地面“L”型钻井瓦斯抽采设备与抽采管路系统优化探讨

针对淮南矿区高瓦斯、低透气性煤层群、煤岩松软、地质条件特别复杂的特点,采用地面"L"型钻井抽放瓦斯新技术,取得了较好的效果。随着顾桥矿"L"型钻井抽放瓦斯设备的选型成功,为今后实施地面钻井抽采瓦斯的抽放设备的选型优化以及类似矿井煤层抽采系统设计,均具有一定的借鉴作用。     

地面L型井抽采采空区瓦斯适应性及其水平段位置优选

地面L型井抽采采空区瓦斯不仅可减少工作面上隅角瓦斯积聚,而且可获取洁净能源,已在我国多个矿区进行了试验性应用,瓦斯治理效果和经济效益显著,但部分地面L型井抽采效果与预期目标仍有一定差距。为改进L型井瓦斯抽采效果,基于采场岩移“三带”理论及工作面瓦斯运移规律,全面分析了L型井抽采采空区瓦斯的影响因素,对其适应性和L型井水平段位置优选进行了研究。研究结果表明,地面L型井抽采采空区瓦斯技术适宜于采空区涌出量占比高、U型通风和仰采工作面、采空区瓦斯资源量多的高瓦斯工作面。L型井的水平段应靠近工作面回风巷侧布置,垂直方向上,其起始点至终孔点应呈一定的下向倾角,起始点和终孔点高度应分别位于裂隙带上部和下部|水平方向上应位于裂隙发育区内且尽量靠近回风侧边界,同时建立了L型井水平段起始点与煤层底板的垂直距离和距回风巷水平投影距离的计算方法。     

煤矿采动区地面L型顶板水平定向井抽采技术及试验

为解决井下采掘衔接紧张及上隅角瓦斯超限的问题,结合井下高位钻孔抽采与采动区地面直井抽采技术的特点,提出采动区地面L型井抽采技术。在深入分析采动区地面L型井与传统L型定向井区别的基础上,指出该技术的关键点包括井型结构设计和井位层位选择技术、井身层位导向钻进和疏通技术、地面安全抽采控制技术。在山西晋煤集团寺河煤矿3313工作面开展了采动区地面L型井抽采技术试验,结果表明：地面L型井抽采瓦斯浓度平均80%,平均抽采瓦斯纯流量2.2万m³/d,上隅角瓦斯浓度平均降幅46.5%,为工作面瓦斯涌出治理起到关键作用,验证了该技术在煤层气开发及瓦斯涌出治理领域的巨大潜力,为我国煤矿区采煤采气一体化开发提供了新的技术途径。     

地面钻井抽采瓦斯技术研究

针对矿井瓦斯综合治理总体要求在采煤工作面合理位置布置地面井用于抽采采动区和采空区瓦斯。实践表明,钻井的合理位置、稳定性和抽采负压是影响抽采效果的主要因素。该技术是解决矿井安全、高效治理瓦斯的一项重要手段,具有广阔的发展前景。     

基于“O”形圈理论地面钻井瓦斯抽采技术优化

以余吾煤矿N2105回采工作面地面钻井抽采工程实践为依托,基于采动裂隙"O"形圈理论,通过Fluent软件数值模拟分析,结合不同施工参数下地面钻井抽采效果对比分析,对余吾煤矿地面钻井布置位置、抽采负压等参数进行了优化。研究表明:地面钻井水平上应布置于采动裂隙"O"形圈内,垂向上控制于垮落带顶部和裂缝带的中下部之间,抽采效率最高;通过正交模拟对比分析,地面抽采钻井终孔距离煤层顶板垂高16m,距离回风巷为40m时抽采效果最优;抽采负压与抽采瓦斯浓度呈C=-0.013P2+1.122P-1.188的二次多项式关系,当抽采负压为45k Pa时,抽采浓度最高,为25.5%;抽采负压与沿空留巷的瓦斯浓度呈C=0.0001P2-0.013P+0.637的二次多项式关系,当抽采负压为48k Pa时,沿空留巷的瓦斯浓度最低;通过抽采浓度与抽采负压实测数据与拟合公式计算结果对比,验证了拟合公式的合理性,为后期地面钻井抽采参数的布置提供了科学依据。     

地面钻井卸压瓦斯抽采技术

依据潘一矿煤层地质条件和瓦斯赋存特性,阐述了地面钻井抽采卸压瓦斯的设计思路,分别对煤岩采动期、恢复期和稳定期内的现场瓦斯抽采参数及其动态变化规律进行分析。现场试验结果表明,地面钻井在336 d内共抽采瓦斯量200万m3以上,抽采半径达211 m,抽采瓦斯浓度在90%以上,对应块段的煤层瓦斯排出率为41%。     

地面钻井抽采瓦斯技术的发展方向

地面钻井抽采瓦斯是瓦斯治理和煤层气开发的一种有效手段。淮南矿区在松软低透气性的煤层赋存条件下,通过瓦斯治理与采矿技术相结合,经多年实践,探索出了地面钻井抽采瓦斯技术的发展方向,其有关成熟做法对类似地质条件的矿区具有借鉴意义。     

“L”型地面钻井在塔山煤矿中的应用

为研究塔山煤矿高强度开采条件下瓦斯高涌出问题,对大同矿区塔山煤矿实施地面L型钻井工程,L型井采用三开井身结构,一开采用φ444.5 mm钻头钻至基岩面下60 m,下入φ339.7 mm×9.65 mm表层套管固井;二开采用φ216 mm钻头导向,φ311 mm钻头钻至480 m,下入φ244.5 mm×8.94 mm技术套管后固井候凝;三开采用φ216 mm钻头钻至靶点866 m完钻,下入φ168.28 mm×8.94 mm技术套管。该成果可为同煤集团矿井大采高综放工作面瓦斯治理探索新的途径。     

煤矿采动区地面L型顶板水平定向井抽采技术及试验北大核心

为解决井下采掘衔接紧张及上隅角瓦斯超限的问题,结合井下高位钻孔抽采与采动区地面直井抽采技术的特点,提出采动区地面L型井抽采技术。在深入分析采动区地面L型井与传统L型定向井区别的基础上,指出该技术的关键点包括井型结构设计和井位层位选择技术、井身层位导向钻进和疏通技术、地面安全抽采控制技术。在山西晋煤集团寺河煤矿3313工作面开展了采动区地面L型井抽采技术试验,结果表明:地面L型井抽采瓦斯浓度平均80%,平均抽采瓦斯纯流量2.2万m^3/d,上隅角瓦斯浓度平均降幅46.5%,为工作面瓦斯涌出治理起到关键作用,验证了该技术在煤层气开发及瓦斯涌出治理领域的巨大潜力,为我国煤矿区采煤采气一体化开发提供了新的技术途径。     

采空区瓦斯地面抽采钻井稳定性因素分析

以淮南矿区张北矿地面钻井抽采采空区瓦斯试验为背景,通过对比分析淮南矿区各试验钻井抽采数据,运用数值模拟的手段,分析讨论了采空区上覆岩层在采动影响下的时空运移、破坏规律,在此基础上对影响地面抽采钻井稳定性的主要参数进行了分析,并总结出提高地面抽采钻井稳定性的相关建议,对采空区瓦斯抽采技术的研究和推广应用具有一定的指导意义。     

CS1000P6L型钻机在地表水平钻孔中的应用研究

通过对CS1000P6L型钻机主要技术参数的分析,认为其在0°~45°的倾角范围内实现岩心钻探施工具有一定的可行性。通过对钻机的主要部件——动力头的进一步研究后,选取了一个具体的项目进行了应用实验,针对实验过程中发现的问题,进行了认真分析并加以解决,从而验证了该钻机在0°~45°倾角条件下工作性能的可靠性。还通过对钻机在水平孔施工时的相关配套研究,不仅解决了施工人员的操作平台及钻杆钻具的摆放问题,还解决了钻机在工作中位移控制问题。实践证明,该设备完全可以在0°~45°的倾角范围内实现岩心钻探的施工工作,为该型设备的拓展应用提供了可靠依据,在岩心钻探领域具有良好的推广价值和现实意义。     

定向钻穿越过程中土体变形研究

随着人们环境保护意识的日益提高，采用定向钻法铺设管线时发生的塌孔、地面沉降、冒浆等问题正在引起各方重视。本文旨在探讨定向钻穿越过程中泥浆配比、施工过程中泥浆压力控制、以及控制穿越深度的重要性。利用FLAC软件模拟土体塑性变形过程，对地层允许压力值提出预测。     

水平巷道地面预注浆工程钻井液设计

钻井液性能对深井水平巷道围岩地面预注浆工程顺利开展极为重要,根据信湖煤矿地质特点结合水平巷道围岩地面预注浆工程钻孔分段情况,对不同钻孔阶段的钻井液进行了设计。     

龙26-平25长水平段水平井钻井技术

为了高效开发低渗透油藏,在大庆油田龙26区块部署了龙26-平25长水平段水平井。介绍了井身结构与井眼轨迹剖面设计特点,分析了钻井施工中的难点,从井眼轨迹控制、旋转地质导向钻井技术、摩阻与扭矩监测、井眼清洁等几个方面对该井采用的技术措施进行了详细阐述。龙26-平25井完钻井深4045.00 m,水平段长2033.00m,各项指标均符合设计要求,创出了大庆油田应用水基钻井液施工水平井水平段最长的记录,为今后施工同类型长水平段水平井积累了宝贵的施工经验。     

地面钻井压裂煤层结合井下钻孔瓦斯抽放技术研究

瓦斯灾害严重影响煤矿安全生产。针对山西潞安集团余吾煤业有限公司地质条件和煤层瓦斯赋存状况,以该煤业公司N2105工作面区域作为实验场地,采用地面钻井水力压裂煤层结合井下水平钻孔抽采瓦斯的技术方法抽采瓦斯。抽采1 a采出控制区域内50%-55%的瓦斯含量,而压裂井影响瓦斯抽采速率的半径范围为90-100 m。通过与未压裂区的数据对比分析,得出压裂区抽放率净提高90%,同时得到合理的压裂区钻孔间距较未压裂区钻孔间距应增加1.5-2倍。结果表明:该方法起到了良好的工作面瓦斯抽采效果。     

“三下”开采胶结充填体强度对地表沉降的影响

针对“三下”采矿引起的地表沉降问题,结合全尾砂胶结充填材料试验,运用FLAC^3D,对某“三下”铁锌矿充填采矿过程中不同强度的充填体引起的地表沉降变形情况进行综合分析。根据矿山岩体力学参数及相关试验结果,分别模拟不同充填体强度情况下的地表沉降变形情况,根据相关规范再对模拟结果进行优化。得出：当充填体强度为0.9 MPa时,可以保证地表沉降满足公路和河流的正常运行,能够保证采矿工作的顺利进行。     

露天转井工开采条件下地表沉陷预测数值模拟研究

在露天转井工开采条件下,地下开采引起的地表沉陷以及井工开采对露天边坡的稳定性影响预测一直是矿山开采过程中的重大技术难题。针对当前两种计算方法存在的不足,应用FLAC数值模拟技术,对山西平朔安太堡煤矿b902井工开采工作面进行了分步开挖模拟,总结出了地下开采引起的地表沉陷规律,并对地表沉陷位移值进行预测及边坡稳定性分析。与现场实测位移资料对比结果表明,FLAC3D以实际的煤岩物理力学参数为计算依据,克服了常用计算方法的不足,其结果与现场实测结果比较接近,为露天转井工开采条件下地表沉陷预测及边坡稳定性分析探求了一种新的简单易行的方法。     

倾斜多煤层条带开采地表移动规律研究

条带开采是控制地表沉陷及采动损害的有效方法之一,但是目前对多煤层条带开采时地表移动规律研究不足,尤其是倾斜多煤层条带开采地表移动规律研究较少。对此进行研究,对控制地表沉陷,减轻采动损害具有重要的理论意义和实用价值。为此采用FLAC数值模拟软件,系统研究了倾斜多煤层条带开采中不同采深、不同采宽、不同层间距和上下煤柱的空间位置关系对地表下沉和水平移动的影响规律,建立了地表最大下沉和最大水平移动值与采深和错开程度、采宽和错开程度、层间距和错开程度的综合影响关系式。     

金川二矿区开采过程中水平矿层内部应力特征分析

金川镍矿二矿区1#矿体由于在垂直方向上两个中段同时回采,故在这两个中段之间形成一个水平矿层。随着水平矿层被回采得越来越薄,其稳定性问题越来越受到重视。作为稳定性分析的一个方面,采用FLAC3D软件对金川二矿区开采过程进行了仿真数值模拟,结果表明,水平矿层在采至32 m时可能发生了整体破坏,且矿层内部剪应力增大,对矿层的稳定性不利。     

顶板高位大直径水平长钻孔配套钻具研制

针对煤矿井下顶板高位大直径水平定向长钻孔施工中常规钻杆出现粘扣、弯曲、断裂等问题,分析了钻杆柱的工作状态,建立了顶板高位大直径长钻孔钻杆柱受力模型和有限元分析模型,明确了钻杆失效的主要原因,通过优化螺纹牙型和接头连接形式,研制了73 mm高韧性高强度钻杆,解决了定向钻孔扩孔钻进时钻杆断裂、粘扣等问题,满足了顶板高位大直径定向长钻孔的施工要求。