摘要：为有效减少煤层瓦斯含量,实现瓦斯资源的高效利用并降低井下瓦斯治理难度,结合首山一矿现场地质特征,构建了地面井分区式瓦斯抽采技术,旨在实现矿区瓦斯治理体系化。基于采矿活动的时空分布特征,将井田划分为未采区、采动区和采空区,分区建立不同地面井进行瓦斯抽采,实现瓦斯治理向瓦斯利用并重转变。体系化瓦斯治理技术包括地面井井位科学布置、井身结构及施工设计、未采区储层压裂增透和排采与集输工程4部分。综合考虑空间层位、煤层特征、地面位置、煤层回采和瓦斯赋存条件进行地面井井位选取。在采动区,基于煤层回采后垮落带和裂隙带高度,设计采动区直井和L型井井底层位分别位于裂隙带中上部,借助本煤层回采的卸压效果,实现区域内多煤层瓦斯高效抽采。设计了未采区L型井井身、采动区直井井身、采动区L型井井身和采空区直井井身。对未采区煤层进行水力压裂实现煤层增透,选用定向射孔+泵送桥塞式光套管压裂的复合压裂工艺进行煤层压裂,采用深穿透加强弹进行射孔作业,支撑剂采用0.841/0.42 mm石英砂。在首山一矿进行地面井分区式瓦斯抽采技术工程实践,统计了矿区内不同类型地面井瓦斯抽采情况,结果显示:采动区地面井单井瓦斯日产量最高可超过4万m^(3),单井累计瓦斯抽采量高达259.7万m^(3),井田区域内目前在抽钻井11口,累计抽采量高达1425.2万m^(3)。现场效果检验表明实施地面井分区式瓦斯抽采技术可实现瓦斯的高效抽采,形成了“采一层治多层”的瓦斯治理模式。

摘要：为进一步优化煤矿采动区地面井设计方法,对地面井的类型及特点进行了深入分析,将煤矿采动区地面井抽采技术细分为邻近层采动发展区地面井抽采、本煤层采动发展区地面井抽采和采动稳定区地面井抽采3种类型;确定了抽采资源评估、布井位置优选、井型结构优化、高危位置防护、地面安全抽采等5项核心技术,提出了不同类型采动区地面井的逐级优化设计方法。将系统化的技术方法应用在了山西晋煤集团成庄煤矿5310工作面采动区CD-01井的优化设计和抽采工程中,获得了连续抽采、抽采体积分数50%以上的良好抽采效果,证明了逐级优化设计方法及技术的适用性。

摘要：煤层气含量是表征煤储层特征的重要参数,是煤层气资源勘探开发和煤矿瓦斯防治的重要依据。针对地面井常规取心方法获取的煤层气含量比煤储层实际气量明显偏低(碎软煤层尤其突出)的现实问题,提出了适合于碎软煤储层特征的煤层气含量精准测试密闭取心方法。根据煤储层特征(与油气储层相比,埋藏较浅、压力较小、温度较低、煤体强度低)和煤层气含量精准测试要求,设计并试制了适用于地面井煤层气含量测定的“三筒单动、球阀关闭、取心筒与解吸罐一体化”的密闭取心器和“前端小径钻心、后端大径钻井”的碎软煤层双径PDC密闭取心钻头。密闭取心器外筒直径120 mm,采取煤(岩)芯直径可达38 mm,密闭保压能力达10 MPa以上,适用于煤层埋深1000 m的地面井密闭取心;双径PDC密闭取心钻头减少了取心钻进过程中钻井液对煤芯的冲洗旋流作用,提高碎软煤层的煤芯采取率。利用密闭取心设备在我国的淮南潘三煤矿和淮北芦岭煤矿碎软煤层中开展了2口地面井煤层气含量测定密闭取心工程应用对比试验,共采得密闭取心煤样5组,常规取心煤样3组;8组煤层气含量测试结果表明,由密闭取心法获得的煤层气含量比常规取心法获得的煤层气含量高20.23%~40.34%,均值27.22%;研究结果表明采用密闭取心技术能够提高煤层气含量测试精度。地面井密闭取心设备研制成功及推广应用将为碎软煤层煤层气资源勘探开发、煤矿瓦斯灾害预测及治理提供更为准确的煤层气含量参数。

摘要：传统煤层勘探方式采用开放式取心工具获取煤样,并通过理论估算的方式计算损失气。导致所测得的煤样含气量普遍偏低,严重制约煤层气开发利用,影响煤矿安全开采。为满足深部煤层勘探需要,创新设计了一款煤层地面井保压取心工具,工具总长6.7 m,单次可取保压煤心样品3 m。为提高深部煤层保压取心可靠性和成功率,构建了孔底液体环境下保压控制器闭合轨迹模型,并通过实验测试和理论推导获取了控制器触发弹片弹力转矩的变化曲线。为验证闭合轨迹模型的准确性,了解保压控制阀盖在钻井液环境下的翻转闭合过程,进行了保压控制器触发闭合室内实验。结果显示,实验所测得阀盖运行轨迹与理论计算结果的偏差小于5%,验证了模型的准确性。在此基础上,优化了煤层地面井保压取心工具内保压控制器触发系统,并在深度为30 m的试验井下,密度1.1 g/cm^(3)、黏度60 s的膨润土基泥浆环境中进行了8次孔底抽拉触发实验,保压控制器均能稳定闭合,成功率为100%,并能保证压力在14 MPa时连续工作至少350 min无泄漏,证实了保压控制器触发系统的可靠性。本文所建立模型可以实现井下保压控制器运行轨迹预测,进而可以针对不同钻井液体系设计、优化触发系统,从而提高深部煤层保压取心成功率。

摘要：针对阳泉矿区突出煤层复杂构造带煤层巷道掘进过程中所面临的构造软煤发育、井下千米长钻孔抽采效果不理想、巷道掘进进尺缓慢的问题,开展了突出煤层复杂构造带地面直井压裂抽采瓦斯试验研究。根据新景煤矿3~#煤层地质特点,提出了煤层复杂构造带地面直井井位的选择及井身结构设计方法,获得了地面直井的钻井与压裂技术工艺。现场试验表明,地面井连续运行190 d,累计产气21.9万m^3,平均日产气量1 261 m^3/d,平均瓦斯浓度97%,取得了较好的瓦斯抽采效果。

摘要：通过对采煤后覆岩裂隙形态的分析,根据采煤工作面瓦斯流动特征,获得采动影响下瓦斯地面井布置基本原则。结合覆岩移动规律及钻井井身结构变形破坏特征,设计了采动影响下瓦斯抽采地面井井身结构,并在晋煤集团岳城矿进行了应用,取得较好的瓦斯抽采效果,解决了采煤工作面瓦斯超限问题,为煤矿安全生产提供了保障。

摘要：利用地面井抽采采动区采煤工作面瓦斯,可较好解决高瓦斯或突出矿井工作面瓦斯超限问题。文章分析了采动影响下瓦斯地面井抽采技术原理和技术难点,提出3种采动区瓦斯地面井井身结构,分别为:全井固井、悬挂完井;局部固井、悬挂完井;两级固井、悬挂完井。分析了3种地面井井身结构的优势及适用条件。研发了针对不同使用条件的3种采动区地面井防护装置,包括:剪切防护装置、伸缩防护装置、厚壁刚性综合防护装置。在晋煤集团寺河矿进行了工程应用,取得了很好地抽采瓦斯效果,在采煤工作面推过地面井200m范围内,瓦斯抽采纯量约1. 2万m^3/d,瓦斯浓度85%左右。采煤工作面推过地面井200m后,地面井抽采瓦斯量约为0. 36万m^3/d,抽采瓦斯浓度约为32. 5%。在采煤工作面距井位60m,地面井开始抽采工作面平均瓦斯浓度降至0. 41%以下,平均降至0. 27%,工作面瓦斯浓度平均降低26. 5%。

摘要：在晋城市成庄矿区4308工作面进行了采动区煤层气地面井抽采试验,针对试验点地质特点,设计出试验井井身结构,分析了钻井在工作面推过前后的抽采数据,并先后4次对套管变形情况进行了考察。试验发现,地面井抽采纯流量最高达8 m3/min,但是如何保证套管的稳定性是需要解决的关键问题。

摘要：山西晋城矿区主采3#煤层,一般为大采高高强度回采,由此造成工作面瓦斯涌出量大、瓦斯治理压力大等问题。因此,利用采动卸压作用和采空区瓦斯抽采的运移规律,在成庄煤矿施工了采动区地面抽采试验井抽采本煤层采动影响区和采空区煤层气,并运用地面井逐级优化设计方法对试验井的布井位置、井型结构进行了优化。抽采试验结果表明:采空区瓦斯抽采浓度高达50%以上,有效地降低了工作面瓦斯治理压力,试验效果良好。

摘要：针对我国煤层松软、低渗、抽采困难的问题,提出了充分利用煤层采动卸压效应强化抽采煤层解吸瓦斯和工作面涌出瓦斯的采动区地面井抽采技术。从资源评价、井型设计、地面布井、局部防护、安全抽采控制等关键技术和成套技术的应用效果及发展前景等方面对煤矿采动区瓦斯地面井抽采技术在瓦斯治理方面的应用进行了深入分析,指出煤矿采动区地面井抽采瓦斯技术是进行煤矿区瓦斯灾害综合治理的一条有效途径;提出了进行煤矿区煤层气规模化开发、有效治理井下瓦斯灾害的合理化建议:地面井布井应偏向工作面回风巷侧,井型结构应充分发挥采场裂隙带的作用。