煤礦區(qū)煤層氣井地面抽采技術(shù)及應(yīng)用摘要：煤礦開采期間，底層容易發(fā)生劇烈活動(dòng)，導(dǎo)致采動(dòng)區(qū)上的覆巖層出現(xiàn)大量的裂隙、離層等情況，勢(shì)必會(huì)顯著提高煤巖層的透氣性，使得由卸壓煤層所釋放的瓦斯可以在煤巖層中富集與流動(dòng)，這也被稱為煤層開采的"卸壓增透效應(yīng)〃。本文基于煤礦區(qū)煤層氣井地面抽采技術(shù)及應(yīng)用展開論述。關(guān)鍵詞：煤礦區(qū)煤層氣井地面抽采技術(shù)及應(yīng)用引言采礦工程過(guò)程中不安全的因素客觀存在，如果不能有效地控制，發(fā)生安全事故的概率會(huì)增加，妨礙工程順利進(jìn)行，威脅到工人的生命安全。因此，各煤礦必須加強(qiáng)礦山安全管理，制定完善的礦山工程不安全因素分析處理規(guī)范，將具體礦山工程特點(diǎn)與施工要求相結(jié)合，分析具體不安全因素類型，提出相應(yīng)的解決對(duì)策，提高煤礦開采工程建設(shè)的合理性和科學(xué)性，確保礦山工程施工效率，提高煤礦的安全生產(chǎn)意識(shí)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。1煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)模式煤與煤層甲烷的共生決定煤炭開采與煤層甲烷開發(fā)密切聯(lián)系及相互作用。關(guān)于加快煤礦瓦斯（CBM）排放利用的一些意見》（國(guó)家發(fā)行[2006]47）明確提出了“先開采瓦斯，后開采煤炭，再開采煤炭的瓦斯一體化〃煤層氣開發(fā)原則?！盀榱朔乐姑旱V瓦斯事故、充分利用能源資源和有效地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，必須同時(shí)采取各種鼓勵(lì)和支持措施，以及先后采礦、管理和利用?！ú捎玫孛婷簩託庥行Ы档兔簹夂?，有利于煤炭資源的安全開采與開采活動(dòng)的聯(lián)系。與此同時(shí)，煤炭開采導(dǎo)致附近巖層移動(dòng)，鄰近層的透氣性大大提高，有助于CBM資源的有效開發(fā)。煤炭企業(yè)開發(fā)煤層甲烷的主要目的在于為煤礦生產(chǎn)提供安全的煤氣環(huán)境，CBM開發(fā)是從屬的，而CBM煤氣開發(fā)的目的僅僅是為了獲得經(jīng)濟(jì)利益，勘探和開發(fā)受煤炭生產(chǎn)的限制，CBM井網(wǎng)布局受煤炭開采計(jì)劃、工作面布局和開采速度的限制，受煤炭開采影響，煤礦區(qū)的煤層井受到服務(wù)年限一般較短，CBM勘探和開發(fā)要求在短時(shí)間內(nèi)降低煤層的煤氣含量，以滿足為了實(shí)現(xiàn)煤與煤層氣協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“抽、挖、開采〃的協(xié)調(diào)，根據(jù)煤炭開發(fā)的時(shí)空繼承規(guī)則，一般將煤礦部門劃分為規(guī)劃區(qū)、準(zhǔn)備區(qū)和生產(chǎn)區(qū)，煤礦規(guī)劃區(qū)尚未開始開采，該區(qū)域的煤氣含量一般大于16m3/t。一般來(lái)說(shuō)，煤層氣企業(yè)采用地面提取技術(shù)，5~8a執(zhí)行煤層氣預(yù)抽作業(yè)。準(zhǔn)備區(qū)是指煤炭工程3-5a內(nèi)即將回收的區(qū)域，其中瓦斯含量要求下降到16m3/t以下，地面采集以煤層氣企業(yè)為主，地下煤炭企業(yè)以地下方向的長(zhǎng)鉆孔采集為主，創(chuàng)造了將準(zhǔn)備區(qū)轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)區(qū)的條件。2保護(hù)層開采的技術(shù)原理在煤層被開采之后，被開采煤層周圍的煤層也會(huì)不斷地向著采空區(qū)進(jìn)行移動(dòng)。而在這種擾動(dòng)下，煤礦內(nèi)部原有的平衡關(guān)系就會(huì)被干擾和破壞，并在最終使得煤巖體原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變。改變之后，煤巖層內(nèi)部的壓力也就會(huì)被釋放，從而形成一類采動(dòng)裂隙而瓦斯作為煤層中伴生的氣體，本身有著很強(qiáng)的流動(dòng)性。而采動(dòng)的裂隙本身也會(huì)為瓦斯更好地在煤層中進(jìn)行流動(dòng)而提供有效的通道。3采動(dòng)區(qū)地面井抽采所存在的主要問題及所使用的關(guān)鍵技術(shù)3.1采動(dòng)區(qū)地面井變形破壞理論和關(guān)鍵參數(shù)通過(guò)構(gòu)建煤礦區(qū)煤層氣提挖拉剪擠壓綜合變形破壞模型，逐步建立鉆井套管、擋土墻水泥環(huán)和巖壁三域耦合模型確定鉆井套管最大剪應(yīng)力和最大拉應(yīng)力函數(shù)的礦區(qū)地表井"水平拉伸變形〃理論框架。結(jié)果發(fā)現(xiàn)鉆套的抗變形能力直接受到井底套管的壁厚、深度半徑和鋼等參數(shù)的影響。3.2采動(dòng)區(qū)地面井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合極限分析理論，人們確定了地井套管破碎石機(jī)剪切安全系數(shù)和拉伸安全系數(shù)概念，構(gòu)建了地面套管損傷危險(xiǎn)位置p系數(shù)識(shí)別方法，用于指導(dǎo)礦區(qū)地井結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。3.3采動(dòng)區(qū)地面減抗破壞防護(hù)結(jié)構(gòu)及措施地面井的破壞主要集中在某些核心位置，因此應(yīng)以"流血胃酒，抗力輔助〃的想法為基礎(chǔ)，確定一系列可顯著提高地面井抗毀剪、拉伸、厚壁剛度等的保護(hù)結(jié)構(gòu)，并為接頭制定有效的保護(hù)措施。3.4采動(dòng)區(qū)地面井抽采成套技術(shù)體系人們要考慮不同礦區(qū)煤層地質(zhì)條件和煤礦采掘工藝特點(diǎn)，結(jié)合地面井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、井位布置優(yōu)化、鉆井施工方案設(shè)計(jì)、地面井抽采系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及鉆井工程防護(hù)技術(shù)等多種技術(shù)，探索和建立采動(dòng)區(qū)地面井抽采成套技術(shù)體系。3.5條帶式井上下聯(lián)合抽采條帶式井上下聯(lián)合抽采是指在未進(jìn)行地面預(yù)抽的規(guī)劃區(qū)或準(zhǔn)備區(qū)，對(duì)擬開設(shè)的水平大巷、盤區(qū)（帶區(qū)）大巷、工作面巷道，在其兩側(cè)施工常規(guī)地面鉆井，完井后進(jìn)行儲(chǔ)層壓裂改造，然后進(jìn)行地面煤層氣抽采；當(dāng)巷道掘進(jìn)后，施工近水平瓦斯抽采定向鉆孔連通地面井壓裂影響區(qū)，也可根據(jù)需要對(duì)井下長(zhǎng)鉆孔實(shí)施井下壓裂，以便實(shí)現(xiàn)井下鉆孔與地面壓裂井裂隙網(wǎng)的高效互連，此時(shí)，停止地面煤層氣抽采，改為井下鉆孔負(fù)壓抽采條帶式井上下聯(lián)合抽采具有兩方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：一方面通過(guò)地面鉆井實(shí)施水力壓裂這一有效的儲(chǔ)層改造措施，在影響區(qū)內(nèi)形成大量的人工裂縫，使抽采通道與煤儲(chǔ)層中的天然裂隙有效連通，可擴(kuò)大抽采范圍、提高抽采效率；另一方面，在井下施工近水平定向長(zhǎng)鉆孔，通過(guò)軌跡控制實(shí)現(xiàn)多個(gè)地面工程井壓裂影響區(qū)的"串聯(lián)”，能夠發(fā)揮井下鉆孔施工成本低、布孔靈活的優(yōu)勢(shì)，主要適用于煤層結(jié)構(gòu)完整、力學(xué)強(qiáng)度高、構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的煤礦區(qū)。3.6地面井與井下長(zhǎng)鉆孔連通壓裂聯(lián)合抽采地面井與井下長(zhǎng)鉆孔連通壓裂聯(lián)合抽采是通過(guò)在地面施工垂直井，在井下沿煤層施工定向長(zhǎng)鉆孔，借助定向鉆進(jìn)技術(shù)使地面直井與井下長(zhǎng)鉆孔交匯貫通，隨后對(duì)井下定向長(zhǎng)鉆孔進(jìn)行有效封孔，利用地面壓裂設(shè)備通過(guò)地面井對(duì)目標(biāo)抽采區(qū)域及井下鉆孔進(jìn)行壓裂作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽采區(qū)域的增透改造后進(jìn)行抽采，其產(chǎn)氣方式主要分為井下采氣和地面采氣兩種，如圖3所示。針對(duì)碎軟煤層定向鉆孔成孔困難問題，有學(xué)者提出首先施工地面直井進(jìn)行水力壓裂，對(duì)目標(biāo)煤層進(jìn)行預(yù)抽，然后在目前煤層下底板巖巷施工放射狀穿層鉆孔進(jìn)行二次瓦斯抽放，對(duì)突出煤層卸壓消突。結(jié)束語(yǔ)煤層氣（通常稱為"氣體”）是可燃性和爆炸性危險(xiǎn)氣體，其燃燒的副產(chǎn)品是水，因此是干凈的能量。目前，大部分煤層甲烷與煤炭開采一起排放到大氣中，這增加了地下開采工作的風(fēng)險(xiǎn)，并造成了巨大的資源浪費(fèi)。隨著對(duì)CBM的關(guān)注度日益提高，許多企業(yè)逐漸關(guān)注CBM資源的開發(fā)。目前煤層甲烷的地面提取和運(yùn)輸工藝主要以天然氣開采工藝為基礎(chǔ)，但甲烷的儲(chǔ)存地質(zhì)條件和本身特性與天然氣有很大差異，存在現(xiàn)有提取和運(yùn)輸方法效率低下、工藝過(guò)程麻煩等問題，對(duì)CBM的進(jìn)一步開發(fā)［1］影響很大，因此迫切需要研究CBM的提取和運(yùn)輸工藝，優(yōu)化提取和運(yùn)輸工藝，從而提高CBM提取。參考文獻(xiàn)張光波，祁空軍，劉春春，張瑋，邊建軍，趙磊.煤礦區(qū)煤層氣與煤協(xié)調(diào)開發(fā)模式探討[J].中國(guó)煤層氣，2018，15（06）：43-46.范曉剛.巷道過(guò)地面煤層氣井壓裂區(qū)域?yàn)?zāi)害防治技術(shù)[J].能源與環(huán)保，2018,40（11）：61-65.劉進(jìn)平，高云，李欣.地面水力壓裂對(duì)井下煤層瓦斯抽采影響分析[J].中國(guó)