4 地面多井远距离瓦斯抽采技术的应用 A p p l i c a t i o no f S u r f a c e B o r e h o l e G a s S u c t i o nT e c h n i q u e 董善保 淮南矿业 集团 公司, 安徽 淮南2 3 2 0 0 1 关键词 地面多井; 采煤工作面; 瓦斯治理技术 摘要 介绍了潘一矿在综合治理采煤面瓦斯的过程中, 利用地面多井瓦斯抽采技术治理采煤工作面采空区瓦斯的技术及取得 的效果。 K e yw o r d s s u r f a c e b o r e h o l e ; c o a l f a c e ; g a s s u c t i o nt e c h n i q u e A b s t r a c t T h e s u r f a c e b o r e h o l e g a s s u c t i o nt e c h n i q u e w a s u s e dt o c o n t r o l c o a l s u r f a c e g a s i ng a s c o m p r e h e n s i v e c o n t r o l o f P a n y i M i n e , a n dg o o de f f e c t w a s o b t a i n e d . 1前言 淮南矿业集团潘一矿是一座年产达3 5 0万t的大型矿 井, 矿井瓦斯等级为煤与瓦斯突出矿井, 矿井瓦斯绝对涌出 量为1 4 0 m 3 / m i n。目前矿井的主采煤层为1 3、1 1槽, 单个回采 工 作 面 瓦 斯 绝 对 涌 出 量1 3槽 达4 8 . 4 5m 3 / m i n , 1 1槽 达 3 9 . 2 6 m 3 / m i n, 瓦斯已成为制约煤矿安全生产的关键因素。淮 南潘一矿1 3煤、1 1煤采用走向长壁后退式综合机械化采煤 方法, 全部垮落法管理顶板, 通风方式为后退式U型通风。由 于工作面瓦斯涌出量大,治理瓦斯通常采取底板抽采巷、 高 抽巷、 本煤层抽采、 顶板走向钻孔抽采等瓦斯抽采方法。由于 采取底板抽采巷、高抽巷等方法治理瓦斯需要开掘岩石巷 道, 工程量大, 一方面需要投入大量资金, 造成吨煤成本增 加, 另一方面需要投入大量的施工队伍, 开、 抽、 掘、 采的平衡 发展难以保证; 利用钻孔抽采, 施工钻孔密度大, 钻孔利用率 低。为了解决这一难题, 潘一矿在高瓦斯采煤工作面采用了 地面多井远距离瓦斯抽采技术, 解决了工作面回采期间的瓦 斯问题, 目前已成为高瓦斯采煤工作面治理瓦斯的主要手段 之一。 2地面多井远距离瓦斯抽采技术 2 . 1抽采技术 保护层开采以后,被保护的突出煤层受采动作用的影响, 煤层的透气性大幅度提高, 从而产生大量的卸压瓦斯。为了 减少卸压瓦斯对被保护层生产的影响, 需要对被保护层的卸 压瓦斯进行抽采。通过从地面施工钻井至保护层底板以下, 钻井内安设套管并与地面抽采设施相连, 从而使被保护层产 生的卸压瓦斯和保护层开采产生的瓦斯通过钻井被地面抽 采泵抽出。 中国矿山工程2 0 0 6年 第3 5卷中国矿山工程 2 . 2地面多井的位置及结构 潘一矿自2 0 0 5年2月起在2 6 6 21 保护层工 作面实施了地面多井远距离瓦斯抽采技术。根据 2 6 6 21 工作面的走向长度、 钻孔的抽采半径及其 地面施工条件, 钻井位置确定在2 6 6 21 工作面中 部进行施工, 孔口标高为 1 8 . 3 7 m。第一个钻井口位 置确定在距2 6 6 21 开切眼向东5 5 m, 第二个钻井 口距第一个井口2 6 0 m, 第三个钻井口距第二个钻井 口3 0 0 m, 具体布置见图1。 钻井钻至1 1槽煤层底板, 孔深为6 5 4 . 5 m。地面 至基岩段孔径为3 4 9 m m, 下1 7 7 . 8 m m 1 0 m m套管 至地面, 注浆固孔, 以下采用1 5 2 . 4 m m钻头钻进至 1 1槽煤煤顶板以上5 ～ 8 m, 此段下1 3 9 . 7 m m 1 0 m m 的筛管, 最后改用9 1 m m钻头钻至1 1槽煤底板并 用木柱塞实, 钻井结构见图2。 2 . 3地面钻孔内积水的处理 地面钻井穿过1 3 - 1煤层后,继续钻进到1 1 - 2 煤层底板1 m左右,然后用木塞将钻井井底塞实。待 1 1 - 2煤下保护层的采空区导水裂隙带与钻孔壁导 通时,钻孔内积水自动排入1 1 - 2采空区内。 2 . 4地面多井瓦斯抽采系统的抽采效果 2 . 4 . 1地面多井瓦斯抽采系统的组建 地面多井与中央区矿井瓦斯抽采泵站的两台 2 B E - 5 0 5型瓦斯泵相连,连接管路直径为3 2 5 m m, 抽采的瓦斯供民用, 地面多井抽采系统布置见图3。 2 . 4 . 2地面多井瓦斯抽采量的考察 在2 6 6 21 工作面于2 0 0 5年2月1 2日开始回 采, 工作面没有到达地面钻井位置前, 钻井的抽采 量较小。2 0 0 5年3月1 9日2 6 6 21 工作面推过地 面钻井1 瓦斯孔, 3月2 1日地面钻井开始抽到瓦 斯,此时工作面采过1 瓦斯孔 1 2 m,抽采浓度为 2 0 , 抽采流量为3 m 3 / m i n; 当工作面采过地面多井 1 瓦斯孔 1 8 m后,瓦斯抽采浓度与瓦斯抽采流量逐 渐 增 加,抽 采 浓 度 为3 0 ～ 5 0 ,抽 采 流 量 为 6 ～ 9 m 3 / m i n;当工作面采过地面多井1 瓦斯孔 4 0 m 后 , 地 面 钻 井 抽 采 量 达 到 最 大,抽 采 瓦 斯 纯 量 1 6 . 8 m 3 / m i n ,瓦斯浓度7 0 , 抽采负压0 . 0 3 ～ 0 . 0 5 M P a。 当2 6 6 21 工作面推过1 瓦斯孔 2 2 0 m后, 钻 井的抽采纯瓦斯量为6 . 0 2 m 3 / m i n,瓦斯浓度5 0 ～ 6 0 , 地面钻井1 瓦斯孔的抽采量随工作面推进距 离的变化见图4。 2 6 第4期 2 0 0 5年7月2 0日2 6 6 21 工作面推过地面多 井2 瓦斯孔, 7月2 8日2 瓦斯孔开始抽到瓦斯, 既 工作面采过地面多井2 瓦斯孔 1 8 m,抽采浓度为 3 0 , 抽采流量为2 m 3 / m i n; 当工作面采过地面多井 2 瓦斯孔2 4 . 5 m后,瓦斯抽采浓度与瓦斯抽采流量逐 渐 增 加,抽 采 浓 度 为5 0 ～ 6 0 ,抽 采 流 量 为 6 m 3 / m i n。地面多井2 瓦斯孔的抽采量随工作面推 进距离的变化见图5。 2 . 4 . 3地面多井瓦斯抽采范围的考察 该处地面多井自2 0 0 5年3月2 1日开始抽采, 至2 0 0 5年7月3 1日累计抽采瓦斯1 6 8万m 3 , 平均 抽采量7 m 3 / m i n, 抽采浓度5 0 ～ 7 0 。 从图4中可以 看出地面多井的抽采最佳范围是保护层从钻井开 始至推过钻井1 6 9 m处,这个范围钻井瓦斯抽采量 最大为1 6 . 8 m 3 / m i n, 平均抽采量1 2 m 3 / m i n; 保护层在 推过钻井1 6 9 m至2 2 0 m的回采过程中, 地面钻井处 于有效抽采范围, 平均抽采量8 m 3 / m i n; 保护层推过 距钻孔2 2 0 m后, 地面钻井抽采量呈稳定阶段, 因此 该钻孔的有效抽采半径为2 2 0 m左右。 3地面多井抽采被保护层卸压瓦斯效果 3 . 1地面钻井获得的瓦斯气源 淮南矿业集团潘一矿在保护层开采成功的基 础上,对被保护层的卸压瓦斯实施地面钻井抽采, 从 而使该钻井获得最大1 6 m 3 / m i n、 平均7 m 3 / m i n、 浓度 5 0 ～ 7 0 的 瓦 斯 气 量,单 井 累 计 抽 采 纯 瓦 斯 1 6 8万m 3 。若按民用所需瓦斯浓度3 5 计算,可获得 4 8 0万m 3的商品瓦斯。目前潘一矿 4 0 0 0户民用瓦 斯的气源主要由地面多井供给。 3 . 2钻井有效抽采范围内被保护层瓦斯抽采率增大 通过对被保护层瓦斯抽采量统计分析, 在进行 地面钻井抽采前,被保护层的原始瓦斯含量为1 0 ～ 1 2 m 3 / t; 地面钻井抽采后, 在2 2 0 m的抽采范围内, 地 面钻井抽采量最大为1 6 . 8 m 3 / m i n, 平均为1 2 m 3 / m i n, 使地面钻井有效抽采范围的被保护层瓦斯抽采率 达到了4 8 。 3 . 3保护层开采过程中瓦斯涌出量减少 2 6 6 21 保护层工作面回采期间的瓦斯涌出状 况取决于 被保护层卸 压瓦斯能 否成功被抽 采, 2 6 6 21 工作面在采过地面钻井以前, 工作面风排 瓦斯量为6 8 m 3 / m i n, 回风流瓦斯浓度0 . 5 0 . 6 ; 当2 6 6 21 工作面采过地面钻井后, 在钻井的有效 抽采范围内,2 6 6 21 工作面在保持风量基本不变 的情况下, 工作面风排瓦斯量为3 ～ 5 m 3 / m i n, 回风流 瓦斯浓度0 . 3 ～ 0 . 5 。 4结语 地面多井远距离抽采卸压瓦斯技术在潘一矿 2 6 6 21 工作面的成功实施, 为今后瓦斯治理提供 了一条新的途径, 采用此方法不仅费用底, 而且管 理简单、 安全, 技术经济合理, 抽放效果好。 1 地面钻场的施工均在地面进行, 不影响井 下的生产。 2 地面预抽瓦斯, 在2 2 0 m预抽半径范围内, 只需由地面向井下需预抽的煤层施工一口预抽钻 井便可,节省了施工井下巷道和打密集钻孔。 3 地面钻井抽采瓦斯的适用范围广, 只要开 采下保护层的矿井均可使用。 4 下保护层开采以后, 地面钻井可作为被保 护层的采空区瓦斯抽采井,当需要开发煤气时, 还可 单独作为煤层气开发井;允许预抽瓦斯时间较长, 地面钻井可改为自然排放瓦斯钻井。 5 全层同时预抽瓦斯。采用地面钻井对被保 护层的采动区卸压瓦斯; 被保护层的上、 下邻近层 的采动区卸压瓦斯; 开采层 下保护层 的采空区瓦 斯, 实施全层预抽。 董善保地面多井远距离瓦斯抽采技术的应用 “ “ “ “ 欢 迎 订 阅 中 国 矿 山 工 程 2 7