山西重点煤矿采动区煤层气地面抽采技术及应用

李国富^1,2，付军辉^3,4，李超^1,2，李日富³

1. 煤与煤层气共采国家重点实验室2. 晋城无烟煤矿业集团有限责任公司3. 中煤科工集团重庆研究院有限公司4. 山东科技大学

摘 要：为了解决现代化高产高效矿井因回采速度大幅度提高而引起的采煤工作面上隅角瓦斯超限问题,突破传统的煤矿井下抽采瓦斯措施存在的在时间、空间上对治理采煤工作面的瓦斯方法单一的局限,依托国家科技重大专项示范工程,模拟研究了山西重点煤矿区晋城、阳泉等矿区采煤工作面回采引起采动区地面井不同距离时煤岩层裂隙在超前支承压力转移、采动覆岩反复扰动、采动覆岩基本稳定3个阶段的形成机理,据此确定并验证了采动区卸压瓦斯的运移通道及富集区。研究结果表明:山西重点煤矿区采动区地面直井井位应布置在回采工作面回风巷侧地表沉降拐点连线和采场中线之间为重点研究区域;采动区L型水平井层位应优先布置在裂隙带中部且厚度及强度均较大的岩层中。由采动区地面井变形破坏模拟发现,岩层移动的剪切滑移位移量、离层拉伸位移量是对地面井井身结构产生影响的关键参量。因此,采用增大采动区地面直井的井径、改进固井技术提高地面井的有效通径以增强其抗拉剪能力。通过生产实践研发了采动区地面直井应穿越煤层并将生产套管(筛管)布置在采动裂隙带上边缘至冒落带的最优"三开"井身结构。在岳城矿、塔山矿、新景矿等矿区进行了100多口的采掘扰动区地面"仅钻井、不压裂"的钻井与抽采工程示范,大部分井取得了较好的瓦斯抽采效果,单井平均总产气量约200万m3,最高达3 000万m3以上。采动区地面井同时对采煤工作面上隅角瓦斯治理也起到了非常重要的作用,工作面上隅角瓦斯体积分数降幅平均达50%左右,在煤层气抽采及工作面涌出瓦斯治理两方面效果显著,具有良好的推广应用价值。

关键词：煤矿采动区;煤层气;地面抽采;L型水平井;