采空區(qū)瓦斯地面抽采應(yīng)用實(shí)踐

于澤蛟，何宜霏，王艷峰，葛慧敏，張勇

（漾泉藍(lán)焰煤層氣有限責(zé)任公司，山西 晉中 045399）

采空區(qū)瓦斯地面抽采還處在發(fā)展階段，相應(yīng)技術(shù)措施還在進(jìn)一步完善。因采空井普遍產(chǎn)氣量較低且難以推廣，為提高采空井的產(chǎn)氣量，及技術(shù)推廣性，遂在陽泉礦區(qū)寺家莊井田鉆采空井，在同一礦區(qū)采用兩種井身結(jié)構(gòu)，加以對比探尋最優(yōu)方式，加以技術(shù)推廣[1]。

由于采空區(qū)是密閉空間，且部分采空區(qū)封閉時間較久，所以在鉆井時要做好相應(yīng)的防護(hù)措施，確保安全生產(chǎn)。

1 采空區(qū)地質(zhì)參數(shù)

1.1 煤層與頂?shù)装?/h3>

礦區(qū)內(nèi)可采煤層為8#、9#、12#、15#煤層，可采煤層特征如表1：

表1可采煤層特征

1.2 埋深與瓦斯含量

井田范圍內(nèi)8#煤層瓦斯含量由東至西逐漸增大，最大瓦斯含量為4.36 m3/t,對應(yīng)埋深176 m;

井田范圍內(nèi)9#煤層瓦斯含量由東至西逐漸增大，最大瓦斯含量為4.58 m3/t,對應(yīng)埋深188 m;15#煤層瓦斯含量在礦區(qū)東部較小，瓦斯含量值在1.8 m3/t以下，西北部瓦斯含量較大，瓦斯含量最大值為5.4 m3/t。

1.3 瓦斯涌出量

（1）8#煤層生產(chǎn)時，回采工作面絕對瓦斯涌出量為6.12 m3/min，回采工作面的相對瓦斯涌出量為5.16 m3/t，掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量為0.634 m3/min，礦井最大瓦斯涌出量為9.73 m3/min，最大相對瓦斯涌出量為7.71 m3/t。

（2）9#煤層生產(chǎn)時，回采工作面絕對瓦斯涌出量為2.44 m3/min,回采工作面的相對瓦斯涌出量為2.06 m3/t，掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量為0.708 m3/min，礦井最大瓦斯涌出量為4.55 m3/min，最大相對瓦斯涌出量為3.6 m3/t。

（3）15#煤層回采工作面絕對瓦斯涌出量為6.12 m3/min,后期最大絕對瓦斯涌出量為29.04 m3/min,最大相對瓦斯涌出量為23.01 m3/t。

1.4 煤的自燃傾向性

（1）8#煤層吸氧量為1.18 m3/g，自燃傾向性等級為III類，屬不易自燃煤層。

（2）9#煤層吸氧量為1.20 m3/g，自燃傾向性等級為III類，屬不易自燃煤層。

（3）15#煤層吸氧量為1.36 m3/g，自燃傾向性等級為III類，屬不易自燃煤層。

2 采空井鉆井技術(shù)要求

2.1 鉆井施工要求

①三開完井，目標(biāo)層位置不返風(fēng)停鉆。

②一開、二開前半段可使用空氣鉆，二開后關(guān)段必須使用水鉆，三開全程使用氮?dú)忏@進(jìn)。

③距采空區(qū)30 m時，降低鉆進(jìn)速度，防止出現(xiàn)卡鉆、掉鉆事故。

④在使用氮?dú)忏@進(jìn)[2]時，換單根、上提鉆桿等環(huán)節(jié)，必須采取封堵措施，防止桿芯和環(huán)空倒吸空氣，減少著火風(fēng)險。

⑤在施工過程中，應(yīng)監(jiān)測井口及巖粉反噴范圍內(nèi)的CO、O2、CH4濃度，發(fā)現(xiàn)有CO，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)。

⑥下套管時，必須使用相對應(yīng)的液壓鉗。

2.2 井身結(jié)構(gòu)

該井田15#煤層為采空區(qū),為了防止確?？拷煽諈^(qū)時安全鉆進(jìn)，所以井身結(jié)構(gòu)采用三開。

一開：?311.15 mm鉆頭，鉆入穩(wěn)定基巖10 m后，下入?273.1 mm表層套管固井；

二開：?241.3 mm鉆頭鉆至K7砂巖，停鉆，下入? 193.74mm套管固井；

三開：?171.4 mm鉆頭，裸眼完井，直接鉆至目的層，不返風(fēng)停鉆。

一開二開泥漿鉆進(jìn)，三開采用氮?dú)忏@進(jìn)。兩種井深要求，第一種目的層位時K2砂巖層，第二種井型目的層位是15#煤采空區(qū)，K2位于采空區(qū)之上。兩種不同的鉆深井型[3]分別見如圖1、圖2。

圖1第一種采空井井身結(jié)構(gòu)

圖2第二種采空井井身結(jié)構(gòu)

3 采空井抽采工藝

3.1 抽采工藝流程

采空井地面工藝流程[4]為：

井口（壓力表）→閥門→單向閥→防爆器→阻火器→增壓機(jī)組→流量計→過濾器→閥門→管網(wǎng)。系統(tǒng)安裝基本工藝流程如圖3所示。

圖3系統(tǒng)安裝基本工藝流程

增壓機(jī)組前必須加裝CH4、O2、CO傳感器，抽采動力系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)及安全防護(hù)系統(tǒng)采購安裝標(biāo)準(zhǔn)按照晉煤集團(tuán)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤層氣采動（空）井井場布置、管線及安全抽采系統(tǒng)安裝、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。

4 兩種井型效果評價

4.1 各井?dāng)?shù)據(jù)及產(chǎn)氣效果

表2各井參數(shù)及產(chǎn)氣效果

4.2 井型1效果評價

以K2砂巖層為鉆井目的層的采空井，鉆井完成后井口都存在3 kPa左右的微正壓，打開井口有瓦斯氣體冒出。后期抽采產(chǎn)氣效果較好，平均單井日產(chǎn)氣3 000 m3，其中產(chǎn)氣量最高的單井為5 300 m3/d，而且抽采負(fù)壓為-2.5 kPa，隨著抽采負(fù)壓的升高，產(chǎn)氣量會進(jìn)一步升高。

4.3 井型2效果評價

以15#煤采空區(qū)為鉆井目的層的采空井，鉆井完成后井口都存在40 kPa～100 kPa左右的正壓，打開井口有瓦斯氣體冒出。后期抽采產(chǎn)氣效果較差，單井產(chǎn)氣量最高的只有240 m3/d，其中大部分井的產(chǎn)氣量只有不到100 m3/d。同時在用井下窺視儀查看井內(nèi)情況是發(fā)現(xiàn)，鉆至15#采空區(qū)的井內(nèi)涌水量較大，各井筒內(nèi)液面較高，最高的液面有90 m，而該區(qū)15#埋深最深不超過250 m，液面將采空區(qū)及含氣煤層淹沒，導(dǎo)致產(chǎn)氣效果不佳。

5 結(jié)論

（1）通過兩種不同井型產(chǎn)氣效果對比發(fā)現(xiàn)，以K2砂巖為目的層位的井產(chǎn)氣效果更好，值得在寺家莊井田加大試驗(yàn)力度。針對其它積水較多的老采空區(qū)，也可以加強(qiáng)試驗(yàn)性應(yīng)用推廣。

（2）以15#煤采空區(qū)為目的層的鉆井方式產(chǎn)氣效果不佳，因?yàn)椴煽諈^(qū)積水較多，且該地區(qū)煤層埋深較淺，積水稍多就將煤層淹沒，不利于裂隙擴(kuò)散發(fā)育，導(dǎo)致瓦斯無法大量涌出，導(dǎo)致該井型不適用于本礦區(qū)。

（3）兩種在本礦區(qū)有成功也有失敗，表明采空井開發(fā)受制于歷史因素，關(guān)閉礦井的資料很不健全，尤其是小煤礦，資料齊全度和準(zhǔn)確度都很差，采空區(qū)鉆井極易鉆到煤柱或積水區(qū)等不同因素影響較大，開發(fā)難度和風(fēng)險很高。

6 建議

（1）建議完善關(guān)閉煤礦采空區(qū)煤層氣勘查開發(fā)機(jī)制。從回收資源的角度，加大對關(guān)閉煤礦殘存煤層氣資源情況調(diào)查、勘查力度，并深入開展研究和開展綜合評價工作，使得企業(yè)在開發(fā)采空區(qū)時能掌握更為準(zhǔn)確的資料，降低開發(fā)難度，減少不必要的試驗(yàn)性投入，更充分高效的利用采空區(qū)煤層氣資源。

（2）建議在一些礦區(qū)開展相應(yīng)的試點(diǎn)，開展采空區(qū)煤層氣資源利用試驗(yàn)，積累經(jīng)驗(yàn)，同時借鑒英、德等國先進(jìn)開發(fā)管理經(jīng)驗(yàn)，在煤礦關(guān)閉前著手建設(shè)采空區(qū)煤層氣開發(fā)利用基礎(chǔ)設(shè)施，使資源開發(fā)利用實(shí)現(xiàn)最大效益化。[5]