新莊煤礦0.6Mt新井設計-60萬ta含5張CAD圖-采礦工程.zip

新莊煤礦0.6Mt新井設計-60萬ta含5張CAD圖-采礦工程.zip,新莊,煤礦,0.6,Mt,設計,60,ta,CAD,采礦工程 高瓦斯礦井采前本煤層的抽放摘要：瓦斯是礦井開采中最常見的氣體附產(chǎn)物，同時是一種清潔的能源。然而，帶來利益的同時，也會帶來災害。在礦井事故中，瓦斯事故占有很大的比例，處理不善，將帶來巨大的經(jīng)濟利益損失。近年來，隨著煤炭開采的進一步發(fā)展，瓦斯事故的發(fā)生幾率也在不斷增大。因此，瓦斯抽采顯得尤為重要。本文將就高瓦斯煤礦瓦斯的賦存條件，簡單探討本煤層采前抽放的方法。關鍵詞：高瓦斯；采前；本煤層；抽放；鉆孔1 瓦斯抽采的現(xiàn)狀及作用1.1 資源狀況我國是世界上煤層瓦斯資源儲量巨大的國家之一。據(jù)2006年國土資源部油氣中心對全國煤層氣資源評價結果，我國煤層氣資源量居世界第三位，與我國陸上天然氣資源量相當，資源量36.81萬億m3，可采資源量10.86萬億m3，主要分布在華北和西北地區(qū)，我國煤層氣資源分布和成藏模式如圖1-1所示。其中，華北地區(qū)、西北地區(qū)、南方地區(qū)和東北地區(qū)賦存的煤層氣地質資源量分別占全國煤層氣地質資源總量的56.3、28.1、14.3、1.3。1000m以內、10001500m和15002000m的煤層氣地質資源量，分別占全國煤層氣資源地質總量的38.8、28.8和32.4。全國大于5000億m3的含煤層氣盆地(群)共有14個，其中含氣量在500010000億m3之間的有川南黔北、豫西、川渝、三塘湖、徐淮等盆地，含氣量大于10000億m3的有鄂爾多斯盆地東緣、沁水盆地、準噶爾盆地、滇東黔西盆地群、二連盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、天山盆地群、海拉爾盆地等共有15個，其中二連盆地煤層氣可采資源量最多，約2萬億m3。圖1-1 煤層氣成藏模式圖1.2 資源開發(fā)情況1.2.1 地面開發(fā)煤層氣地面開發(fā)始于上個世紀70年代末，原煤炭科學研究院撫順研究所曾在撫順、陽泉、焦作、白沙、包頭等礦區(qū)，以解決煤礦瓦斯突出為主要目的，施工了20余口地面瓦斯抽排試驗井。但由于技術、設備等條件限制，試驗未達到預期效果。上世紀90年代，煤層氣開發(fā)出現(xiàn)熱潮，在不同地區(qū)開展了煤層氣開發(fā)試驗。經(jīng)過十余年發(fā)展，取得了重大突破?！笆濉逼陂g，初露煤層氣產(chǎn)業(yè)化曙光。煤層氣勘探登記區(qū)塊64個，總面積81810.3 km2，分布在12個省/區(qū)。30余個試驗開發(fā)地區(qū)遍布全國：鶴崗、雞西、依蘭、鐵法、沈北、阜新、琿春、壽陽、和順、潞安、晉城、霍東、霍西、寧武、鄉(xiāng)寧、大寧吉縣、石樓、三交、臨興、保德-神府-準格爾、韓城、黃陵、吐哈、淮南、淮北、豐城、盤江、恩洪、老廠。建立煤層氣先導性生產(chǎn)試驗井組11個：阜新、大城、淮北、晉城、潘莊、棗園、臨興、磧口、柳林、午城、韓城。19902005年累計鉆井數(shù)577口，其中20042005年累計329口，占57。主要項目有：山西沁水棗園井組煤層氣開發(fā)試驗項目，生產(chǎn)試驗井15口；遼寧阜新劉家井組煤層氣開發(fā)項目，鉆井8口，單井日均產(chǎn)氣3000m3以上；山西晉城潘莊煤層氣地面開發(fā)項目，施工了175口煤層氣井，日產(chǎn)氣約10萬m3；山西沁南潘河先導性試驗工程，計劃施工900口煤層氣井，到2005年底完成鉆井100口，日產(chǎn)氣約8萬m3。1.2.2 井下抽采煤礦井下瓦斯抽采始于上個世紀50年代初。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，煤礦井下瓦斯抽采，已由最初為保障煤礦安全生產(chǎn)到安全能源環(huán)保綜合開發(fā)型抽采；抽采技術由早期的對高透氣性煤層進行本煤層抽采和采空區(qū)抽采單一技術，逐漸發(fā)展到針對各類條件適合于不同開采方法的瓦斯綜合抽采技術。據(jù)統(tǒng)計，截止2005年，全國煤礦高瓦斯礦井4462處，煤與瓦斯突出礦井911處。在615對國有重點礦井中，煤與瓦斯突出礦井近200對，高瓦斯礦井152對，裝備地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)308套。2005年，全國井下抽采煤礦瓦斯近23億m3，陽泉、晉城、淮南、松藻、盤江、水城、撫順等7個礦區(qū)年抽采量超過1億m3。1. 3 煤礦瓦斯賦存條件我國煤層瓦斯的賦存特征是“兩高三低”：煤層瓦斯貯存量高、煤層吸附瓦斯能力高、煤層瓦斯壓力較低、煤層在水力壓裂等強化措施下形成常規(guī)破裂裂隙所占比例低、煤層瓦斯儲層滲透系數(shù)低。另外，地質構造對瓦斯區(qū)域分布具有重要影響。1.3.1 煤層瓦斯的滲透率低我國煤層的滲透率通常較小。撫順煤田的滲透率相對較高，但也只有0.53.8md，水城、豐城、鶴崗、開灤、柳林等礦區(qū)高滲透煤層滲透率只有0.11.8md，其它地區(qū)絕大多數(shù)實測的滲透率值都在0.001md以下，比美國的San Juan盆地和Black Warrior盆地低34個數(shù)量級。煤層滲透率的影響因素十分復雜，原巖應力狀態(tài)、煤層埋深、煤的變質程度、煤巖組分等都將不同程度地影響煤層滲透率。一般情況下，煤層滲透率隨壓力（或深度）的增加而減小，如圖4-6所示。與美國、澳大利亞相比，中國的煤層氣儲層所承受的地應力大，美國黑勇士盆地地應力值16MPa，澳大利亞東部悉尼盆地鮑恩盆地110MPa，少數(shù)達14MPa(Enever，1996)，中國很多地區(qū)的地應力相當于或大于這些地區(qū)的高限值。煤層滲透率是影響瓦斯抽采難易程度的最主要因素，我國煤層瓦斯抽采難易程度劃分為三類，如表1-1所列。當按鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)和煤層透氣性系數(shù)指標判別出現(xiàn)結果不一致時，以煤層透氣性系數(shù)指標為準。圖1-2 原地應力與滲透率的關系表1-1 煤層瓦斯抽采的難易程度劃分表分 類鉆孔流量衰減系數(shù)(d-1)煤層透氣性系數(shù)(m2/MPa2.d)容易抽采10可以抽采0.003-0.050.050.11.3.2 煤層瓦斯壓力較低煤層瓦斯壓力是指在煤礦開采條件下，在礦井中測得的煤層孔隙中的氣體(瓦斯)壓力。一般瓦斯壓力隨煤層埋深增大而增大，可用壓力梯度去衡量煤層瓦斯壓力的大小。為了在煤層瓦斯壓力評價中統(tǒng)一方法和原則，將煤層瓦斯壓力劃分為三種類型，如表1-2所列。表1-2 煤層瓦斯壓力梯度類型劃分方案壓力梯度/KPam-1）煤層瓦斯壓力類型9.5低壓9.510.0正常10.0高壓我國煤層瓦斯壓力梯度大小變化幅度很大，最低值為1.2kPa/m(撫順)，最大值為13.4kPa/m，但大部分屬于低壓瓦斯。我國部分礦區(qū)瓦斯壓力梯度及類型如表1-3所列。煤層瓦斯壓力低影響煤層氣產(chǎn)率，不利于瓦斯抽采。表1-3 我國部分礦區(qū)瓦斯壓力梯度及類型礦區(qū)瓦斯壓力梯度/kPam-1）數(shù)據(jù)個數(shù)瓦斯壓力類型最小最大平均值低壓南桐6.311.89.49低壓松藻4.84.54.82高壓天府9.413.411.46低壓中梁山7.49.98.95低壓芙蓉3.54.74.12低壓六枝4.611.66.98低壓水城4.57.45.53低壓白沙5.911.28.69低壓漣邵6.510.58.17低壓淮南3.27.75.410低壓北票7.511.39.36低壓撫順1.25.62.97低壓1.3.3 煤層吸附瓦斯能力高煤層吸附瓦斯能力高直接導致瓦斯的抽采效果差、抽采率低、抽采成本高。煤對瓦斯的吸附能力受多種因素的影響，主要影響因素有壓力、溫度、礦物質含量、水分含量、煤階、巖性、氣體組分等。1 壓力隨著壓力的增加，吸附氣量增加。2 溫度溫度總是對脫附起活化作用，溫度越高，游離氣越多，吸附氣越少。3 水分含量水為極性分子，吸附于煤中，從而取代甲烷的位置，水分在煤吸附過程中起著極其重要的作用，水的存在，降低了煤中甲烷吸附量。然而從宏觀上認識，沒有水封堵，也難以形成較大的煤層甲烷吸附氣氣藏。4 煤階煤階是煤層氣的生成和煤的吸附能力的重要影響因素之一，對煤層氣含量起控制作用。當煤樣為干燥煤樣時，煤的吸附能力(蘭氏體積)隨煤階（鏡質體反射率R0，）增高呈U字形變化。當R00.5-1.2時，隨煤階的增高吸附能力降低；當R01.2-4.0時，吸附能力隨煤階增高而增高，當R04.0時，吸附能力急劇下降。5 煤巖的顯微組分煤對甲烷的吸附能力除與煤階有關外，還與煤的組成有關，煤主要由四種有機組分組成：鏡質組、殼質組、惰質組和絲質組。惰質組中微孔發(fā)育含量越高，吸附量越大；在惰質組含量不高時，吸附量隨鏡質組的增多而增大。原因是絲質組就沒有胞腔或微孔，吸附量最小。煤炭是中國的主要能源， 占一次能源的 70%以上。進入 21 世紀以來， 隨著中國經(jīng)濟的快速增長，煤炭需求量也快速增長， 2001 年至 2008 年中國煤炭產(chǎn)量由11. 06 億t 猛增到27. 2 億t ，平均每年增長了18. 24%。中國煤炭工業(yè)在保障中國經(jīng)濟快速增長的同時， 也使煤炭的開采條件不斷惡化，突出表現(xiàn)在開采深度增加、 瓦斯壓力和瓦斯含量增大、 地質構造條件復雜， 瓦斯災害、 特別是煤與瓦斯突出災害日趨嚴重。20 世紀80 年代初，南桐礦務局平均開采深度380 m，瓦斯壓力1. 5 6. 0 MPa； 淮南礦務局平均開采深度490 m， 瓦斯壓力 1. 8 3. 6 MPa。目前，南桐礦務局平均開采深度810 m， 瓦斯壓力5. 010. 0 MPa；淮南礦業(yè)集團平均開采深度 800 m，瓦斯壓力4. 2 5. 6 MPa， 所開采的煤層90%為突出煤層，原來無突出危險的保護層已升級為突出危險煤層。 2004 年， 全國大中型煤礦平均開采深度456 m。 平均采深華東約620 m， 東北約530 m，西南約430 m，中南約 420 m， 華北約360 m， 西北約280 m。采深超過1 000 m 的煤礦有8 處，采深大于600 m 的礦井產(chǎn)量占28. 47% 。全國煤礦開采以每年約10 20 m 的速度向深部延深。中國含煤地層以石炭二疊紀為主， 經(jīng)歷過多次大型構造運動， 許多礦區(qū)發(fā)生隆起、 坳陷、 褶皺和斷裂等活動，在構造擠壓和剪切應力的作用下， 煤層結構破壞而形成構造煤發(fā)育， 表現(xiàn)為煤質松軟(硬度系數(shù)f = 0. 1 0. 5) ，煤層滲透性差( 透氣性系數(shù)多為10- 3 10 m2/ ( MPa2d) ) ，原始煤體瓦斯抽采困難。1.4 瓦斯抽采的作用中國煤礦的瓦斯事故類型分為瓦斯爆炸、 煤與瓦斯突出、 瓦斯燃燒和窒息。瓦斯爆炸、 瓦斯燃燒和窒息事故的原因之一是瓦斯積聚達到一定的體積分數(shù)。例如瓦斯體積分數(shù)達到 5% 15%時， 有可能引起瓦斯爆炸事故；瓦斯體積分數(shù)大于15%時，有可能引起瓦斯燃燒事故；由于瓦斯積聚使空氣中氧氣體積分數(shù)降到12%時， 人感到呼吸非常短促。煤與瓦斯突出是煤體中存儲的瓦斯能和應力能的失穩(wěn)釋放。煤層瓦斯的大量直接排放不僅浪費了能源資源而且嚴重污染了環(huán)境， 以甲烷為主要成分的煤層瓦斯是一種具有強烈溫室效應的氣體，甲烷的溫室效應比二氧化碳大20 倍以上。因此，煤礦瓦斯抽采的目的為：1）減少瓦斯涌出、 預防瓦斯超限、 降低瓦斯積聚，為礦井通風創(chuàng)造有利的條件；2）降低煤層中存儲的瓦斯能量、 提高煤體強度，防治煤與瓦斯突出；3）開發(fā)利用高效潔凈的能源；4）降低對環(huán)境的污染。中國5煤礦安全規(guī)程6第 145 條規(guī)定了必須建立地面永久抽采瓦斯系統(tǒng)或井下臨時抽采瓦斯系統(tǒng)的條件。1.5 煤礦瓦斯抽采量中國于2002 年提出了/ 先抽后采， 監(jiān)測監(jiān)控， 以風定產(chǎn)0的12 字工作方針由于 20 世紀末期，中國煤炭企業(yè)經(jīng)營十分困難，造成煤礦安全的投入普遍不足，很多煤礦采掘失衡， 再加上后來煤炭產(chǎn)量的大幅度提升， 導致 2004 年底至2005 年初， 鄭州煤業(yè)集團大平煤礦、 銅川礦務局陳家山煤礦、 阜新煤業(yè)集團孫家灣煤礦接連發(fā)生了 3 起一次死亡百人以上特別重大瓦斯事故。 2005 年至 2008 年，國家每年投入30億元， 帶動企業(yè)和地方投資，對重點煤礦進行瓦斯治理和安全技術改造。經(jīng)過近4 年多的科技攻關、 安全技術改造和加大監(jiān)管及監(jiān)察力度， 中國煤礦瓦斯治理科技水平、裝備水平和管理水平取得了長足進步。圖1 給出了中國煤礦瓦斯抽采量的增長情況，從圖1-3 中可以看出， 2002 年以來中國煤礦瓦斯抽采增長迅速， 2007年全國瓦斯抽采量達到44 億m3， 有10 個礦業(yè)集團年瓦斯抽采量超過1 億m3。圖1-3 中國煤礦瓦斯抽采量增長情況1.6 煤礦瓦斯事故分析近年來隨著中國煤礦安全投入不斷增加，煤礦瓦斯抽采量增長迅速，安全管理水平也得到了大幅度的提升。表1-4 給出了 2005- 2008 年中國煤礦瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)的對比分析，表中的事故起數(shù)和死亡人數(shù)是相對于2005 年同類數(shù)據(jù)的百分比。表1-4 2005- 2008 年中國煤礦瓦斯事故對比年份全部瓦斯事故重大以上瓦斯事故特別重大瓦斯事故起數(shù)死亡人數(shù)起數(shù)死亡人數(shù)起數(shù)死亡人數(shù)2005100. 00100. 00100. 00100. 00100. 00100. 00200678. 9960. 7663. 4136. 8166. 6720. 91200765. 7049. 9353. 6634. 5650. 0025. 00200843. 9635. 8441. 4625. 0916. 675. 41從表1 中可以看出，無論是事故起數(shù)還是死亡人數(shù)(包括全部瓦斯事故、 重大以上瓦斯事故和特別重大瓦斯事故)都呈逐年下降的趨勢， 2008 年的瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)僅為2005 年的43. 69%和35. 84%。 值得一提的是， 對特別重大瓦斯事故(一次死亡30人及以上的事故) 的控制效果顯著2008 年的特別重大瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)僅為2005 年的 16. 67%和 5. 41%， 且消滅了 1 次死亡50 人以上的特別重大惡性瓦斯事故。綜合分析認為， 中國煤礦瓦斯事故呈現(xiàn)以下特點：1）煤礦瓦斯起數(shù)和死亡人數(shù)呈明顯下降趨勢，特別重大瓦斯事故得到有效控制；2）煤與瓦斯突出事故超過瓦斯爆炸事故，上升為第一位的瓦斯事故；3）鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦仍然是煤礦瓦斯事故的重災區(qū)，一些低瓦斯礦井、 高瓦斯礦井和未鑒定礦井發(fā)生了煤與瓦斯突出事故。2 瓦斯抽采理念的發(fā)展過程中國煤礦瓦斯抽采理念的發(fā)展先后經(jīng)歷了/局部防突措施為主、 先抽后采、 抽采達標和區(qū)域防突措施先行4 個階段。2.1 局部防突措施為主20 世紀50- 80 年代，中國煤礦瓦斯治理的重點是，摸清煤與瓦斯突出規(guī)律，引進消化和吸收國外煤與瓦斯突出防治技術和經(jīng)驗， 研究適合中國特點的煤與瓦斯突出預測方法和突出防治工程方法。在此基礎上， 20 世紀 80- 90 年代末， 進入局部防突措施為主的階段，主要任務是貫徹落實“四位一體”綜合防突措施，研究重點是煤與瓦斯突出危險性預測方法與預測指標，同時兼顧突出防治工程方法的深化研究。2.2 先抽后采2002 年8 月30 日，在遼寧省鐵法煤業(yè)集團召開的全國煤礦瓦斯防治現(xiàn)場會上， 時任國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局、 國家煤礦安全監(jiān)察局局長王顯政同志作了“以防治瓦斯災害為重點， 開創(chuàng)煤礦安全生產(chǎn)工作新局面” 重要講話。提出了“先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控，以風定產(chǎn)” 的 12 字工作方針， 致力于建立防范瓦斯事故的長效機制?！跋瘸楹蟛伞笔峭咚狗乐喂ぷ鞯幕A，是從源頭上治理瓦斯災害的治本之策和關鍵之舉，體現(xiàn)了瓦斯治理預防為主、 關口前移的要求，是煤礦長期治理瓦斯實踐經(jīng)驗的總結。這期間也是區(qū)域性治理與局部治理并重階段，一些瓦斯治理基礎較好的礦業(yè)集團，如淮南礦業(yè)集團，在長期瓦斯治理經(jīng)驗總結的基礎上，提出了可保盡保，應抽盡抽的瓦斯治理戰(zhàn)略，并得到全國突出危險嚴重礦區(qū)的積極相應。 2005 年 3 月國家發(fā)展改革委、 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、 國家煤礦安全監(jiān)察局在總結淮南、 陽泉、 平頂山、 松藻等煤礦瓦斯治理經(jīng)驗的基礎上，編寫了5煤礦瓦斯治理經(jīng)驗五十條，在瓦斯治理的基本思想中明確提出區(qū)域性治理與局部治理并重，實施/ 可保盡保，應抽盡抽0的瓦斯治理戰(zhàn)略。 并在第 32 條中明確提出：“強制開采保護層，做到可保盡保， 并抽采瓦斯， 降低瓦斯含量”。第35 條中提出：頂、 底板穿層鉆孔掩護強突出煤層掘進。2.3 抽采達標2008年 7 月8 日， 國務院安全生產(chǎn)委員會在遼寧省沈陽市召開全國煤礦瓦斯治理現(xiàn)場會，時任國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局局長王君同志作了 “通風可靠、 抽采達標、 監(jiān)控有效、 管理到位，把煤礦瓦斯治理攻堅戰(zhàn)扎實有效地推向深入”的重要講話。根據(jù)中國煤礦安全生產(chǎn)實際情況，在認真總結煤礦瓦斯治理科研成果和經(jīng)驗教訓的基礎上， 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局提出了，構建“通風可靠、抽采達標、 監(jiān)控有效、 管理到位”的煤礦瓦斯治理工作體系。 為貫徹落實全國煤礦瓦斯治理現(xiàn)場會精神， 鞏固煤礦瓦斯治理攻堅戰(zhàn)成果，進一步提高煤礦瓦斯治理水平， 有效防范和遏制重特大瓦斯事故， 實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)形勢的明顯好轉， 國務院安全生產(chǎn)委員辦公室以安委辦 2008 17 號文下發(fā)了， 5關于進一步加強煤礦瓦斯治理工作的指導意見。明確提出“強化多措并舉、 應抽盡抽、 可保盡保、 抽采平衡的技術措施， 確保抽采達標”要求煤礦經(jīng)抽采瓦斯后， 采掘工作面瓦斯抽采率、 煤的可解吸瓦斯含量和回風流瓦斯含量要達到煤礦瓦斯抽采基本指標的要求。2.4 區(qū)域防突措施先行由于近年來中國煤礦煤與瓦斯突出災害日趨嚴重，煤與瓦斯突出事故已經(jīng)超過瓦斯爆炸事故，上升為第一位的瓦斯事故。為了有效地遏制煤與瓦斯突出事故， 2008 年國家煤礦安全監(jiān)察局組織有關專家對5防治煤與瓦斯突出細則6( 1995 年版) 進行了全面修改，將以5防治煤與瓦斯突出規(guī)定6的形式頒布實施。 在即將頒布實施的5防治煤與瓦斯突出規(guī)定6中系統(tǒng)地總結了中國煤與瓦斯突出礦區(qū)煤與瓦斯突出防治中的經(jīng)驗與教訓， 明確提出： 煤與瓦斯突出防治工作堅持“區(qū)域防突措施先行、 局部防突措施補充”的原則。 未采取區(qū)域綜合防突措施并未達到指標要求的嚴禁進行采掘活動，做到“不掘突出頭，不采突出面”。3 煤礦瓦斯抽采方法瓦斯抽采是防范瓦斯事故的治本之策，必須努力實現(xiàn)抽采達標。瓦斯治理必須堅持標本兼治、 重在治本。通過瓦斯抽采，降低煤層中的瓦斯含量，從根本上治理防范瓦斯災害。因此要加大瓦斯抽采力度，提高瓦斯抽采率和利用率。3.1 瓦斯抽采方法分類煤礦瓦斯抽采方法目前尚無統(tǒng)一分類。俞啟香在礦井瓦斯防治中將瓦斯抽采方法分為：開采層抽采、鄰近層抽采、采空區(qū)抽采和圍巖抽采。于不凡在煤礦瓦斯災害防治及利用技術手冊中將瓦斯抽采方法分為：未卸壓煤層和圍巖抽采、 卸壓煤層和圍巖抽采、采空區(qū)抽采和綜合抽采。以上兩種分類方法主要依據(jù)開采煤層和鄰近煤(巖) 層的空間關系，在次級分類方法上考慮開采時間關系。上述分類方法與煤礦瓦斯抽采基本指標中，瓦斯抽采應達到的指標對應上存在困難。為了適應5煤礦瓦斯抽采基本指標6煤礦瓦斯抽采的考核要求，作者對煤礦瓦斯抽采方法進行了重新分類。分類的指導思想為：第1層次劃分以煤層的開采時間為依據(jù)，第2層次以煤層開采的空間關系為依據(jù)。新的煤礦瓦斯抽采分類方法如圖3-1。圖3-1 煤礦瓦斯抽采方法分類煤礦瓦斯抽采方法分類共分為3個層次。第1層次分為：采前抽采(預抽)、 采中抽采和采后抽采。第2層次分為：本煤層抽采、鄰近層抽采、回采工作面抽采、掘進工作面抽采和采空區(qū)抽采。第3層次為具體瓦斯抽采方法，如地面鉆井抽采、穿層鉆孔抽采、采空區(qū)埋管抽采方法等。這樣的分類方法可能出現(xiàn)方法交叉的問題，例如鄰近層抽采可能是采前抽采，也可能是采中抽采。如果鄰近煤層是可采煤層，且在開采層開采過程中鄰近煤層的可采性不被破壞，則對該煤層瓦斯抽采應視為采前抽采。如果鄰近煤層是不可采煤層，或在開采層開采過程中其可采性被破壞，則對這些煤層的瓦斯抽采應視為采中抽采。在煤礦生產(chǎn)實踐中，不可能通過單一的瓦斯抽采方法解決礦井瓦斯問題，往往需要采用多種瓦斯抽采方法的組合，實現(xiàn)對煤礦瓦斯的綜合抽采。3.2 高瓦斯礦井瓦斯抽采方法選擇如果瓦斯涌出主要來源于開采煤層，則必須采用采前抽采的方法，在工作面開采前，根據(jù)工作面的設計產(chǎn)量，將開采煤層的可解吸瓦斯含量降到規(guī)定的指標。采前抽采煤層瓦斯可以采用地面鉆井、也可以采用井下順層鉆孔。但由于煤層瓦斯含量相對較小，采用地面鉆井抽采效果相對較差。目前多采用井下順層鉆孔抽采方法，降低開采煤層的瓦斯含量。井下順層鉆孔是在工作面煤層巷道掘進過程同時施工的，這樣靠近工作面切眼施工的鉆孔瓦斯抽采時間相對較短，為了保證開采過程中，工作面前方煤體的可解吸瓦斯含量降到規(guī)定的指標，必須根據(jù)煤層賦存、瓦斯賦存、煤層透氣性、瓦斯抽采鉆孔的布置及經(jīng)過考察的瓦斯抽采效果，確定最短瓦斯抽采期，以確保瓦斯抽采效果。根據(jù)我們的經(jīng)驗，順層間距不大于3 m 條件下，最短瓦斯抽采期不應小于3 個月。如果瓦斯涌出主要來源于鄰近煤巖層，則采用采中抽采方法，具體方法有：頂板走向穿層鉆孔抽采方法，采空區(qū)埋管抽采方法和其它采中抽采方法。分述如下：1. 頂板走向穿層鉆孔抽采方法頂板走向穿層鉆孔抽采方法是指：從風巷中每隔一定距離施工斜巷進入煤層頂板，在煤層頂板中開挖鉆場， 從鉆場中向工作面采空區(qū)方向施工頂板走向穿層鉆孔， 每個鉆場的鉆孔個數(shù)不少于5 個，分上下2 排布置， 鉆孔長度根據(jù)鉆機的施工能力確定，一般不小于80 m， 鉆孔開孔位置距煤層頂板不小于1 m，沿傾斜方向鉆孔控制風巷向下30 m 的范圍，在垂向上鉆孔終孔一般布置跨落帶頂部和斷裂帶下部區(qū)域。 為保證工作面過鉆場時頂板鉆孔的抽采效果， 前后鉆場鉆孔壓茬不小于30m。頂板走向穿層鉆孔抽采方法單孔抽采量可達 1m3/ min 以上。2. 采空區(qū)埋管抽采方法采空區(qū)埋管抽采方法是通過在風巷上幫鋪設一趟抽采管抽采采空區(qū)瓦斯， 減少采空區(qū)瓦斯流入工作面。常見的采空區(qū)埋管的抽采管吸氣口位于采空區(qū)底板處，由于底板處瓦斯含量較低， 造成采空區(qū)抽采的瓦斯含量偏低， 一般在 3% 5%之間。為提高這一方法的抽采效果，對采空區(qū)埋管抽采方法進行改進，根據(jù)頂板巖層裂隙中匯集有大量高濃度瓦斯的特點， 研發(fā)了采空區(qū)長立管瓦斯抽采方法，采用安裝立管的方法將采空區(qū)埋管的吸氣口抬高，吸氣口距巷道底板高度為 7 9 m。根據(jù)淮北祁南煤礦32 煤層工作面的應用， 采空區(qū)瓦斯抽采體積分數(shù)可達10%以上。3. 其它采中抽采方法在煤層開采過程中除了采用頂板走向穿層鉆孔抽采方法和采空區(qū)埋管抽采方法外，前期施工的瓦斯抽采工程還可繼續(xù)發(fā)揮作用，包括：地面鉆井、高抽巷、 順層孔、 穿層孔等工程。在煤層群開采條件下， 工作面瓦斯涌出量大， 上述瓦斯抽采工程的利用， 將減小鄰近煤層瓦斯向開采工作面的涌入， 確保開采工作面的安全。4 本煤層采前抽采技術瓦斯抽采分為地面鉆井抽采和井下抽采兩大類，如圖4-1和圖4-2所示。按煤層氣開采方法、卸壓瓦斯的來源及卸壓瓦斯抽采方法的不同，構建了“煤與煤層氣共采”技術體系圖，如圖4-3所示。圖4-1 地面煤與瓦斯協(xié)調開采示意圖圖4-3 煤與瓦斯協(xié)調開采技術體系圖圖4-2 井下煤與瓦斯協(xié)調開采示意圖圖 4-4 采場頂?shù)装迕簬r體裂隙發(fā)育及分帶示意4.1 瓦斯抽采的原理保護層開采之后， 其上覆煤巖體將形成跨落帶、 斷裂帶和彎曲帶 3 個帶，其下伏煤巖體分為底鼓裂隙帶和底鼓變形帶兩個帶。保護層開采后頂?shù)装迕簬r裂隙發(fā)育及分帶示意圖見圖4-4所示。開采下保護層時不得破壞被保護層的開采條件，這樣就要求被保護層應在斷裂帶和彎曲帶。處于斷裂帶內的煤(巖)體既產(chǎn)生平行層理的裂隙，又產(chǎn)生垂直和斜交層理的裂隙， 卸壓瓦斯在抽采負壓的作用下既可以沿平行層理方向流動， 也可以沿垂直和斜交層理方向流動， 比較有效的瓦斯抽采方法有：頂板或底板穿層鉆孔( 多用于急傾斜煤層) 法、走向高位鉆孔法、 傾向高位鉆孔法、 走向長鉆孔法、走向高抽巷法、 傾向高抽巷法、 地面鉆井法等。處于彎曲帶內的煤( 巖)體由于整體下沉，多產(chǎn)生平行層理的裂隙，卸壓瓦斯沿平行層理方向流動相對容易，比較有效的瓦斯抽采方法有： 頂板或底板巷道網(wǎng)格式上向穿層鉆孔法和地面鉆井法。 而開采上保護層時，要求被保護層應在底鼓裂隙帶和底鼓變形帶內，被保護層所處的區(qū)域不同， 煤(巖) 體裂隙發(fā)育差異較大，但由于位于保護層下部， 其瓦斯抽采方法的選擇受到一定限制，抽采方式比較單一， 主要以底板巷道網(wǎng)格式穿層鉆孔法為主。4.2 地面鉆井抽采技術煤層氣地面開采技術主要包括鉆井、完井、采氣和地面集氣處理生產(chǎn)系統(tǒng)。有兩種開采情況，一是在沒有采煤作業(yè)的煤田內開采煤層氣，對于滲透率低的煤層需要采取煤層壓裂增產(chǎn)措施；二是在生產(chǎn)礦區(qū)內開采煤層氣，由于采煤時引起上覆煤層和巖層下沉和斷裂，采空區(qū)上方巖石冒落，壓力釋放，透氣性增加，瓦斯大量解吸并聚集于采空區(qū)，抽氣容易。圖4-5為晉城寺河礦井地面瓦斯抽采系統(tǒng)，圖4-6為某礦區(qū)地面瓦斯抽采鉆井現(xiàn)場。圖4-5 晉城寺河礦井地面瓦斯抽采系統(tǒng) 圖4-6 某礦區(qū)地面瓦斯抽采鉆井現(xiàn)場4.2.1 鉆井技術常用的鉆井技術有普通回轉和沖擊回轉兩種鉆探技術。沖擊回轉技術利用空氣或空氣泡沫作為循環(huán)介質來鉆進煤層氣井，普通回轉鉆進使用泥漿作為循環(huán)介質來鉆進煤層氣井。在鉆進時幾乎沒有地層水涌入鉆井時，空氣循環(huán)不僅可以有效地清除鉆屑，而且可以排除產(chǎn)出水。圖4-7表明了普通回轉鉆探技術與沖擊回轉鉆探技術的區(qū)別。圖4-7 普通回轉鉆進和沖擊回轉鉆進技術對比圖4.2.2 完井技術煤層氣井完井技術指煤層氣井與煤層的連通方式，以及為實現(xiàn)特定連通方式所采用的井身結構、井口裝置和有關的技術措施。在選擇煤層氣井的完井方法時應最大限度地保護煤層，防止對目標煤層造成傷害，減少煤層氣流入井筒的阻力。(1) 裸眼完井和下套管完井目前，常用的完井方法有裸眼完井和下套管完井，如圖4-8所示。裸眼完井是指鉆井至目標煤層后，下套管只下至煤層頂部，而使煤層裸露。裸眼完井最常用的兩種技術是： 鉆井鉆至目標煤層總深度，用地層封隔器引靴下套管，使套管靴定位于目標煤層之上0.6m3m處，用水泥固井，然后鉆掉封隔器引靴，使煤層裸露。 鉆井鉆至目標煤層上方0.63m處，下套管和浮靴，用水泥固井，然后鉆開煤層，使煤層裸露。圖4-8 兩種煤層氣井完井技術對比圖(2) 復合完井增產(chǎn)技術洞穴完井是一種特殊裸眼完井技術，其地層條件有很大的局限性，主要適用于高滲透、高壓、中等厚度、機械強度相對低的單煤層。對于多煤層，可以利用洞穴完井和射孔完井各自的優(yōu)勢，將洞穴完井技術和壓裂技術結合起來，形成復合完井，如圖4-9所示，即上部煤層采用射孔完井，再進行壓裂增產(chǎn)作業(yè)，下部煤層采用洞穴完井。圖4-9 復合完井示意圖(3) 定向羽狀水平井技術定向羽狀水平井技術是集鉆井、完井和增產(chǎn)措施于一體。由于定向羽狀井剖面圖與樹葉和羽毛相似，故稱為羽狀井，如圖4-10所示。定向羽狀水平井技術適合于開采低滲透儲層的煤層氣，其增產(chǎn)機理在于分支水平井在煤層形成相互連通的網(wǎng)絡，最大限度地溝通煤層裂隙和割理系統(tǒng)，大大降低了煤層裂隙內流體的流動阻力，進而增加煤層氣產(chǎn)量，提高采出程度，縮短采氣時間，極大地提高煤層氣開發(fā)經(jīng)濟效益。圖4-10 羽狀水平分支井形狀4.2.3 采氣技術當煤層滲透率很低的時候，為了提高產(chǎn)氣量，通常需要對煤層進行滲透性增大技術。一種是水力壓裂法，壓裂時，大量的液體和砂子以高壓泵入井筒，液體在煤中劈開一條裂縫，當液體返排后，砂子仍留在原處以保持新裂縫開啟。另一種是壓氣法，用壓縮空氣反復對煤層進行加壓和卸壓，將煤顆粒從煤層中沖刷下來形成洞穴。完井后的采氣井場如圖4-11所示。圖4-11 完井后的采氣井場圖4.2.4 產(chǎn)出水和煤層氣收集及處理系統(tǒng)(1) 產(chǎn)出水及其處理煤層中天然裂隙或割理通常被水飽和，煤中甲烷氣吸附在煤上。要采出甲烷氣，首先要讓它從煤中解吸出來。只有在抽出足夠的水之后，煤層壓力降至煤的解吸壓力后解吸開始。煤層壓力小于或等于解吸壓力，氣體從煤中解吸，順割理流動到壓裂裂縫，然后流到井筒中。典型煤層氣井產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量曲線如圖4-12所示。圖4-12 典型煤層氣井產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量曲線(2) 煤層氣的收集和處理采出氣到達地面，通常被泵入氣水分離器，在分離器中除去氣體中的水。然后，氣體流經(jīng)一個孔板流量計，集氣管線進入氣體洗滌器，在氣體進入氣體壓縮機之前除去氣體中殘余的水。最后氣體經(jīng)壓縮機、干燥器和銷售氣表進入銷售管線，如圖4-13所示。圖4-13 煤層氣的收集和處理系統(tǒng)（3）煤層氣生產(chǎn)自動監(jiān)控系統(tǒng)煤層氣井和輔助設施都采用自動監(jiān)控系統(tǒng)，如圖4-14所示，煤層氣生產(chǎn)井遙控監(jiān)視器通過無線電發(fā)射裝置將生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚頇C控制室。圖4-14 煤層氣生產(chǎn)自動監(jiān)控系統(tǒng)地面鉆井抽采卸壓瓦斯方法適用于下保護層開采條件，其優(yōu)點為：1）地面鉆井將穿過下保護層頂板上覆卸壓煤巖層，抽采范圍大、 抽采效果好；2）從地面鉆井處在保護層開采的卸壓區(qū)開始，到地面鉆井報廢止(鉆井損壞或抽不出瓦斯) ，全部為抽采期，抽采期長；3）地面鉆井施工不受井下巷道工程條件的限制， 只要保證保護層工作面推進到鉆井設計位置之前， 地面鉆井施工完成， 即可滿足瓦斯抽采的需要。地面鉆井結構如圖4-15 所示。地面鉆井結構一般分為3 段：第1 段為表土段， 鉆井穿過表土進入堅硬基巖， 下套管， 進行表土段固井； 第 2 段為基巖段， 鉆井鉆進至目標層( 卸壓瓦斯抽采煤層或煤層群)頂板20 40 m， 下套管，進行基巖段固井(套管長度為第1 段與第2 段之和、 固井至地面) ；第3 段為目標段，鉆井鉆進至保護層頂板 5 10 m( 取決于保護層開采厚度) ，下篩管，不固井。圖 4-15 地面鉆井結構示意圖根據(jù)淮南礦區(qū)地面鉆井卸壓瓦斯抽采試驗證明，有效抽采半徑可達 200 m， 設計時抽采半徑取150 m。 沿走向方向第一個鉆井距開切眼 50 70m，之后鉆井間距為 300 m， 在傾斜方向上鉆井距風巷的距離為工作面長度的1/ 3 1/ 2。 地面鉆井能夠取得較好的瓦斯抽采效果，在卸壓瓦斯抽采的活躍期內， 單井瓦斯抽采量可達到 10 20 m3/min，抽采瓦斯的體積分數(shù)達 70% 90% ， 瓦斯抽采率可達60%以上。4.3 井下瓦斯抽采技術根據(jù)我國煤層氣低滲透率的特點，利用煤層開采引起巖層的移動破壞，增大煤層滲透性，在采煤的同時高效抽采卸壓瓦斯，是我國煤層氣開采的主要途徑。4.3.1 鉆機目前，常用的鉆機有：煤炭科學研究總院西安分院生產(chǎn)的MK系列鉆機，孔深75600m，孔徑75200mm；煤炭科學研究總院重慶設計院生產(chǎn)的ZYG150型鉆機，孔深150m，孔徑65115mm；煤炭科學研究總院撫順分院生產(chǎn)的KY300型鉆機，孔深，巖層300m，煤層150 m，孔徑75120mm。MK型系列礦用履帶式全液壓坑道鉆機屬于自行式、低轉速、大轉矩類型，可采用孔底動力鉆進，主要用于煤礦井下施工近水平長距離瓦斯抽采鉆孔。4.3.2 瓦斯抽采方法的選擇原則選擇礦井瓦斯抽采方法應依據(jù)礦井煤層賦存條件、瓦斯基本參數(shù)、瓦斯來源、開采順序、巷道布置、瓦斯抽采的目的及利用要求等因素確定，并遵循以下原則：(1) 盡可能利用開采巷道抽采瓦斯，必要時可設專用瓦斯抽采巷道；(2) 能適應煤層的賦存條件及開采技術條件；(3) 有利于提高瓦斯抽采率；(4) 抽采的瓦斯量和濃度能滿足利用要求；(5) 盡量采用綜合瓦斯抽采方法；(6) 瓦斯抽采工程系統(tǒng)簡單，易于維護，建設投資省，抽采成本低；(7) 若圍巖瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂隙帶儲存有高壓瓦斯時，應采取圍巖瓦斯抽采措施；(8) 煤層埋藏較淺(一般600m以內)、瓦斯含量較高、地面施工鉆孔條件較好的厚煤層或煤層群，應采用地面鉆孔抽采瓦斯的方法。4.3.3 開采層瓦斯抽采技術(1) 開采層建立瓦斯抽采系統(tǒng)的基本條件一個采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一個掘進工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通風方法解決瓦斯問題很困難；開采有煤與瓦斯突出危險煤層；礦井絕對瓦斯涌出量達到以下條件的： 大于或等于40m3/min； 年產(chǎn)量1.01.5Mt的礦井，大于30m3/min； 年產(chǎn)量0.61.0Mt的礦井，大于25m3/min； 年產(chǎn)量0.40.6Mt的礦井，大于20m3/min； 年產(chǎn)量0.4Mt的礦井，大于15m3/min。(2) 開采層瓦斯抽采方法按下列要求選擇 煤層透氣性較好，應采用本層預抽方法，一般優(yōu)先考慮沿煤層布孔方式； 透氣性較差，分層開采的煤層，應采用邊采邊抽的卸壓抽采方法； 單一低透氣性高瓦斯煤層，可選用密集網(wǎng)格鉆孔、水力割縫、水力壓裂、物理化學等方法強化抽采； 存在煤與瓦斯突出危險的煤層，應優(yōu)先選擇穿層網(wǎng)格布孔方式； 煤巷掘進瓦斯涌出量較大的煤層，應采用先抽后掘的抽采方式。4.4 順層鉆孔抽采方法4.4.1 與穿層鉆孔配合使用的順層鉆孔瓦斯抽采方法工作面煤層巷道在穿層鉆孔掩護下施工完成后，便可從風巷、機巷內施工順層鉆孔抽采工作面開采區(qū)域瓦斯， 順層鉆孔布置如圖4-16 所示。圖4-16 工作面順層鉆孔布置順層鉆孔的間距與鉆孔的抽采半徑有關，在低透氣性的突出煤層中，鉆孔間距一般按照2 3 m設計，鉆孔直徑為91 mm，鉆孔長度根據(jù)工作面傾向長度設計。如果煤層較厚， 可根據(jù)情況布置2 3排鉆孔。為了縮短開切眼前方部分煤體的瓦斯抽采時間，在工作面里段補打一定數(shù)量的順層鉆孔，鉆孔與巷道煤壁呈 75b夾角， 與原順層孔交叉布置，以便提高鉆孔抽采效果， 并可在回采過程中實現(xiàn)邊采邊抽、 卸壓抽采。 對于煤層松軟順層鉆孔施工困難的煤層，可采用/ 遞進法0施工順層孔， 保證順層鉆孔覆蓋整個工作面。4.4.2 順層長鉆孔遞進掩護區(qū)域性瓦斯抽采方法該方法不需要底板巖巷， 瓦斯抽采工程量小，適用于煤體硬度高、 傾角小、 賦存穩(wěn)定、 構造相對簡單的煤層。 淮北祁南煤礦 32 煤層平均厚度 2. 38m，屬較穩(wěn)定煤層，煤層具有一定的突出危險性。試驗面煤層瓦斯壓力為2. 5 MPa，采用順層長鉆孔遞進掩護區(qū)域性瓦斯抽采方法治理工作面瓦斯，鉆孔布置如圖4-17 所示。圖4-17 順層長鉆孔遞進掩護區(qū)域性瓦斯抽采鉆孔布置工作面順層鉆孔設計間距 3 5 m， 鉆孔直徑94 mm，順層鉆孔的施工長度為 80 90 m，從上一區(qū)段工作面機巷向34下 3工作面上半?yún)^(qū)域施工順層鉆孔抽采瓦斯， 平均抽采時間不低于5 個月。 在順層鉆孔的掩護下施工工作面腰巷，腰巷下幫的鉆孔保護寬度不小于10 m， 再利用腰巷施工順層鉆孔抽采工作面下半?yún)^(qū)域煤層瓦斯，保證本工作面機巷的安全掘進，進而實現(xiàn)對整個工作面的區(qū)域性瓦斯抽采。 應用實踐表明， 突出煤層實現(xiàn)機械化掘進，煤巷掘進速度在300 m/ 月以上，產(chǎn)量在15萬 t/ 月以上。4.5 預抽煤巷瓦斯抽采方法及固井工程施工工藝預抽煤巷條帶瓦斯抽采方法的順層鉆孔應區(qū)域性控制整條煤層巷道及其兩側一定范圍內的煤層， 巷道兩側控制范圍： 近水平、 緩傾斜煤層巷道兩側輪廓線外至少各15 m；傾斜、 急傾斜煤層巷道上幫輪廓線外至少 20 m， 下幫至少 10 m， 均為沿層面距離，鉆孔應控制的條帶長度不小于60 m，留有10 m 超前距。 適用于突出危險性相對較小、 硬度大， 鉆孔易施工的煤層。 圖4-18 為淮北楊柳煤礦的工程應用實例，在巷道兩幫分別布置一個鉆場， 在每個鉆場內距底板距離 1. 0 m 處施工 8 個直徑 94mm 的瓦斯抽采鉆孔， 呈扇形布置， 鉆孔長度60 m左右， 孔底間距1. 5 2 m，煤巷輪廓線外鉆孔控制范圍不小于 15 m，迎頭施工一排平行鉆孔。巷道每掘進50 m 開始施工下一個鉆場， 鉆孔壓茬 10 m。工程實踐表明該方法可以保證類似煤層條件下煤層巷道的掘進安全。圖4-18 順層鉆孔預抽煤巷條帶抽采鉆孔布置4.5.1 施工工藝1. 二開井深 800. 00m： 139. 7mm 套管下入深度798. 00m，鉆頭尺寸 215. 90mm，設計封固至井口；采用單級固井工藝。2. 套管串設計。套管串組合： 139. 70mm引鞋 + 139. 70mm套管1 根+ 139. 70mm阻流環(huán)+ 139. 70mm套管。扶正器設計：半開式單弓彈性扶正器5 1P 2 8 1P2 ，封固段2根套管加一只，生產(chǎn)層段一根套管加一只。3. 水泥漿配方。 漿水泥漿配方： G級水泥 + 緩凝劑 + 分散劑+降失水劑 + 現(xiàn)場淡水。水泥漿性能(實驗溫度為經(jīng)驗值，完鉆后按實際井溫重新做全性能實驗)見表4-1。表4-1 領漿水泥漿性能水泥漿密度(g/ cm3 )流動度(cm)失水量(ml/7.0MPa30min)實驗溫度( )實驗壓力(MPa)稠化時間(min)24小時抗壓強度(MPa)1. 75 21 200500. 1140 - 200 14尾漿水泥漿配方： G級水泥 + 速凝早強劑 + 降失水劑+現(xiàn)場淡水。水泥漿性能(實驗溫度為經(jīng)驗值，完鉆后按實際井溫重新做全性能實驗)見表4-2。表4-2 尾漿水泥漿配方水泥漿密度(g/ cm3 )流動度(cm)失水量(ml/7.0MPa30min)實驗溫度( )實驗壓力(MPa)稠化時間(min)24小時抗壓強度(MPa)1. 90 18 200500. 1140 - 200 144. 有關計算。封固井段300. 00m。裸眼環(huán)容容積： 8. 69m3(環(huán)容按 215. 9mm 鉆頭10 %擴大率計算) 。水泥塞容積：12LP m2. 00m = 0. 024m3(一般根據(jù)現(xiàn)場情況確定水泥塞的段長) 。合計水泥漿量：8. 71 m3。需理論干水泥量(水泥漿密度按1. 60) ：7. 7t?？紤]損耗等因素實際需水泥量 (附加 30 %) ： 1011t。替漿量：12LP m 798. 00m= 9. 58m3。5. 施工作業(yè)程序：管匯試壓注前置液 注水泥漿(領漿) 注常規(guī)密度水泥漿壓膠塞替漿碰壓敞壓候凝。6. 施工技術要點。下套管必須使用液壓大鉗，并記錄扭矩及余扣。每下10 根套管灌滿泥漿一次，前4 根必須逐根灌滿。下套管中途若遇阻，接循環(huán)接頭開泵循環(huán)，并上下活動套管，下壓噸位在不計摩阻的情況下可附加15t。下完套管后，開泵循環(huán)2 周以上，調整好泥漿性能附合固井施工要求后方可施工。安裝設備，接好管匯，試壓15MPa。停泵，倒閘門，注前置液，注水泥漿，先注低密度水泥漿，再注常規(guī)水泥漿。 注水泥漿完，倒閘門、 開擋銷、 釋放膠塞，替泥漿。當替量接近替漿量時，提前35m3降低排量。放回水，檢查凡爾是否有效。井口敞壓候凝48h。4.5.2 施工難點分析及采取的主要措施1. 施工難點。 裸眼段長，基巖界面及其延伸裂隙和煤層頂板的砂巖裂隙可能存在井漏、 垮塌等復雜情況，影響固井質量。封固段長(封至井口) ，水泥漿液柱壓力和流動阻力大，二者之和達到地層破裂壓力和漏失壓力后產(chǎn)生漏失，出現(xiàn)低返現(xiàn)象，影響固井質量和發(fā)生井噴、 井涌隱患。2. 主要技術措施。二開后，下套管前，進行地層承壓能力試驗，要求壓力達到大于注水泥漿時環(huán)空液柱壓力和流動阻力之和，如出現(xiàn)井漏，必須進行有效堵漏措施，以提高地層壓力，再進行試壓，合格后方可進行下套管作業(yè)。應用平衡壓力固井技術進行合理的漿柱結構設計，合理確定前置液的用量和水泥漿的密度，確保固井施工和候凝過程中的壓力平衡。在稠化時間允許的情況下，采用塞流頂替技術。通井時大排量沖洗，使井底干凈，井壁穩(wěn)固。 針對本區(qū)特點，在水泥漿設計方面采用多凝復合密度水泥漿，即領漿采用低密度并加入降失水劑和緩凝劑，以減少流動阻力和液柱壓力，尾漿采用高密度并加入速凝早強劑，以增加漏失阻力，減少漏失量，并增加水泥漿抗水侵的能力，保證固井質量。針對誘發(fā)性漏失層位，作好正、 反注水泥漿方案的準備，即在以上措施仍發(fā)生低返的情況下，采用返注水泥漿。4.6 采前瓦斯抽放定向鉆進技術4.6.1 定向鉆進系統(tǒng)的應用和效果定向鉆進系統(tǒng)技術的進展為瓦斯礦開采提供了瓦斯抽放的一些新方法。在低滲透率或高滲透率煤層的開采之前， 煤層內定向長鉆孔可有效地降低大體積煤塊原有的瓦斯含量。擁有了長孔鉆進能力鉆機能有效從開采煤層或者是其上覆或下伏煤層中進行抽采。圖4-19 顯示了儲層模擬研究預測的結果， 在低滲透率 ( 滲透率為02md) 的煤層中采用1640 f t ( 500m) 煤層鉆孔兩年后， 原有瓦斯含量從 368 m3/ t( 115 m3/ t) 降低到平均240 ft3/ t ( 75 m3/ t)。根據(jù)具體的地質和儲層條件， REI鉆進公司可有效地使用儲層模擬技術， 確定鉆孔間距和脫氣時間。圖4-19 在低滲透率煤層中實施1640 ft煤層內鉆孔后，原有瓦斯含量的減少量在無法采用垂直采空區(qū)井的區(qū)域， 以及在穿層或上部煤層采空區(qū)瓦斯回收技術不適用或應用成本過高的分層開采過程中， 采用這種鉆機能夠在未來的長壁開采區(qū)上實施水平采空區(qū)定向鉆孔。這將產(chǎn)生能夠從上覆層中抽取采空區(qū)瓦斯的低壓通道。還有其它一些瓦斯抽放方案， 其中包括在封閉區(qū)域， 斷層和裂隙實施采前鉆孔抽放， 以及在上覆或下伏瓦斯的巖層如沙巖中實施鉆孔抽放。4.6.2 考慮因素如對待其它脫氣技術一樣， 工程技術人員必須確定定向鉆進抽放是否適用于開采系統(tǒng)， 并且要考慮現(xiàn)場的地質和儲層條件等問題。長壁式開采對于上覆和下伏巖層有很大影響，它打破了把含氣層與工作面分隔的垂直滲透壁壘。采空區(qū)瓦斯回收系統(tǒng)適用于這樣的條件。有效的采空區(qū)瓦斯抽放設計必須考慮采空區(qū)的應力分布， 與含氣層的距離， 含氣層的地質力學特點， 以及長壁式開采如何影響含氣層， 包括采空區(qū)通風系統(tǒng)等。巖性學的地質力學特點包括煤層的地質力學特點可用于評估鉆進可行性和鉆孔穩(wěn)定性。地質非連續(xù)性的頻率和類型， 包括應力走向在內， 會對鉆孔穩(wěn)定性產(chǎn)生影響， 并決定了滲透率的各向異性。通過對這些情況的了解， 設計人員得以安排鉆孔的位置和方位， 從而實現(xiàn)瓦斯最佳的抽放。原有瓦斯含量、自然裂隙和割理滲透性以及解吸特性決定了煤層內瓦斯抽放所需的時間和鉆孔間距。巷道大小、現(xiàn)有設備和開采進度都對確定生產(chǎn)煤礦鉆孔地點產(chǎn)生影響。4.6.3 定向鉆孔的應用實例1. 東歐多水平開采礦井采空區(qū)水平鉆孔在波蘭和捷克共和國的上西里西亞煤田， 一些礦采用分層長壁式開采技術在很深 ( 大于 2000 ft) 的開采水平進行煤炭開采。這些開采過程中， 許多煤層瓦斯含量很高 ( 大于400 ft3/ t) 并且滲透率很低 (介于01 mD 和1 mD 之間)。在長壁式開采過程中， 由于上覆和下伏含氣層的存在， 這些礦會產(chǎn)生大量的采空區(qū)瓦斯排放。為了有效抽取瓦斯這些礦大多采用穿層鉆孔， 但是對于開采更深以及含氣量更高的情況， 他們采用在上鄰巷實施多個采空區(qū)鉆孔， 這些平巷在某些情況下專門建造在薄煤層或巖石中。在這種情況下， 如果這些平巷是為甲烷抽放而建造， 那么， 定向鉆進可提供一種低成本高效率的替代方案。定向鉆機可在煤層成為長壁式開采的開采水平以前， 實施水平采空區(qū)鉆孔， 鉆孔的區(qū)域在上鄰近層瓦斯氣源下， 位于裂隙帶和采空區(qū)的冒落帶之上。REI鉆進公司的測試表明， 該鉆進系統(tǒng)能達到比穿層鉆孔更高的抽放率。2. Soldier Canyon 礦煤層氣商業(yè)開發(fā)REI 鉆進公司在猶他州普萊斯附近 SoldierCanyon 礦低滲透率煤層的開采之前， 有效地利用定向鉆進技術進行煤層氣的商業(yè)回收。REI 鉆進公司在該房柱式煤礦的兩個煤層中實現(xiàn)定向鉆孔達490000 ft 以上。經(jīng)測量， 瓦斯含量超過 225 f t3/ t，滲透率測試表明存在一個緊密的割理和自然裂隙體系 (滲透率小于05 mD)。由于該礦屬于房柱式開采， 所以鉆機很容易通往原始煤層， 在采前實施大量抽放。在煤層開采的三年前鉆孔， 有效實現(xiàn)了瓦斯含量的降低 (可降低 60%)。通過這種方式REI鉆進公司每天回收1 15M 千ft3的優(yōu)質管道瓦斯，經(jīng)過適當處理以后， 進入附近的天然氣管道， 最終實現(xiàn)其商業(yè)化。圖4 顯示的是REI鉆進公司鉆后井口水分離器以及監(jiān)控和安全系統(tǒng)。作為現(xiàn)代先進技術， 煤層內定向鉆進為采煤業(yè)提供了采前瓦斯抽放的有效實用的手段。REI 鉆進公司這一技術的應用， 充分證明了它在礦井瓦斯治理、煤礦區(qū)煤層氣的商業(yè)化利用等方面的優(yōu)越性。4.7 瓦斯抽采鉆孔合理布置間距4.7.1 本煤層鉆孔抽采瓦斯流動方程周世寧院士從滲流力學角度出發(fā)， 把多孔介質的煤層視為一種大尺度上均勻分布的虛擬連續(xù)介質， 首次提出了基于達西定律的瓦斯流動理論 1， 奠定了我國瓦斯研究的理論基礎。該理論在處理鉆孔周圍瓦斯流動問題時作了以下 5個假設， 并在此基礎上建立了煤層瓦斯流動的基本方程， 如圖 4-20所示。1) 鉆孔周圍初始瓦斯壓力均勻分布， 為煤層原始瓦斯壓力。2) 鉆孔周圍煤層滲透率各向同性。3) 煤層瓦斯吸附符合朗格繆爾方程， 其解吸過程可在瞬間完成。4) 瓦斯?jié)B流過程質量守恒， 且符合達西定律。5) 忽略瓦斯沿鉆孔軸向流動， 將鉆孔周圍瓦斯流場視為軸對稱徑向流場。圖4-20 本煤層抽采瓦斯鉆孔布置圖上述假設不考慮瓦斯解吸和擴散的影響， 然而， 從井下煤層中賦存瓦斯的實際流動過程來看， 還存在以濃度梯度為動力的擴散運動。文獻 2 把煤層內賦存瓦斯的運動視為連續(xù)的兩步過程，