武 璽，李國(guó)富，王 爭(zhēng)，付軍輝，鄭 飛，周顯俊

晉城岳城礦地面采動(dòng)區(qū)井井位優(yōu)選與抽采壽命研究

武 璽1,2，李國(guó)富1,3，王 爭(zhēng)1,3，付軍輝4，鄭 飛5，周顯俊1,3

(1. 煤與煤層氣共采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 晉城 048012；2. 山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048023；3. 易安藍(lán)焰煤與煤層氣共采技術(shù)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048012；4. 中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037；5. 晉能控股煤業(yè)集團(tuán)岳城煤礦，山西 晉城 048023)

為了降低晉城岳城礦工作面U型通風(fēng)造成的上隅角瓦斯聚集，提高采動(dòng)與采空區(qū)煤層氣地面井抽采井產(chǎn)量及抽采壽命，在借鑒成莊礦、寺河礦和趙莊礦等地面采動(dòng)試驗(yàn)井研究及工程示范的基礎(chǔ)上，以晉城岳城礦煤層氣地質(zhì)條件為工程設(shè)計(jì)依據(jù)，提出并優(yōu)化地面采動(dòng)區(qū)井位盡量靠近巷道位置處、大井眼地面鉆井工藝、優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明：部分采動(dòng)區(qū)井通過(guò)避開(kāi)采動(dòng)應(yīng)力卸載區(qū)及原位煤層高應(yīng)力區(qū)優(yōu)化布井，開(kāi)采中包含3個(gè)階段即卸壓區(qū)抽采、新采空區(qū)抽采、老采空區(qū)抽采，達(dá)到了延長(zhǎng)抽采井壽命的目的；但仍有部分采動(dòng)區(qū)井在回采工作面推過(guò)井口后，煤氣層抽采量迅速衰減至不產(chǎn)氣，抽采壽命只包含兩個(gè)階段即卸壓區(qū)抽采、新采空區(qū)抽采甚至僅卸壓區(qū)抽采一個(gè)階段。研究表明，優(yōu)化后的大井眼鉆井工藝及三開(kāi)割縫套管井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)保持采動(dòng)區(qū)井井身穩(wěn)定，延長(zhǎng)抽采壽命，保證采動(dòng)區(qū)井產(chǎn)氣運(yùn)移通道暢通，提高抽采率起到了一定效果；采動(dòng)區(qū)井煤氣層抽采量和該井井筒位置至回風(fēng)巷距離存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。岳城礦采動(dòng)、采空區(qū)井基本不存在速敏效應(yīng)，在井筒與裂隙帶溝通良好的前提下，應(yīng)選用大功率抽采設(shè)備抽采，可以有效擴(kuò)展壓降漏斗區(qū)域，其抽采影響半徑水平方向可延伸至500 m以上。岳城礦地面采動(dòng)區(qū)抽采取得了較好的效果，可在相似條件的煤礦區(qū)推廣應(yīng)用。

煤層氣(瓦斯)；采動(dòng)區(qū)井；井位優(yōu)選；井身結(jié)構(gòu)；抽采壽命

我國(guó)瓦斯突出礦井占比約1/3[1-2]，瓦斯事故中較大事故占比達(dá)到65%，且低瓦斯礦井也有可能隨之升級(jí)[3]，開(kāi)展煤礦瓦斯綜合治理技術(shù)研究意義重大?！跋瘸楹蟛伞笔敲旱V瓦斯治理工作的基礎(chǔ)[4]，傳統(tǒng)抽采均是在煤礦井下進(jìn)行順層或穿層鉆孔抽采，受采掘工程限制較多。借助國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)等科研項(xiàng)目，不同單位先后研發(fā)了在煤礦采動(dòng)區(qū)、采空區(qū)地面鉆井，采用地面立體抽采等瓦斯抽采技術(shù)，取得了良好的瓦斯綜合治理效果。

劉彥青等[5]將采煤工作面作為煤與煤層氣協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)決策基本單元，并界定了采煤工作面煤與煤層氣共采三區(qū)的范圍。礦井回采工作面瓦斯治理是保證煤炭安全高效開(kāi)采的首要難題，采動(dòng)區(qū)地面井是煤礦區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)重要組成部分[6-7]，依據(jù)地質(zhì)條件，優(yōu)選采動(dòng)區(qū)井位和井身結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)采煤卸壓可提高煤儲(chǔ)層滲透率，治理回采工作面瓦斯，保證了煤礦安全生產(chǎn)[8-9]?；谟绊懙孛婢煽諈^(qū)瓦斯抽采效率因素分析，李日富等[10]提出了相關(guān)建議。董鋼鋒等[11]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抽采效果分析，提出地面井抽采采空區(qū)煤層氣應(yīng)優(yōu)先布置在近回風(fēng)巷側(cè)抽采位置。付軍輝[12]提出采動(dòng)區(qū)瓦斯地面井破斷防護(hù)研究，完善了采動(dòng)區(qū)瓦斯地面井抽采技術(shù)。煤礦規(guī)劃區(qū)變?yōu)樯a(chǎn)區(qū)時(shí)施工采動(dòng)區(qū)井進(jìn)行回采面上隅角瓦斯抽采，采動(dòng)區(qū)井一般壽命較短，密閉后的采空區(qū)需要重新施工采空區(qū)井抽采殘余瓦斯。

基于上述采動(dòng)區(qū)采煤后轉(zhuǎn)化為采空區(qū)易造成原采動(dòng)井套管錯(cuò)斷，引發(fā)的煤層氣井抽采容易中斷的現(xiàn)狀，筆者總結(jié)分析了晉城岳城礦11口采動(dòng)區(qū)井井位部署、鉆完井工藝等影響因素，認(rèn)為部分采動(dòng)區(qū)井通過(guò)避開(kāi)采動(dòng)應(yīng)力卸載區(qū)及原位煤層高應(yīng)力區(qū)，應(yīng)用大井眼鉆井技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)抽采采動(dòng)區(qū)、采空區(qū)煤層氣，進(jìn)而達(dá)到一井兩用的目的。

1 岳城礦地質(zhì)與生產(chǎn)概況

岳城礦位于山西省晉城市沁水縣鄭村鎮(zhèn)境內(nèi)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.5 Mt/a，井田面積13.806 km2。地貌區(qū)劃屬剝蝕山地，以低山及丘陵為主。次級(jí)寬緩褶皺發(fā)育，從東向西依次為：常店向斜、峰上背斜、南河向斜、鄭村背斜、潘河向斜、西洼背斜、前長(zhǎng)城嶺向斜。井田面積約13.859 7 km2，主要含煤地層為上石炭統(tǒng)–下二疊統(tǒng)太原組與下二疊統(tǒng)山西組，可采煤層為3號(hào)、9號(hào)、15號(hào)，其中，3號(hào)、9號(hào)、15號(hào)煤層煤炭保有資源量分別為5 709萬(wàn)t、904萬(wàn)t、4 325萬(wàn)t。3、9、15號(hào)煤層平均厚度分別為6.13、0.88、2.76 m。岳城礦為高瓦斯礦井，對(duì)井下揭露3號(hào)煤層區(qū)域瓦斯含量測(cè)定結(jié)果為8.93~29.14 m3/t，平均瓦斯含量為17.3 m3/t，原始滲透率為(0.47~ 1.31)×10–3μm2，瓦斯壓力為0.56 MPa，屬于可以抽采–容易抽采煤層。部分區(qū)域存在煤層氣突出危險(xiǎn)，絕對(duì)瓦斯涌出量為188.32 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為75.7 m3/t，據(jù)估算3號(hào)煤層煤層氣儲(chǔ)量19.72億m3。

礦井采用斜井開(kāi)拓方式，采用綜合機(jī)械化走向長(zhǎng)壁上下分層采煤法，頂板管理為自然垮落法，掘進(jìn)方式為綜掘工藝。礦井劃分為3個(gè)盤(pán)區(qū)，東翼為一盤(pán)區(qū)，西翼為二盤(pán)區(qū)，中部為三盤(pán)區(qū)(已密閉)。

礦井通風(fēng)方式為分區(qū)式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式?，F(xiàn)共有7個(gè)井筒，其中5個(gè)進(jìn)風(fēng)井，2個(gè)回風(fēng)井。目前礦井總回風(fēng)量30 982 m3/min。如圖1所示，礦井上分層綜采工作面采用“兩進(jìn)兩回”或“三進(jìn)一回”等雙“U”型通風(fēng)系統(tǒng)；下分層采用“一進(jìn)一回”“U”型通風(fēng)系統(tǒng)。井下采掘工作面、盤(pán)區(qū)變電所、火藥庫(kù)等硐室均為獨(dú)立通風(fēng)。

圖1 岳城礦采煤工作面通風(fēng)示意圖

2 地面采動(dòng)區(qū)井抽采優(yōu)化

地面采動(dòng)區(qū)井與預(yù)抽井排水降壓的產(chǎn)氣機(jī)理不同，其采煤工作面氣體來(lái)源以游離氣為主。采煤前首先在已規(guī)劃采煤工作面提前施工地面垂直井，岳城煤礦在3號(hào)煤上分層開(kāi)采過(guò)程中，下分層由于卸壓導(dǎo)致大量吸附態(tài)瓦斯解吸，且鄰近煤巖儲(chǔ)層因卸壓擾動(dòng)同樣導(dǎo)致大量吸附態(tài)瓦斯解吸，在地面水環(huán)式真空泵等設(shè)備負(fù)壓作用下，游離態(tài)瓦斯運(yùn)移至地面[13]。

經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有部分采動(dòng)區(qū)井井位避開(kāi)卸壓高應(yīng)力區(qū)，實(shí)現(xiàn)包含3個(gè)階段的連續(xù)抽采，即卸壓區(qū)抽采、新采空區(qū)抽采、老采空區(qū)抽采，達(dá)到了延長(zhǎng)抽采期、提高抽采率的目的；但仍有部分采動(dòng)區(qū)井在回采工作面推過(guò)井口后，瓦斯抽采量迅速衰減至不產(chǎn)氣，生產(chǎn)期只包含2個(gè)階段，即卸壓區(qū)抽采、新采空區(qū)抽采，甚至僅卸壓區(qū)抽采一個(gè)階段，仍然需要進(jìn)一步研究?jī)?yōu)化。

3 地面鉆井抽采設(shè)計(jì)思路

國(guó)內(nèi)學(xué)者分別對(duì)地面井井身結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)律、防護(hù)方法、抽采效果等進(jìn)行了系統(tǒng)分析，建立了采動(dòng)區(qū)地面井在單一采動(dòng)影響下的井身結(jié)構(gòu)破壞模型和地面井抽采條件下的井底流場(chǎng)模型，形成了較適用的采動(dòng)區(qū)地面井井型優(yōu)化、井位布置、抽采安全控制等技術(shù)[14-17]。袁亮[18]、秦偉等[19]根據(jù)卸壓瓦斯抽采“O”型圈理論，參考兩淮、陽(yáng)泉等礦區(qū)抽采實(shí)踐，認(rèn)為采動(dòng)區(qū)井布置在距回風(fēng)巷30~70 m范圍較為適宜。蘇海等[20]通過(guò)數(shù)值模擬不同直徑套管變形受力情況，推算出套管直徑為339 mm時(shí)，受巖層運(yùn)動(dòng)影響產(chǎn)生的位移、應(yīng)力最小。

地面采動(dòng)區(qū)井抽采的主控因素是地面井井身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和卸壓瓦斯抽采通道。針對(duì)地面采動(dòng)區(qū)井井身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需適當(dāng)增加地面井井徑和套管壁厚，同時(shí)需對(duì)地面井部分井段采取“讓”壓(局部固井)措施。為了保障卸壓瓦斯抽采通道，需合理布置地面井篩管長(zhǎng)度，合理設(shè)計(jì)地面井篩管篩孔尺寸，同時(shí)篩管需懸掛于二開(kāi)套管，使三開(kāi)篩管能小幅度擺動(dòng)缷壓，減小篩管變形破壞程度。另外，地面采動(dòng)區(qū)井井位需避開(kāi)原位煤層高應(yīng)力區(qū)，兼顧裂隙通道大小和變形程度的關(guān)系。

工作面采煤工藝及頂板處理措施對(duì)地面采動(dòng)區(qū)井的設(shè)計(jì)影響較大。大采高一次采全高采煤方法覆巖移動(dòng)程度較大，地面采動(dòng)區(qū)井易發(fā)生變形破壞或失效；自然垮落頂板處理比采空區(qū)充填頂板處理對(duì)地面采動(dòng)區(qū)井影響更大，但其裂隙更為發(fā)育。因此，針對(duì)不同采煤工藝和頂板處理措施，應(yīng)設(shè)計(jì)不同的采動(dòng)區(qū)井井型結(jié)構(gòu)。

岳城礦采用分層開(kāi)采方法(先采上分層3 m，再采下分層3 m)，一定程度上降低了大采高造成覆巖劇烈變形對(duì)采動(dòng)區(qū)井井身結(jié)構(gòu)的剪切破壞，相較于成莊、寺河等一次采全高(采高6 m)煤礦，其采動(dòng)區(qū)井鉆井成功率更大。同時(shí)由于下分層煤及鄰近煤巖儲(chǔ)層卸壓，大幅度增加了瓦斯的解吸運(yùn)移。岳城礦采動(dòng)區(qū)井設(shè)計(jì)時(shí)，井位宜盡量靠近巷道位置，并應(yīng)用大井眼井身結(jié)構(gòu)，以期獲得較好的抽采效果。

4 工程示范與效果

4.1 井位布置情況

受地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、井場(chǎng)及道路協(xié)調(diào)等因素影響，岳城礦采動(dòng)區(qū)井井位距離巷道的距離不盡相同，布井基本原則為盡量靠近回風(fēng)巷道中點(diǎn)位置處，且平均每一個(gè)回采工作面布置1口采動(dòng)區(qū)井，對(duì)于部分走向較長(zhǎng)的回采工作面，如1304、1308等工作面，則在靠近回采工作面開(kāi)切眼和停采線位置處分別布置1口采動(dòng)區(qū)井，盡可能實(shí)現(xiàn)抽采采動(dòng)影響區(qū)煤層氣開(kāi)采全波及的目的。岳城礦11口采動(dòng)區(qū)井具體井位示意如圖2所示。

岳城礦11口采動(dòng)區(qū)井情況見(jiàn)表1。由表中可知，采動(dòng)區(qū)井井口與巷道直線距離為27.9~79.8 m、距切眼距離為158.9~874.3 m。其中，產(chǎn)氣井井口與最近巷道距離為27.9~79.8 m；不產(chǎn)氣井井口與最近巷道距離為29.7~52.9 m，可初步判斷，井口距巷道遠(yuǎn)近并不是決定采動(dòng)區(qū)各井產(chǎn)量的主要因素。井口距切眼距離與產(chǎn)氣關(guān)系也是如此。

由表1可知，采動(dòng)區(qū)共有7口井產(chǎn)氣，產(chǎn)氣井占比達(dá)64%，根據(jù)產(chǎn)能隨抽采時(shí)間的變化，其中YCCD-10井生產(chǎn)期只包含1個(gè)階段即卸壓區(qū)抽采，YCCD-04、YCCD-11、YCCD-09井生產(chǎn)期包含2個(gè)階段，即卸壓區(qū)抽采、新采空區(qū)抽采，YCCD-02、YCCD-06、YCCD-07井生產(chǎn)期包含3個(gè)階段即卸壓區(qū)抽采、新采空區(qū)抽采、老采空區(qū)抽采。應(yīng)用上述設(shè)計(jì)方案，相較于趙莊礦，岳城礦采動(dòng)區(qū)井的抽采年限及產(chǎn)能均有較大提高。如圖3所示，采動(dòng)區(qū)井產(chǎn)氣量及采動(dòng)區(qū)井井口離巷道距離均采用對(duì)數(shù)回歸分析類(lèi)型，相關(guān)系數(shù)均較高。采動(dòng)區(qū)井井口距巷道距離與產(chǎn)氣量有明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖2 岳城礦11口采動(dòng)區(qū)井井位與回采工作面相對(duì)位置

4.2 井身結(jié)構(gòu)

趙莊礦共有6口采動(dòng)試驗(yàn)井，井身結(jié)構(gòu)主要有3種，類(lèi)型一：一開(kāi)使用?311.15 mm鉆頭，?244.5 mm套管完井，二開(kāi)使用?215.9 mm鉆頭，裸眼完井。類(lèi)型二：一開(kāi)使用?311.15 mm鉆頭，?244.5 mm套管完井，二開(kāi)使用?215.9 mm鉆頭，?139.70 mm生產(chǎn)套管完井。類(lèi)型三：一開(kāi)使用?425 mm鉆頭，?406 mm套管完井，二開(kāi)使用?311.15 mm鉆頭，?244.5 mm生產(chǎn)套管完井，三開(kāi)使用?215.9 mm鉆頭，裸眼完井。趙莊礦三種類(lèi)型井身結(jié)構(gòu)均采用小井眼鉆井方式，試驗(yàn)井中產(chǎn)氣井僅有1口，累計(jì)抽采量約40萬(wàn)m3，抽采效果不佳。

表1 岳城礦工作面采動(dòng)區(qū)井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

圖3 產(chǎn)氣采動(dòng)區(qū)井井口距巷道距離與產(chǎn)能關(guān)系

在趙莊礦采動(dòng)試驗(yàn)井基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)了大井眼鉆井方式，應(yīng)用于岳城礦采動(dòng)區(qū)井鉆井，如圖4所示：一開(kāi)使用?480 mm鉆頭鉆至基巖下10 m位置處，J55鋼級(jí)的?406 mm表層套管固井，水泥返高至地面，二開(kāi)使用?311.15 mm鉆頭鉆至3號(hào)煤層頂板上50~150 m位置處，N80鋼級(jí)的?244.48 mm技術(shù)套管固井，水泥固井返高至地面，三開(kāi)使用?215.9 mm鉆頭鉆至3號(hào)煤頂板上5 m位置處，裸眼或使用J55鋼級(jí)的?168.28 mm割縫套管護(hù)壁完井。

圖4 岳城礦采動(dòng)區(qū)井井身結(jié)構(gòu)

從表1可知，根據(jù)岳城礦三開(kāi)下割縫套管生產(chǎn)狀況分析，4口不產(chǎn)氣采動(dòng)區(qū)井中有2口未下割縫套管，7口產(chǎn)氣井中有6口三開(kāi)下有割縫套管，可初步判斷三開(kāi)割縫套管在穩(wěn)固井身、保證采動(dòng)區(qū)井暢通起到一定作用。對(duì)比小井眼井身結(jié)構(gòu)的采動(dòng)區(qū)井，平均采收率可提高數(shù)十倍。

4.3 影響半徑

岳城礦大部分采動(dòng)區(qū)井在回采工作面推過(guò)井口后，產(chǎn)氣量迅速衰減至不產(chǎn)氣，根本原因是煤層頂板來(lái)壓時(shí)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力完全破壞了采動(dòng)區(qū)井井筒，生產(chǎn)期只包含2個(gè)階段，即卸壓區(qū)抽采、新采空區(qū)抽采，甚至只有卸壓區(qū)抽采1個(gè)階段，但仍有少部分采動(dòng)區(qū)井通過(guò)合理選區(qū)布井規(guī)避應(yīng)力卸載區(qū)，生產(chǎn)期包含3個(gè)階段，即卸壓區(qū)抽采、新采空區(qū)抽采、老采空區(qū)抽采，如YCCD-02、YCCD-06井。

YCCD-02井周邊有1口新完鉆采空區(qū)井YCCK-016(圖2)，該井周邊無(wú)其他抽采井。目前處于老采空區(qū)抽采階段的YCCD-02井運(yùn)行時(shí)，YCCK-016井為負(fù)壓且試抽采不產(chǎn)氣，當(dāng)YCCD-02井停機(jī)檢修時(shí)，YCCK-016井恢復(fù)正壓，試抽采數(shù)據(jù)為瞬時(shí)40 m3/h、甲烷體積分?jǐn)?shù)30%~40%，且YCCD-02井開(kāi)機(jī)后YCCK-016井負(fù)壓高，直接停機(jī)。經(jīng)測(cè)量YCCD-02井距YCCK-016井直線距離為547 m，說(shuō)明YCCD-02井抽采影響半徑水平方向可達(dá)547 m左右，受益于YCCD-02井地面抽采，岳城礦已將1301—1305工作面井下采空區(qū)埋管瓦斯抽采系統(tǒng)關(guān)閉。

YCCD-07與YCCD-06井同處于1308工作面老采空區(qū)(圖2)，均使用55 kW水環(huán)式真空泵進(jìn)行抽采，YCCD-06井開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，YCCD-07井負(fù)壓高很快停機(jī)，而YCCD-07井單獨(dú)開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，瞬時(shí)流量達(dá)到Y(jié)CCD-06井的25%左右，甲烷濃度相同，而YCCD-06井井口壓力基本無(wú)變化。經(jīng)測(cè)量YCCD-06井距YCCD-07井直線距離為566 m，說(shuō)明YCCD-06井抽采影響半徑水平方向可達(dá)566 m左右。

YCCD-02井與YCCD-06井抽采影響半徑水平方向均超過(guò)500 m，運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。YCCD-02井抽采混量是YCCD-06井的4倍左右，造成抽采混量差距明顯的原因?yàn)閅CCD-02井使用功率為165 kW的CBF410-2BZ3型號(hào)水環(huán)泵，而YCCD-06井使用功率為55 kW的2BE1-253型號(hào)水環(huán)泵。說(shuō)明在采動(dòng)區(qū)、采空區(qū)井型基本不存在速敏效應(yīng)，在裂隙溝通良好的前提下，選用大功率抽采設(shè)備抽采，可以有效擴(kuò)展壓降漏斗區(qū)域，提高采收率。

表2 YCCD-02、YCCD-06井抽采運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.4 抽采效果

2014年5月25日，YCCD-02井在下分層回采時(shí)開(kāi)始抽采，在工作面推至井位處時(shí)，抽采瓦斯純量最大3.79萬(wàn)m3/d，運(yùn)行時(shí)間5年2個(gè)月；平均抽采量1.56萬(wàn)m3/d，平均抽采瓦斯體積分?jǐn)?shù)為36.45%；累計(jì)抽采量3 157.75萬(wàn)m3。僅此1口井就供應(yīng)了1個(gè)1 500 kW瓦斯發(fā)電廠運(yùn)行。該井抽采數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 岳城礦YCCD-02井抽采曲線[8]

YCCD-02井開(kāi)始抽采后，工作面瓦斯變化情況見(jiàn)表3。由表中可知，抽采后，工作面回風(fēng)巷瓦斯體積分?jǐn)?shù)下降幅度達(dá)到58.75%，上隅角瓦斯體積分?jǐn)?shù)下降了56%，回風(fēng)巷平均瓦斯體積分?jǐn)?shù)僅為0.33%。工作面回風(fēng)巷和上隅角瓦斯?jié)舛蕊@著下降，成功消除了采空區(qū)瓦斯對(duì)工作面安全生產(chǎn)的制約。

表3 地面采動(dòng)區(qū)井抽采后工作面瓦斯變化

5 結(jié)論

a.岳城礦部分采動(dòng)區(qū)井通過(guò)布井井位合理選區(qū)避開(kāi)相對(duì)較高應(yīng)力區(qū)，生產(chǎn)期包含3個(gè)階段即卸壓區(qū)抽采、新采動(dòng)區(qū)抽采、老采空區(qū)抽采，達(dá)到了延長(zhǎng)抽采壽命的目的。

b. 優(yōu)化后的大井眼鉆井工藝及三開(kāi)割縫套管井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)保持采動(dòng)區(qū)井井身穩(wěn)定、保證采動(dòng)區(qū)井產(chǎn)氣運(yùn)移通道暢通起到一定的積極作用。

c. 岳城礦采動(dòng)區(qū)井煤層氣抽采量和該井井筒位置至回風(fēng)巷距離存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，一般情況下距離回風(fēng)巷27~80 m內(nèi)布置采動(dòng)區(qū)井產(chǎn)氣效果較好。

d. 岳城礦采動(dòng)區(qū)、采空區(qū)井基本不存在速敏效應(yīng)，在井筒與裂隙帶溝通良好的前提下，應(yīng)選用大功率抽采設(shè)備抽采，可以有效擴(kuò)展壓降漏斗區(qū)域，其抽采影響半徑水平方向可延伸500 m以上。

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Study on the optimization of well location and extraction life in mining disturbed zone of Yuecheng mine in Jincheng

WU Xi1,2, LI Guofu1,3, WANG Zheng1,3, FU Junhui4, ZHENG Fei5, ZHOU Xianjun1,3

(1. State Key Laboratory of Coal and CBM Co-mining, Jincheng 048012, China; 2. Shanxi Lanyan Coalbed Methane Group Co. Ltd., Jincheng 048023, China; 3. Yi’an Lanyan Coal and Coalbed Methane Co-mining Technology Co. Ltd., Jincheng 048012, China; 4.Chongqing Research Institute Co. Ltd, China Coal Technology and Engineering Group Corp., Chongqing 400037, China; 5. Yuecheng Coal Mine of Jinneng Holding Coal Group, Jincheng 048023, China)

The aim of the study is to reduce the coalbed gas accumulation in the upper corner caused by U-type ventilation in the working face of Yuecheng Coal Mine, Jincheng City, and improve the production and extraction life of coalbed methane surface wells in the mining disturbed area and goaf. Based on the research of surface mining test wells in Chengzhuang Mine and Sihe Mine, and taking the geological conditions of coalbed methane in Yuecheng Coal Mine as the engineering design basis, this paper puts forward that the well location in the surface mining disturbed area should be close to the roadway location as far as possible, and the design scheme of large hole surface drilling method and optimization of wellbore structure was proposed. The field test shows that some wells in the mining area disturbed are optimized by avoiding the unloading area of mining stress and the relatively high stress area of in-situ coal seam, and the mining includes three stages, pressure relief area drainage, stable drainage in the mining area, drainage in the old goaf, so as to prolong the service life of the drainage wells. However, there are still some wells in the mining area whose gas drainage volume decreases rapidly after the working face is pushed over the wellhead until no gas is produced, the production cycle only includes two stages, pressure relief area extraction and stable extraction in mining area, or even only one stage of pressure relief area extraction. The research shows that the optimized large hole drilling technology and three split casing well structure design have a certain effect on maintaining the well stability in the mining area, prolonging the mining period, ensuring the smooth migration channel of gas production in the mining area, and improving the extraction rate. There is a significant negative correlation between the gas extraction amount and the distance from the wellbore position to the return air roadway in the mining area. Under the premise of good communication between wellbore and fracture zone, high-power pumping equipment should be selected for pumping, which can effectively expand the pressure drop funnel area, and its pumping influence radius can extend over 500 m horizontally. Yuecheng Mine surface mining pumping tests achieved good results, which can provide reference for mining areas with similar types of conditions.

coalbed methane(gas); wells in mining-disturbed area; well location layout; well structure; extraction life

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語(yǔ)音講解

TE22

A

1001-1986(2021)01-0130-07

2020-12-09；

2021-01-26

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(2016ZX05067)；山西省煤層氣聯(lián)合研究基金項(xiàng)目(2016012012)；山西省重點(diǎn)自然基金項(xiàng)目(201901D111005ZD)

武璽，1983年生，男，山西晉城人，碩士，工程師，從事煤層氣井地面開(kāi)發(fā)等工作. E-mail：102106147@qq.com

李國(guó)富，1965年生，男，山西晉城人，博士(后)，正高級(jí)工程師，從事煤與煤層氣共采理論與技術(shù)研究及工程示范. E-mail：13834068216@163.com

武璽，李國(guó)富，王爭(zhēng)，等. 晉城岳城礦地面采動(dòng)區(qū)井井位優(yōu)選與抽采壽命研究[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2021，49(1)：130–136. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.01.013

WU Xi，LI Guofu，WANG Zheng，et al.Study on the optimization of well location and extraction life in mining disturbed zone of Yuecheng mine in Jincheng[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(1)：130–136. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.01.013

(責(zé)任編輯 范章群)