L型井瓦斯抽采效果影响因素分析

车海英

(山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西 晋城 048000)

瓦斯抽采技术是治理煤矿瓦斯灾害的根本途径，我国历来重视此类技术的开发应用。晋城矿区寺河矿绝对瓦斯涌出量高达1 410.8 m3/min，为了解决该矿井下3313回采工作面上隅角瓦斯超限问题，利用采煤工作面回采时对煤岩体扰动提高其透气性的特点，结合井下高位钻孔抽采与采动区地面直井抽采技术的特点，提出采动区地面L型井抽采技术[1-2]. 在采动直井基础上对地面采动区L型井抽采技术进行试验，即在地面利用定向钻井技术，在煤层顶板裂隙施工L型井(相当于多口采动直井)。

李日富[3-4]等对煤矿采动区地面L型顶板水平定向井抽采技术进行了试验。赵祉友[5]等研究了采动卸压下伏煤层L型井抽采技术。张文君[6-7]等对寺河井田L型井抽采效果影响进行了初步研究，以上研究大多从井上对L型井产能影响因素进行分析，本文从井下对L型井产能影响因素进行分析。

1 L型井基础数据

1.1 概 述

L-1井位于沁水县郑村镇赵庄村，井下为寺河矿3313工作面，于2014年5月23日开钻，7月10日完钻，井深 1 271.67 m(其中垂直段463.09 m、水平段808.58 m)，水平段钻孔设计高度位于3313工作面顶板以上40～60 m岩层中。L-1井基本数据见表1.

表1 L-1井基本数据表

1.2 钻井情况

具体井身结构及示意图分别见表2，图1.

表2 L-1井井身数据表

图1 L-1井井身结构示意图

2 井下情况

2.1 空间位置关系

L-1井开孔位置距离3313工作面主回撤通道110 m，终孔位置距离3313工作面切眼180 m，整体向3313工作面西端倾斜，终孔位置距离3313工作面33133巷20 m. 该井实测地质剖面图及平面图分别见图2，图3.

图2 L-1井实测地质剖面图

图3 L-1井平面图

2.2 工作面生产情况

3313工作面倾向长度317 m，走向长度1 233 m，可采储量320万t，于2014年7月20日初采，2015年3月3日回采结束，回采周期226天，日均进尺5.45 m，日进尺介于0～20.5 m，正常生产日进尺5～10 m，具体见图4.

3 L型井井下影响因素分析

3.1 日进尺与L型井甲烷流量、浓度关系

工作面每日进尺与L型井流量、浓度关系见图5.图5有以下6个时间段值得关注：

图4 3313工作面每日进尺曲线图

图5 工作面每日进尺与L型井流量、浓度的关系图

1) 2014-10-03—2014-10-04、2014-10-06—2014-10-11工作面进尺减少，水环泵流量也下降。

2) 2014-10-06—2014-10-22水环泵流量稳定在1 200 m3/h左右，井下采煤正常，工作面平均进尺7 m/天，平均瓦斯浓度73%.

3) 2014-10-28—2014-11-20水环泵流量稳定在1 450 m3/h左右，井下采煤正常，工作面平均进尺9.56 m/天，平均瓦斯浓度77%.

4) 2014-12-09—2014-12-12井下采煤基本无进尺，同期水环泵流量稳定在1 500 m3/h左右，但瓦斯浓度明显下降，由55%降到30%.

5) 2014-12-21—2014-12-25井下采煤正常，工作面平均进尺9.41 m/天。同期水环泵流量明显下降，由1 300 m3/h降至1 000 m3/h左右，瓦斯浓度开始上升，由33%升至60%.

6) 2015-01-02—2015-01-13流量变化趋势同工作面变化趋势大体相同。

综上所述，可以得出以下结论：

a) 工作面进尺与水环泵流量成正比。具体表现：工作面进尺增大，流量也随之增大；工作面进尺减少，流量也随之减少；且流量变化相比工作面进尺变化有1～2天的滞后。

b) 工作面进尺与甲烷浓度成正比。具体表现：水环泵流量稳定时，工作面进尺增大，浓度增大；工作面停产(进尺为0)，浓度下降。

c) 甲烷流量与甲烷浓度成反比。具体表现：工作面生产情况稳定时(进尺稳定)，流量下降，浓度升高。

3.2 采煤工作面日进尺与L型井甲烷纯量关系

寺河矿3313采煤工作面回采方式采用综采一次采全高，顶板垮落法管理顶板，3#煤层厚度约6.2 m. 地面L型井水平段末端位于3#顶板上方4 m，整个水平段位于3#煤层顶板上方4～48 m处。根据梁运培[8]顶板岩层“三带”划分方法即垮落带高度主要取决于采高和上覆岩石的碎胀性，通常为采高的3～5倍，地面L型井水平段绝大部分位于3#煤层顶板垮落带16.8～31 m，随着工作面进尺的不断推进，煤层顶板依次发生初次来压和周期来压，使采动区与L型井有效沟通。

工作面进尺与甲烷纯量的关系见图6.由图6可以看出，两条曲线呈现出相近的变化趋势，且工作面进尺的变化“领先”于L型井纯量的变化，工作面进尺增加，纯量上升，工作面进尺减小，纯量下降。即井下生产越正常，地面L型井抽采的瓦斯越多，工作面进尺与纯量成正比。

图6 工作面进尺与纯量的关系图

3.3 采煤工作面风排瓦斯量与L型井抽采关系

绝对瓦斯涌出量计算公式：

Qg=Q·C/100

(1)

式中：

Qg—绝对瓦斯涌出量，m3/min；

Q—风量，m3/min；

C—风流中平均瓦斯浓度，%.

根据寺河矿对回风巷甲烷浓度持续跟踪测量，在地面L型井投运前，工作面回风探头甲烷浓度C1读数0.98%～1%，投运后工作面回风探头甲烷浓度C2降低至0.75%左右。地面L型井投运前后3313采煤工作面绝对瓦斯涌出量不变，由式(1)计算出L型井投运后其井下通风量Q2是投运前通风量Q1的0.75倍左右，不仅降低了井下通风成本，而且增加了井下通风系统安全冗余度。

地面L型井抽放与井下抽放的关系见图7.由图7可知，地面L型井产气量变高后，高位钻孔气量下降，风排瓦斯量下降，说明L型井对解决工作面瓦斯起到积极的作用，抽采效果很好。

图7 地面L型井抽放与井下抽放的关系图

4 结 语

1) 采煤工作面进尺量与L型井抽采甲烷纯量呈正相关。

2) L型井投运后，不仅降低了井下通风成本，而且增加了井下通风系统安全冗余度。

3) L型井抽采产气量变高后，高位钻孔产气量下降，风排瓦斯量下降，说明L型井对解决工作面瓦斯起到积极的作用，抽采效果很好。