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地面钻井抽采对采空区瓦斯运移的控制特征研究

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地面钻井抽采对采空区瓦斯运移的控制特征研究

作者：李健中国矿业大学

学位级别：硕士

地面钻井抽采采空区卸压瓦斯具有流量大、浓度高等特点,目前已在我国广泛应用,可在预防瓦斯灾害的同时,实现煤、气的安全开采。研究地面钻井对采空区卸压瓦斯控制机制对提升地面钻井瓦斯抽采效果具有重要意义。然而,目前针对地面钻井的... 详细信息

地面钻井抽采采空区卸压瓦斯具有流量大、浓度高等特点,目前已在我国广泛应用,可在预防瓦斯灾害的同时,实现煤、气的安全开采。研究地面钻井对采空区卸压瓦斯控制机制对提升地面钻井瓦斯抽采效果具有重要意义。然而,目前针对地面钻井的研究主要集中于钻井围岩特性、产气规律和井身稳定性等方面。本文采用理论分析、物理相似模拟实验和数值模拟相结合的方法,研究了地面钻井抽采对采空区三维空间瓦斯运移和分布的影响特性,分析了地面钻井抽采影响区的区域特征及影响因素,主要研究成果如下:分析了采动影响下采空区覆岩破坏规律及采空区多孔介质渗透特性,基于气体流动控制方程、瓦斯传输和扩散方程,建立了采空区地面钻井抽采环境瓦斯流动模型。构建了采空区地面钻井抽采实验系统,研究了钻井抽采条件下采空区流场和瓦斯场分布特征:（1）采空区内瓦斯运移由工作面漏风风压和钻井抽采负压共同控制。采空区靠近工作面区域的瓦斯运移主要受工作面漏风风压影响,而距工作面较远的采空区深部位置的瓦斯运移主要受钻井抽采负压影响。（2）水平方向上,采空区瓦斯低浓度区域出现向钻井位置运动趋势;竖直方向上,采空区空间位置与煤层底板距离越大,钻井影响特征更易凸显,瓦斯在钻井点处出现点汇现象。研究了钻井抽采位置和抽采强度对采空区瓦斯运移规律的影响,揭示了地面钻井对采空区瓦斯运移特性的控制机制:（1）地面钻井位置显著影响采空区瓦斯抽采效果,当钻井位于采空区回风侧“O”形圈裂隙区内,钻井瓦斯抽采效果最佳,并且对于深部和进风侧流向回风隅角的瓦斯具有“截流效应”。（2）随着抽采强度增大,采空区瓦斯浓度降幅和钻井抽采影响范围呈增大趋势。（3）钻井对瓦斯运移的控制效果经“O”形圈裂隙区,由采空区回风侧（或工作面）向采空区进风侧（或深部）衰减。分析了钻井位置和抽采负压对采空区瓦斯压力梯度的影响,提出了钻井抽采影响区概念,建立了钻井抽采影响区界定标准。研究表明:（1）钻井抽采位置直接影响抽采影响区的形状特征,而抽采负压主要影响抽采影响区的区域面积。（2）钻井距工作面100m且距回风侧30-60m时,即钻井位于采空区回风侧中部区域,抽采影响区面积较大,近似呈“D”形或倒梯形。本论文共有图60幅,表11个,参考文献122篇。

关键词：地面钻井瓦斯运移瓦斯抽采采空区抽采影响

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地面钻井套管耦合变形作用机理

煤炭学报 2011年第5期36卷 823-829页

作者：孙海涛郑颖人胡千庭林府进中国人民解放军后勤工程学院博士后科研流动站重庆400016 煤炭科学研究总院重庆研究院重庆400037

通过力学分析构建了地面钻井套管的剪切和拉伸破坏模型,并对各参数的影响规律进行了分析,指出:套管拉、剪应力随套管壁厚的增加而逐渐减小,这一参数是改变套管应力条件的最容易控制参数;同时,构建了对钻井套管抗拉、剪安全性进行判断的... 详细信息

通过力学分析构建了地面钻井套管的剪切和拉伸破坏模型,并对各参数的影响规律进行了分析,指出:套管拉、剪应力随套管壁厚的增加而逐渐减小,这一参数是改变套管应力条件的最容易控制参数;同时,构建了对钻井套管抗拉、剪安全性进行判断的拉、剪安全系数判识方法,以对钻井套管安全性进行评估。通过三维数值模型和晋城煤业集团成庄煤矿的地面钻井现场工程试验数据对建立的理论模型和规律进行了验证,证明了模型和规律的正确性。

关键词：地面钻井套管耦合变形拉剪应力安全系数

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地面钻井抽采瓦斯技术研究

山西冶金 2023年第4期46卷 197-198,256页

作者：郝海涛阳泉新宇岩土工程有限责任公司山西阳泉045000

在分析煤矿瓦斯抽采理论、抽采技术等基础上,对地面钻井抽采瓦斯技术进行优化,并提出合理布置钻孔、“一井三用”等改进措施。通过在某煤矿工作面上的瓦斯抽放实践,上隅角瓦斯超限问题得到良好解决,证明该技术抽采采空区瓦斯的效果显著。

关键词：地面钻井一井三用抽采瓦斯

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地面钻井剪切变形破坏模型及其空间规律分析

采矿与安全工程学报 2011年第1期28卷 72-76页

作者：孙海涛林府进张军重庆大学土木工程学院重庆400044 煤炭科学研究总院重庆研究院重庆400037

抽采煤层瓦斯是解决煤矿井下瓦斯超限难题的根本措施。但受煤层回采的影响,当回采工作面推过地面瓦斯抽采钻井位置后钻井套管迅速发生破坏,无法充分发挥其抽采采空区瓦斯的效应。因此,基于采场上覆岩层层面剪切滑移效应建立了地面钻井... 详细信息

抽采煤层瓦斯是解决煤矿井下瓦斯超限难题的根本措施。但受煤层回采的影响,当回采工作面推过地面瓦斯抽采钻井位置后钻井套管迅速发生破坏,无法充分发挥其抽采采空区瓦斯的效应。因此,基于采场上覆岩层层面剪切滑移效应建立了地面钻井剪切变形破坏模型,并对套管随回采工作面推进在采场倾向方向上的位移变化规律进行了研究,指出:钻井剪切滑移与岩层厚度关系密切,为了减少剪切滑移破坏,地面抽采钻井的合理布孔位置宜为采场中部。同时,运用3DEC对模型进行了模拟分析,并与现场工程实例进行了对比验证。结果证明,模型描述的规律是可靠的,地面钻井布井宜选择靠近采场中部的位置。

关键词：瓦斯抽采地面钻井剪切滑移空间规律

大直径地面钻井采空区采动区瓦斯抽采理论与技术

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煤炭学报 2013年第1期38卷 1-8页

作者：袁亮郭华李平梁运培廖斌琛淮南矿业(集团)有限责任公司安徽淮南232001 The Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation PO Box 883Queensland(Australia4069)

地面钻井抽采采空采动区瓦斯技术在世界范围内的应用越来越广泛,然而仍存在着瓦斯流量和浓度偏低以及钻井稳定性差的问题。基于淮南矿业集团和澳大利亚的应用实践,开展了大直径地面钻井提高瓦斯抽采效果的理论与技术研究。通过对围岩采... 详细信息

地面钻井抽采采空采动区瓦斯技术在世界范围内的应用越来越广泛,然而仍存在着瓦斯流量和浓度偏低以及钻井稳定性差的问题。基于淮南矿业集团和澳大利亚的应用实践,开展了大直径地面钻井提高瓦斯抽采效果的理论与技术研究。通过对围岩采动影响和瓦斯抽采效果的数值模拟,参考瓦斯高效抽采范围的高位环形体理念,进行了抽采管径分别为244.5 mm和177.8 mm的大直径地面钻井设计和抽采瓦斯试验。试验结果表明:大直径地面钻井在抽采效果、控制工作面瓦斯涌出以及钻井稳定性上均明显优于普通钻井,瓦斯抽采总量可达316.7万m3,瓦斯纯量达170万m3,服务时间达106 d,能够有效地控制工作面回风瓦斯浓度;地面钻井布置于回风巷一侧在抽采效果上优于进风巷一侧,前者瓦斯抽采量和浓度分别高于后者33.7%和75.3%。

关键词：大直径钻井采空区采动区瓦斯地面钻井钻孔稳定性

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老采空区瓦斯抽采地面钻井的井网布置方法

采矿与安全工程学报 2013年第2期30卷 289-295页

作者：秦伟许家林彭小亚胡国忠中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室矿业工程学院江苏徐州221116

为实现老采空区瓦斯抽采地面井网的优化布置,以导气裂隙带几何边界是否交汇作为相邻老采空区是否连通的依据,给出了相邻老采空区纵向连通及横向连通的判别方法和步骤,提出了基于老采空区连通性的老采空区区域划分方法;根据老采空区瓦斯... 详细信息

为实现老采空区瓦斯抽采地面井网的优化布置,以导气裂隙带几何边界是否交汇作为相邻老采空区是否连通的依据,给出了相邻老采空区纵向连通及横向连通的判别方法和步骤,提出了基于老采空区连通性的老采空区区域划分方法;根据老采空区瓦斯的来源,采用分源法建立了老采空区瓦斯储量的计算模型;将老采空区瓦斯抽采地面钻井的管网选线优化设计转化为求解无向加权连通图最小生成树的图论问题,并举例介绍了Kruskal算法求解无向加权连通图最小生成树的详细步骤。在上述研究基础上给出了老采空区地面钻井井网优化布置的方法和步骤。

关键词：老采空区瓦斯抽采地面钻井

地面钻井抽采被保护层采动区卸压瓦斯技术研究

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煤炭科学技术 2019年第11期47卷 110-115页

作者：甘林堂淮南矿业(集团)有限责任公司

为了保证淮南矿区地面钻井能对被保护煤层卸压瓦斯进行有效抽采,实现被保护层的高瓦斯强突出煤层转变为低瓦斯煤层,基于下保护层工作面开采时,上覆关键层覆岩移动变形裂隙分布状况和不同岩(煤)层段的覆岩移动剪切破断机理,提出了淮南矿... 详细信息

为了保证淮南矿区地面钻井能对被保护煤层卸压瓦斯进行有效抽采,实现被保护层的高瓦斯强突出煤层转变为低瓦斯煤层,基于下保护层工作面开采时,上覆关键层覆岩移动变形裂隙分布状况和不同岩(煤)层段的覆岩移动剪切破断机理,提出了淮南矿区抽采上覆被保护层卸压瓦斯的地面钻井设计参数和结构工艺,通过将地面钻井布置在工作面采动裂隙发育的“O”型圈内或中部离层裂隙发育区,钻井结构设计为采用软岩层、远岩层强抗固井,近岩层、硬岩层扩孔避让护井,减少钻井剪切破断。结果表明:平均单井抽采瓦斯量272万m^3,钻井直径提高38%,抽采量提高69%,被保护层13-1煤瓦斯含量由9.02 m^3/t降至3.61 m^3/t,瓦斯压力由3.8 MPa降至0.2 MPa,取得了良好的安全经济效益。

关键词：地面钻井瓦斯抽采强抗固井避让护井剪切破断

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煤矿区卸压瓦斯的地面钻井抽采模式与应用

能源与节能 2023年第2期 201-203页

作者：高建军阳泉新宇岩土工程有限责任公司山西阳泉045000

地面钻井是一种高效的卸压瓦斯抽采技术。针对钻井抽采与煤层赋存条件的适用性问题,归纳出地面钻井抽采被保护层卸压瓦斯消突、地面钻井控制单一煤层卸压瓦斯流场的两种模式。工程应用效果表明,钻井抽采卸压瓦斯效果显著,可彻底消除突... 详细信息

地面钻井是一种高效的卸压瓦斯抽采技术。针对钻井抽采与煤层赋存条件的适用性问题,归纳出地面钻井抽采被保护层卸压瓦斯消突、地面钻井控制单一煤层卸压瓦斯流场的两种模式。工程应用效果表明,钻井抽采卸压瓦斯效果显著,可彻底消除突出煤层的突出危险性和有效控制采空区瓦斯涌出。

关键词：卸压瓦斯瓦斯抽采地面钻井

地面钻井压裂煤层结合井下钻孔瓦斯抽放技术研究

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煤炭技术 2014年第12期33卷 216-218页

作者：王少卿赵阳升唐海波太原理工大学采矿工艺研究所太原030024

瓦斯灾害严重影响煤矿安全生产。针对山西潞安集团余吾煤业有限公司地质条件和煤层瓦斯赋存状况,以该煤业公司N2105工作面区域作为实验场地,采用地面钻井水力压裂煤层结合井下水平钻孔抽采瓦斯的技术方法抽采瓦斯。抽采1 a采出控制区域... 详细信息

瓦斯灾害严重影响煤矿安全生产。针对山西潞安集团余吾煤业有限公司地质条件和煤层瓦斯赋存状况,以该煤业公司N2105工作面区域作为实验场地,采用地面钻井水力压裂煤层结合井下水平钻孔抽采瓦斯的技术方法抽采瓦斯。抽采1 a采出控制区域内50%-55%的瓦斯含量,而压裂井影响瓦斯抽采速率的半径范围为90-100 m。通过与未压裂区的数据对比分析,得出压裂区抽放率净提高90%,同时得到合理的压裂区钻孔间距较未压裂区钻孔间距应增加1.5-2倍。结果表明:该方法起到了良好的工作面瓦斯抽采效果。

关键词：水力压裂地面钻井瓦斯抽放速率抽采半径