雞西礦區(qū)采動區(qū)地面井“一井多用”瓦斯抽采治理技術應用

文/劉賢君

瓦斯具有易燃易爆的危險特性，是煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的頭號天敵。隨著礦井開采深度日益增加，瓦斯災害更加嚴重。黑龍江龍煤集團雞西礦業(yè)公司切實貫徹新發(fā)展理念，以“雙碳”目標愿景為引領，以科學治理災害、保障礦井安全高效發(fā)展為宗旨，在雞西礦區(qū)杏花礦等礦井采用“一井多用”瓦斯抽采治理技術，既開發(fā)了清潔能源，又創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟價值，綜合效果顯著。

一、采動區(qū)井“一井多用”“多期抽采”技術模式

雞西礦業(yè)公司從采動區(qū)裂隙圈垂向及平面發(fā)育、地面井抽采影響半徑、采動巖層位移及井孔穩(wěn)定、地面井場等角度，優(yōu)選設計地面瓦斯抽采井井位。設計了可保持地面井井身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三開井身結(jié)構(gòu)、雙層套管多層固井、懸掛篩管完井工藝，選型并驗證了采動區(qū)地面井抽采設備與監(jiān)測設備。

建設于雞西礦區(qū)杏花礦28煤左二面、30煤左二面的地面瓦斯抽采井黑雞地4井，在28煤回采期間作為采動區(qū)瓦斯抽采井，在28煤回采結(jié)束后轉(zhuǎn)換為采空區(qū)瓦斯抽采井；在下伏30煤回采后，又轉(zhuǎn)換為30煤采動區(qū)井+28煤采空區(qū)井。其經(jīng)歷了28煤采動抽采期、28煤采空抽采期、下伏30煤采動抽采+上覆28煤采空抽采期。單口井實現(xiàn)了煤層群條件下“一井多用”“多期抽采”。28煤采動抽采期：28煤采動過程中抽采28煤采動期本煤層及上下裂隙帶瓦斯；28煤采空抽采期：28煤回采結(jié)束后，抽采28煤采空區(qū)及上下裂隙帶瓦斯；下伏30煤采動抽采+上覆28煤采空抽采期：30煤回采過程中，抽采30煤采動期本煤層及上下裂隙帶瓦斯，并抽采28煤采空區(qū)及上下裂隙帶瓦斯。

二、地面井抽采效果

自2019年11月24日至2021年4月24日，黑雞地4井抽采總混合氣量801.49×104m3，折純CH4總量605.47×104m3，平均CH4濃度75.54%。

28煤采動抽采期抽采效果：抽采時間為2019年11月24日～2020年4月14日，黑雞地4井抽采總混合氣量397.41×104m3，折純CH4總量320.80×104m3，平均CH4濃度80.72%。

28煤采空抽采期抽采效果：抽采時間為2020年8月7日～2020年11月28日，黑雞地4井抽采混合氣總量179.63×104m3，折純CH4總量127.53×104m3，平均CH4濃度71.00%。

下伏30煤采動抽采期+上覆28煤采空抽采期抽采效果：抽采時間為2020年11月29日～2021年4月24日，黑雞地4井抽采混合氣總量224.45×104m3，折CH4純量157.14×104m3，平均CH4濃度70.01%。

三、地面井抽采對井下瓦斯治理效果

1．東一采區(qū)左二面28煤層采動期

（1）井下通風甲烷控制效果。東一采區(qū)左二面28煤采動抽采期，抽采過程中工作面回風、轉(zhuǎn)角CH4濃度平均不超過0.5%，風流甲烷含量低，利于煤炭井下安全生產(chǎn)。黑雞地4井抽采前井下回風、工作面、轉(zhuǎn)角等瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)增加趨勢明顯，4井抽采后井下回風、工作面、轉(zhuǎn)角等瓦斯?jié)舛染胁煌潭鹊南陆怠?/p>

（2）井下瓦斯治理效果。黑雞地4井抽采期間仰角、底抽巷CH4平均濃度遠低于抽采前，黑雞地4井抽采期間有效降低了井下鉆孔、巷道的甲烷抽采濃度（仰角鉆孔，底抽巷抽采甲烷濃度降幅近50%），在一定條件下，具有替代仰角鉆孔、底抽巷的作用，顯示了較好的瓦斯治理效果。

（3）抽采量對比。黑雞地4井煤層氣抽采試驗從2019年12月4日開始，連續(xù)抽采到2020年3月30日28煤采面結(jié)束，一共抽采了117天，其中，由于2019年底的安全檢查及新冠肺炎疫情影響，井下停產(chǎn)46天，井上下聯(lián)合抽采共71天，井下采面通風、仰角和高抽、底抽和降溫巷等聯(lián)合抽采方式累計抽采瓦斯純量143.46×104m3，黑雞地4井累計抽采瓦斯純量152.65×104m3，地面井的抽采量為井下風排及抽采總量的106.41%。

地面井未抽采時，井下瓦斯純量隨掘進日產(chǎn)量逐漸增加。日產(chǎn)量從1.25×104m3/d增加到2.86×104m3/d，平均2.48×104m3/d；黑雞地4井開始抽采后，井下抽采量在1.25～2.57×104m3/d，平均2.00×104m3/d，總體呈地面井連續(xù)抽采后井下抽放量逐漸下降，地面井抽放量逐漸增加0.88～3.06×104m3/d，平均2.14×104m3/d。

28煤層采動期內(nèi)，地面井抽采純量高于井下瓦斯抽采及風排純量。隨地面井抽采時間的增長，地面井抽采純量逐漸超過井下風排及抽采純量。地面井初始抽采期（2019年12月5日～12月25日），地面井日抽采純量為井下抽采及風排純量的42.16%～80.16%，平均為55.92%；地面井穩(wěn)定抽采期（2019年12月25日～2020年1月10日），地面井抽采純量為井下抽采及風排純量的83.58%～116.62%，平均為102.92%；地面井高效抽采期（2020年1月11日～3月30日），地面井抽采量為井下抽采量的111.00%～188.38%，平均為141.13%。

（4）采煤進尺保障。地面井抽采，可保障28煤工作面日進尺在不超過4.7m的前提下，回風及轉(zhuǎn)角瓦斯不超限。28煤層東一采區(qū)左二面從2019年10月至2020年3月累計進尺586.38m，采掘時間133天，平均日進尺4.51m，總體呈前期快—慢—快的特征。

2．東一采區(qū)左二面30煤層采動期

黑雞地4井地面井抽采對30煤井下瓦斯治理效果較為顯著，對井下采面安全、掘進速度起到很好保障作用。主要表現(xiàn)在：30煤層136工作面取消井下仰角鉆場和底抽；工作面、轉(zhuǎn)角、抽排匯合、回風內(nèi)CH4濃度均保持在較低（＜0.5%）；地面抽采總CH4量為井下通風總CH4量的1.91倍。

（1）井下通風效果。

①井下通風與地面抽采時間。

杏花礦30煤層136工作面回采時間：自2020年11月18日開始回采，2021年1月20日過黑雞地4井井孔。

地面井抽采時間：2020年11月18日至11月26日連續(xù)抽采；11月26日至11月29日停泵；11月29日至12月20日連續(xù)抽采；12月20日至2021年1月22日，受發(fā)電站建設、調(diào)試影響，抽采斷續(xù)停泵；1月22日至2月8日抽采、新風影響；2月8日至3月9日停泵；3月9日至4月14日抽采（流量減低）；2021年4月14日停泵。

②井下風流甲烷濃度控制效果佳。地面井抽采期間，轉(zhuǎn)角CH4濃度明顯降低，平均濃度0.43%（0.2%～1.33%）。具體為：自回采至11月26日，由0.2%升至0.4%；11月26日至11月29日地面抽采停泵，由0.4%快速上升至0.9%；11月29日至12月20日連續(xù)抽采，由1.34%降至0.5%；12月20日至2021年1月22日抽采斷續(xù)停泵，由0.57%降至0.4%；1月22日至2月8日抽采、新風影響，由0.4%降至0.3%；2月8日至3月9日停泵穩(wěn)定于0.3%；3月9日至4月14日抽采（流量減低），由0.3%升至0.5%；2021年4月14日停泵后穩(wěn)定于0.5%。

回風CH4濃度最大0.21%（0.1%～0.3%），自回采至工作面推進700m，CH4濃度穩(wěn)定在0.2%（0.1%～0.2%），此后穩(wěn)定于0.3%。

（2）井下抽采甲烷濃度變化。

抽排匯合CH4濃度為0.37%（0.3%～0.5%），隨工作面推進CH4濃度曲線呈“右傾二級階梯狀”。自回采至1月3日穩(wěn)定在0.5%（0.4%～0.5%）；1月3日至1月12日，由0.5%降至0.3%；1月12日后穩(wěn)定于0.3%。

抽排出口CH4濃度為2.39%（0.7%～7.0%），自回采至采面過井口CH4濃度曲線呈逐漸降低的趨勢；此后穩(wěn)定至3月13日；3月13日后地面抽采流量降低，CH4濃度自0.9%升至2.5%，CH4濃度曲線呈“左傾三級階梯狀”。

埋管CH4濃度為4.05%（1.1%～7.63%），隨工作面推進CH4濃度曲線呈先升后降趨勢，最高達7.63%；工作面過井孔至過孔270m，自4.7%降至3.7%；工作面過孔270m至完結(jié)，濃度穩(wěn)定于3.7%。

四、抽采經(jīng)濟效益

地面井抽采經(jīng)濟效益可劃分為抽采氣體產(chǎn)生的經(jīng)濟效益、井下瓦斯治理及安全效益。該井合計產(chǎn)生效益約3330萬元，其中抽采氣體按發(fā)電計算，經(jīng)濟效益為1386.6萬元，井下瓦斯治理及安全效益可達1944萬元。