新集一矿地面抽采瓦斯钻井成井技术

地面钻井抽采工作面上覆采动区的煤层瓦斯,能很好地解决低透气性煤层的瓦斯抽采难题,但因钻井的成井率低,严重限制了该技术的推广应用。通过对钻井布置、钻井结构、钻井采气及井底层位、钻井施工技术与管理等影响成井的关键因素的研究,并将地面抽采瓦斯钻井成井技术在新集一矿进行实际应用,发现施工的12个地面抽采瓦斯钻井百分之百成井,为地面钻井法抽采瓦斯的成功应用提供了参考。     

加强一井多用技术研究实现瓦斯安全高效治理

从中国目前煤矿生产安全形势出发,分析了现有瓦斯治理技术的优缺点,指出煤层气一井多用技术的发展,是解决中国越来越严重的煤矿安全形势的最佳途径.同时认为,一井多用技术目前存在很多具体的技术问题,需要切实加强研究.     

废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性评价模型构建及应用

在碳达峰碳中和的政策背景下,开发废弃煤矿瓦斯资源可产生较高的资源、经济与环境三重效益。通过调研及文献查阅,从技术可行性和经济合理性2个角度建立废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性评价指标体系,将博弈论组合赋权方法与模糊综合评价法结合,构建了博弈论?模糊综合评价模型,以晋城矿区废弃矿井古书院矿为例进行瓦斯抽采可行性评价。结果表明:一级指标中瓦斯资源条件及瓦斯保存条件的权重较高,分别为0.439 1和0.383 6,说明煤矿瓦斯赋存量和煤矿密闭性是影响废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性的决定因素;二级指标中,地面钻孔甲烷浓度和矿井涌水量权重较高,分别为0.091、0.087,说明废弃煤矿采空区瓦斯富集区的甲烷纯度及煤矿水害严重程度是影响废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性的关键因素;建立的评价模型修正了单一赋权评价法导致的权重失真问题,兼容了主客观定权重方法的优点;验证了博弈论?模糊综合评价模型应用于废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性评价的合理性。      

河南省首个地面瓦斯抽采试验井项目完工

近日,由河南煤化集团、中石油煤层气公司、河南省煤田地质局共同实施,旨在共同开展煤层气地面抽采试验研究、综合开发煤层气资源,力争在河南省煤层气抽采开发方面取得重大突破的河南省首个地面瓦斯抽采试验井项目顺利完工。     

芦岭煤矿卸压区瓦斯综合抽采试验及分析

煤炭开采造成煤储层卸压,煤储层参数将发生巨大变化,并对瓦斯储存和运移产生极大影响。分析了淮北芦岭煤矿卸压区地面垂直井煤层气抽采试验,研究了卸压区地面和井下瓦斯综合抽采技术及方法。结果显示,在低透气性煤层卸压区进行地面和井下瓦斯综合抽采,不仅有利于煤矿安全生产,而且可大大提高瓦斯采收率及其开发的经济效益。     

穿层钻孔各煤层瓦斯抽采比例计算方法及应用

为了测定穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层瓦斯抽采比例及残余瓦斯含量,分别提出了相应的解决方法。计算穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层瓦斯抽采比例时,提出将煤层厚度、原始瓦斯含量、透气性系数的乘积作为瓦斯抽采相关量,将瓦斯抽采相关量归一化处理来计算,考虑了影响穿层钻孔瓦斯抽采的主要因素;预测穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层残余瓦斯含量时,利用原始瓦斯含量与吨煤瓦斯抽采量来计算,吨煤瓦斯抽采量与穿层钻孔瓦斯抽采总量、穿层钻孔在该煤层的瓦斯抽采比例及该煤层的质量有关。结果表明：提出的穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层瓦斯抽采比例计算方法,与贵州省青龙煤矿现场实测结果的最大相对误差仅为2.03%,能够满足工程实践的需要。     

煤矿瓦斯抽放井一次成井工艺及技术效果

煤矿瓦斯抽放井要求垂直精度高、井径大,通常采用常规钻探工艺时,需进行3-4次扩孔才能达到最终孔径,施工时间较长,钻进效率较低。此次在端氏煤矿施工的大口径瓦斯抽放井,采用了的一次成井钻进技术及工艺方法,钻进口径达到φ660mm,选用了江汉735型和715型系列镶齿牙轮钻头,采用塔式加重钻具控制并保证了钻井的重直度,采用密度较大的化学泥浆和保持大泵量排渣,避免了井底牙轮钻头的重复破碎,确保了钻进效果。与传统的扩孔工艺相比,缩短了施工周期,成井质量高,提高了钻进效率,降低了钻进成本。     

基于瓦斯抽采钻孔的煤矿瓦斯地质精细勘查

通过实例表明了详细查明地质构造是确保煤层瓦斯抽采均衡、避免瓦斯灾害的重要基础工作。提出了综合利用瓦斯抽采钻孔开展煤矿瓦斯地质精细勘查的主要任务、施工要求,以及采掘工作面前方隐伏断层探测和瓦斯抽采方案。隐伏断层探测方案的可行性得到了煤矿生产实践的验证。研究结果表明,综合利用瓦斯抽采钻孔对煤层顶（底）板实施连续探测,能够及时发现隐伏构造,是提高瓦斯地质勘查精度,防治瓦斯灾害的一种实用、经济和有效的技术途径。     

基于CBM-SIM的梨树煤矿瓦斯地面抽采数值模拟

针对煤矿准备区、规划区瓦斯抽采的时空接续要求不同,基于黑龙江鸡西梨树煤矿瓦斯地面抽采试验井,利用CBM-SIM数值模拟软件对已有试验井的生产数据进行历史拟合,实现了储层的精确表征。通过CBM-SIM软件模拟井组抽采5 a、10 a、15 a的产气情况,以及抽采5 a瓦斯含量动态变化情况,最终确定了不同区域的最佳井间距。模拟结果表明,准备区和规划区最优井间距分别为200 m×250 m和300 m×300 m。准备区布井7口,规划区布井64口;准备区抽采5 a采收率为32.30%~38.20%,瓦斯含量可降至8 m³/t以下,满足矿井安全生产。规划区抽采5 a,采收率为30.00%~39.05%;抽采10 a,采收率为41.78%~52.06%,除规划区Ⅲ、Ⅴ以外,其他区域瓦斯含量均可降低至8 m³/t以下;抽采15 a,采收率为48.20%~62.04%,除规划区Ⅴ以外,其他区域瓦斯含量均可降低至8 m³/t以下。研究成果可为梨树煤矿及其东北其他矿区深部薄煤层区的煤与瓦斯协同共采提供借鉴。     

山西晋城采煤扰动区地面煤层气井抽采效果地质分析

从地质研究角度,分析了晋城矿区采煤扰动区三口地面煤层气井的抽采效果。结果表明,采动井布置需要综合考虑原位地质条件和采动后的矿井地质条件,煤层含气量较高、开放性采动裂隙发育、岩层移动相对较弱的地段有利于采动井的井筒稳定和持续高产。采动井抽采过程一般经历三个阶段,即采煤工作面未达井筒阶段、采煤工作面靠近井筒阶段和采煤工作面远离井筒阶段,各阶段抽采量、浓度均表现出不同的特征。采动井的井身结构是影响抽采效果的重要工程因素,二开井段套管不固井的方式可以有效保护井身结构的完整性,但井筒体系密闭性不好,受此影响导致抽采甲烷浓度偏低;三开井段采用裸眼完井方式能够有效提高抽采流量及甲烷浓度,但不利于井筒保持稳定。     

Emission reduction technology and application research of surface borehole methane drainage in coal mining-influenced region

Windblown methane is an important gas resulting in atmospheric greenhouse effect. Therefore, reduction in windblown methane is one of the important measures to mitigate atmospheric greenhouse effect. In China, weak coal seam of low permeability is common in coal mines, so it is beset with difficulties to decrease the methane emission rate by means of gas drainage from the virgin coal seam, further to decrease the windblown mine gas. Utilizing the pressure relief and permeability and fluidity improvement effect in coal mining an approach to release methane emission through surface borehole was established, for example establishing a comprehensive deformation fracture model of surface borehole in extraction area based on quantitative rule of overlying rock movement in pit and forming a technology to select the surface borehole arrangement site in extraction area on the basis of deformation of bore frame structure and distribution characteristics of extraction flow field. And optimization technology of shape and structure of surface borehole in extraction area on the basis of ultimate stress analysis of surface borehole casing was given. The technology overcomes effectively the problem that surface borehole casing is vulnerable to premature fracture due to impact of strata movement on the surface borehole, and further increases the drainage result of the surface borehole. The technology has been test in China Shanxi Jincheng Sihe Coal Mine, achieving good results, including 12,000 Nm³/d pure methane drainage rate from single borehole, 85% methane concentration and 1.1 million Nm³ accumulative methane drainage, which demonstrate practicability and advanced performance of the technology.     

煤矿井下硬煤层顺层长钻孔分段压裂强化瓦斯抽采技术及应用

针对硬煤层瓦斯抽采衰减快,抽采周期长、效率低等问题,提出了中硬煤层顺层长钻孔分段压裂增加煤层透气性瓦斯强化抽采技术。以陕西彬长矿区4号煤层为研究对象,在实验室采用SEM高分辨率电子显微镜对比分析了水力压裂前后煤体微观孔隙结构变化特征;利用Abaqus软件模拟了封隔器受力特征及钻孔的稳定性;在彬长矿区大佛寺煤矿井下4号煤层进行水力压裂工业性试验。结果表明：煤层在加载压力15 MPa,保压48 h,煤体的孔隙、裂隙数量增多,孔径尺寸增大,且连通性增强,裂隙间的连通性明显提升。压裂过程中,封隔器同时受到内压和外压载荷产生膨胀变形,内压15 MPa、外压10 MPa时,可保持硬煤钻孔结构完整同时,产生最大的封隔摩擦力。工程试验完成3个顺煤层定向长钻孔分段压裂施工,孔深540～568 m,每孔分8段压裂,单孔注液量910～1 154 m³,累计注液量3 011 m3;压裂后,利用孔内瞬变电磁测试确定压裂影响半径34～46 m。压裂钻孔平均瓦斯抽采纯量0.72～1.73 m³/min,平均抽采瓦斯体积分数42.60%～67.48%;对比试验区常规钻孔,瓦...     

顶板岩层定向卸压瓦斯抽采钻孔钻进关键技术

顶板高位孔是治理采空区瓦斯的主要途径之一。在施工过程中,会遇到岩层开分支困难、目标层位的失制、非稳定地层处的纠偏等难题,它有别于煤层定向钻孔施工,阐述了顶板岩层定向卸压瓦斯钻孔施工的关键技术,对顶板定向长钻孔施工具有重要意义。     

底板梳状长钻孔替代穿层钻孔瓦斯抽采技术可行性

底板岩巷穿层钻孔抽采技术和本煤层定向长钻孔抽采技术是目前高瓦斯和突出矿井回采工作面最为主要的瓦斯治理措施。晋城矿区赵庄矿煤层具松软低透气性特点,主要采用岩巷穿层钻孔消突为主,本煤层顺层钻孔消突为辅的瓦斯治理方法。但底板岩巷穿层钻孔存在工程量大、施工周期长及成本高等缺点,本煤层钻孔存在钻孔抽采不均匀、钻孔覆盖密度不足等技术缺陷。为对比考察底板梳状长钻孔与底板岩巷穿层钻孔的抽采效果,在赵庄矿1307采面开展了2种瓦斯治理方法。结果表明：抽采条件和抽采范围相同条件下,5个底板梳状长钻孔的瓦斯抽采总量占到底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽采总量的75.4%,而底板梳状长钻孔的经济投入仅占底板岩巷穿层钻孔经济投入的29.2%。由此得出,研究区梳状长钻孔替代穿层钻孔的瓦斯抽采技术是可行的。该研究为底板梳状长钻孔替代底板岩巷的技术可行性提供了实践参考,为松软低透的高瓦斯和突出矿井的瓦斯治理提供了更为经济可行的治理方案。     

Strontium isotope quantification of siderite,brine and acid mine drainage contributions to abandoned gas well discharges in the Appalachian Plateau

Unplugged abandoned oil and gas wells in the Appalachian region can serve as conduits for the movement of waters impacted by fossil fuel extraction. Strontium isotope and geochemical analysis indicate that artesian discharges of water with high total dissolved solids (TDS) from a series of gas wells in western Pennsylvania result from the infiltration of acidic, low Fe (Fe < 10 mg/L) coal mine drainage (AMD) into shallow, siderite (iron carbonate)-cemented sandstone aquifers. The acidity from the AMD promotes dissolution of the carbonate, and metal- and sulfate-contaminated waters rise to the surface through compromised abandoned gas well casings. Strontium isotope mixing models suggest that neither upward migration of oil and gas brines from Devonian reservoirs associated with the wells nor dissolution of abundant nodular siderite present in the mine spoil through which recharge water percolates contribute significantly to the artesian gas well discharges. Natural Sr isotope composition can be a sensitive tool in the characterization of complex groundwater interactions and can be used to distinguish between inputs from deep and shallow contamination sources, as well as between groundwater and mineralogically similar but stratigraphically distinct rock units. This is of particular relevance to regions such as the Appalachian Basin, where a legacy of coal, oil and gas exploration is coupled with ongoing and future natural gas drilling into deep reservoirs.     

煤层气泡沫水泥浆固井工艺技术及现场应用

针对沁水盆地南部煤层气井储层压力低、易漏失、易坍塌的特点,开发了超低密度泡沫水泥浆体系及暂堵型前置液体系,并形成了泡沫水泥浆固井技术。泡沫水泥浆体系密度为1.10~1.20 g/cm³,具有良好的流动性能、无游离液、沉降稳定性好、API失水量小于50 mL/30 min、稠化时间合理、水泥石强度高等优点;暂堵型前置液体系具有良好的流变性能,对3号煤层具有良好的堵漏能力。根据钻井过程中出现的漏失情况、完钻后的钻井液返出情况及井壁稳定情况,从固井浆体的用量、顶替液的顶替排量等方面总结了泡沫水泥浆固井的配套工艺措施。在沁水盆地南部现场试验了4口井,取得了较好的效果。     

负角度定向长钻孔瓦斯抽采完孔工艺研究

定向长钻孔预抽煤层瓦斯是实现煤矿瓦斯区域超前治理的有效技术手段,受采掘部署影响,负角度钻孔（下向孔）在生产中应用广泛。中硬煤层成孔性好、通常无需护孔,但针对负角度长钻孔积水问题,现有常规方法均无法有效解决。以贵州龙凤煤矿9号中硬煤层下向长钻孔为研究对象,在同一区域施工2组定向长钻孔,钻孔平均倾角–8°,钻孔孔深240~363 m、垂深40.0 m,对比分析了长距离、大垂深定向长钻孔护孔和未护孔2种完孔工艺的瓦斯抽采效果差异。结果表明:在抽采前期,采取护孔工艺的负角度定向长钻孔平均瓦斯抽采量为2.09 m3/min,未采取护孔工艺的为1.87 m3/min,二者差别不大;但护孔工艺定向长钻孔瓦斯抽采量衰减系数是未护孔的61.54%,以抽采400 d为例,护孔工艺定向长钻孔瓦斯抽采总量是未护孔的1.40倍;经理论计算,采取筛管护孔工艺钻场抽采达标时间比未护孔钻场缩短了157 d。从长期抽采效果来看,在缺乏有效排水措施的前提下,采取护孔工艺能够有效提高负角度定向长钻孔的瓦斯抽采效果。      

Dynamic multifield coupling model of gas drainage and a new remedy method for borehole leakage

Acta Geotechnica - Air leakage in borehole not only seriously restricts the development and utilization of coal bed methane (CBM) but also affects gas disaster prevention and underground safety...     

瓦斯抽采履带式坑道钻机的研制与应用

目前煤矿井下瓦斯抽采用全液压动力头式钻机以分体式为主,钻机搬迁费时费力,钻孔施工效率较低,履带式钻机的研制有效地解决了这一问题。从4种新型履带式坑道钻机的研制及现场应用情况看,采用整体式履带车载结构,可在井下自行搬迁,方便快捷,工人劳动强度低;机身倾角调整方便省力,钻机固定安全可靠;钻机设计参数合理,配套高强度钻杆处理卡钻事故的能力强;采用全液压驱动,各执行机构既可实现联动,又可单独控制工作;液压系统采用多泵系统,可独立调节各机构工作参数、转速和扭矩无级调整;采用具有节能效果的负载敏感技术,泵控变量便于实现远程控制,符合钻进工况特性要求,可满足煤矿坑道不同孔深钻探施工需求。     

水封式巷道瓦斯抽放技术探讨

为降低矿井瓦斯含量,依据瓦斯难溶于水的性质,提出水封式巷道抽放瓦斯技术。某矿井瓦斯抽放实例显示,水封式抽放密闭性好,瓦斯抽放浓度高(达95%),且抽放量大(该矿累计抽采瓦斯2.8×109m3)。预抽后,矿井的绝对瓦斯涌出量由40 m3/min降为24.27 m3/min,相对瓦斯涌出量由12 m3/t降为6.9 m3/t,使高瓦斯矿井变为低瓦斯矿井。该技术真正实现了煤与瓦斯共采,有效解决了瓦斯治理难题,其安全效益、经济效益和社会效益显著。