L型井瓦斯抽采效果影響因素分析

車海英

(山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000)

瓦斯抽采技術(shù)是治理煤礦瓦斯災(zāi)害的根本途徑，我國(guó)歷來重視此類技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用。晉城礦區(qū)寺河礦絕對(duì)瓦斯涌出量高達(dá)1 410.8 m3/min，為了解決該礦井下3313回采工作面上隅角瓦斯超限問題，利用采煤工作面回采時(shí)對(duì)煤巖體擾動(dòng)提高其透氣性的特點(diǎn)，結(jié)合井下高位鉆孔抽采與采動(dòng)區(qū)地面直井抽采技術(shù)的特點(diǎn)，提出采動(dòng)區(qū)地面L型井抽采技術(shù)[1-2]. 在采動(dòng)直井基礎(chǔ)上對(duì)地面采動(dòng)區(qū)L型井抽采技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，即在地面利用定向鉆井技術(shù)，在煤層頂板裂隙施工L型井(相當(dāng)于多口采動(dòng)直井)。

李日富[3-4]等對(duì)煤礦采動(dòng)區(qū)地面L型頂板水平定向井抽采技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)。趙祉友[5]等研究了采動(dòng)卸壓下伏煤層L型井抽采技術(shù)。張文君[6-7]等對(duì)寺河井田L(fēng)型井抽采效果影響進(jìn)行了初步研究，以上研究大多從井上對(duì)L型井產(chǎn)能影響因素進(jìn)行分析，本文從井下對(duì)L型井產(chǎn)能影響因素進(jìn)行分析。

1 L型井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.1 概 述

L-1井位于沁水縣鄭村鎮(zhèn)趙莊村，井下為寺河礦3313工作面，于2014年5月23日開鉆，7月10日完鉆，井深 1 271.67 m(其中垂直段463.09 m、水平段808.58 m)，水平段鉆孔設(shè)計(jì)高度位于3313工作面頂板以上40～60 m巖層中。L-1井基本數(shù)據(jù)見表1.

表1 L-1井基本數(shù)據(jù)表

1.2 鉆井情況

具體井身結(jié)構(gòu)及示意圖分別見表2，圖1.

表2 L-1井井身數(shù)據(jù)表

圖1 L-1井井身結(jié)構(gòu)示意圖

2 井下情況

2.1 空間位置關(guān)系

L-1井開孔位置距離3313工作面主回撤通道110 m，終孔位置距離3313工作面切眼180 m，整體向3313工作面西端傾斜，終孔位置距離3313工作面33133巷20 m. 該井實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖及平面圖分別見圖2，圖3.

圖2 L-1井實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖

圖3 L-1井平面圖

2.2 工作面生產(chǎn)情況

3313工作面傾向長(zhǎng)度317 m，走向長(zhǎng)度1 233 m，可采儲(chǔ)量320萬t，于2014年7月20日初采，2015年3月3日回采結(jié)束，回采周期226天，日均進(jìn)尺5.45 m，日進(jìn)尺介于0～20.5 m，正常生產(chǎn)日進(jìn)尺5～10 m，具體見圖4.

3 L型井井下影響因素分析

3.1 日進(jìn)尺與L型井甲烷流量、濃度關(guān)系

工作面每日進(jìn)尺與L型井流量、濃度關(guān)系見圖5.圖5有以下6個(gè)時(shí)間段值得關(guān)注：

圖4 3313工作面每日進(jìn)尺曲線圖

圖5 工作面每日進(jìn)尺與L型井流量、濃度的關(guān)系圖

1) 2014-10-03—2014-10-04、2014-10-06—2014-10-11工作面進(jìn)尺減少，水環(huán)泵流量也下降。

2) 2014-10-06—2014-10-22水環(huán)泵流量穩(wěn)定在1 200 m3/h左右，井下采煤正常，工作面平均進(jìn)尺7 m/天，平均瓦斯?jié)舛?3%.

3) 2014-10-28—2014-11-20水環(huán)泵流量穩(wěn)定在1 450 m3/h左右，井下采煤正常，工作面平均進(jìn)尺9.56 m/天，平均瓦斯?jié)舛?7%.

4) 2014-12-09—2014-12-12井下采煤基本無進(jìn)尺，同期水環(huán)泵流量穩(wěn)定在1 500 m3/h左右，但瓦斯?jié)舛让黠@下降，由55%降到30%.

5) 2014-12-21—2014-12-25井下采煤正常，工作面平均進(jìn)尺9.41 m/天。同期水環(huán)泵流量明顯下降，由1 300 m3/h降至1 000 m3/h左右，瓦斯?jié)舛乳_始上升，由33%升至60%.

6) 2015-01-02—2015-01-13流量變化趨勢(shì)同工作面變化趨勢(shì)大體相同。

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：

a) 工作面進(jìn)尺與水環(huán)泵流量成正比。具體表現(xiàn)：工作面進(jìn)尺增大，流量也隨之增大；工作面進(jìn)尺減少，流量也隨之減少；且流量變化相比工作面進(jìn)尺變化有1～2天的滯后。

b) 工作面進(jìn)尺與甲烷濃度成正比。具體表現(xiàn)：水環(huán)泵流量穩(wěn)定時(shí)，工作面進(jìn)尺增大，濃度增大；工作面停產(chǎn)(進(jìn)尺為0)，濃度下降。

c) 甲烷流量與甲烷濃度成反比。具體表現(xiàn)：工作面生產(chǎn)情況穩(wěn)定時(shí)(進(jìn)尺穩(wěn)定)，流量下降，濃度升高。

3.2 采煤工作面日進(jìn)尺與L型井甲烷純量關(guān)系

寺河礦3313采煤工作面回采方式采用綜采一次采全高，頂板垮落法管理頂板，3#煤層厚度約6.2 m. 地面L型井水平段末端位于3#頂板上方4 m，整個(gè)水平段位于3#煤層頂板上方4～48 m處。根據(jù)梁運(yùn)培[8]頂板巖層“三帶”劃分方法即垮落帶高度主要取決于采高和上覆巖石的碎脹性，通常為采高的3～5倍，地面L型井水平段絕大部分位于3#煤層頂板垮落帶16.8～31 m，隨著工作面進(jìn)尺的不斷推進(jìn)，煤層頂板依次發(fā)生初次來壓和周期來壓，使采動(dòng)區(qū)與L型井有效溝通。

工作面進(jìn)尺與甲烷純量的關(guān)系見圖6.由圖6可以看出，兩條曲線呈現(xiàn)出相近的變化趨勢(shì)，且工作面進(jìn)尺的變化“領(lǐng)先”于L型井純量的變化，工作面進(jìn)尺增加，純量上升，工作面進(jìn)尺減小，純量下降。即井下生產(chǎn)越正常，地面L型井抽采的瓦斯越多，工作面進(jìn)尺與純量成正比。

圖6 工作面進(jìn)尺與純量的關(guān)系圖

3.3 采煤工作面風(fēng)排瓦斯量與L型井抽采關(guān)系

絕對(duì)瓦斯涌出量計(jì)算公式：

Qg=Q·C/100

(1)

式中：

Qg—絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min；

Q—風(fēng)量，m3/min；

C—風(fēng)流中平均瓦斯?jié)舛龋?.

根據(jù)寺河礦對(duì)回風(fēng)巷甲烷濃度持續(xù)跟蹤測(cè)量，在地面L型井投運(yùn)前，工作面回風(fēng)探頭甲烷濃度C1讀數(shù)0.98%～1%，投運(yùn)后工作面回風(fēng)探頭甲烷濃度C2降低至0.75%左右。地面L型井投運(yùn)前后3313采煤工作面絕對(duì)瓦斯涌出量不變，由式(1)計(jì)算出L型井投運(yùn)后其井下通風(fēng)量Q2是投運(yùn)前通風(fēng)量Q1的0.75倍左右，不僅降低了井下通風(fēng)成本，而且增加了井下通風(fēng)系統(tǒng)安全冗余度。

地面L型井抽放與井下抽放的關(guān)系見圖7.由圖7可知，地面L型井產(chǎn)氣量變高后，高位鉆孔氣量下降，風(fēng)排瓦斯量下降，說明L型井對(duì)解決工作面瓦斯起到積極的作用，抽采效果很好。

圖7 地面L型井抽放與井下抽放的關(guān)系圖

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 采煤工作面進(jìn)尺量與L型井抽采甲烷純量呈正相關(guān)。

2) L型井投運(yùn)后，不僅降低了井下通風(fēng)成本，而且增加了井下通風(fēng)系統(tǒng)安全冗余度。

3) L型井抽采產(chǎn)氣量變高后，高位鉆孔產(chǎn)氣量下降，風(fēng)排瓦斯量下降，說明L型井對(duì)解決工作面瓦斯起到積極的作用，抽采效果很好。