煤矿井下顺层千米枝状长钻孔抽采煤层气新技术

试述井下煤层气抽采的方法有哪些分类~

　　抽采方法1、穿层钻孔抽采 通过煤层顶板或底板开掘巷道(也可是相邻煤层巷 道)向被抽采煤层打钻孔进行瓦斯抽采，以降低被抽 采煤层在采掘过程中瓦斯涌出量和突出危险性，或 者是减少邻近层涌向开采层的瓦斯，这种抽采方式 叫穿层钻孔抽采。 适用条件：有突出危险的单一中厚煤层或煤层群， 或者是采用通风方法不能把煤层涌出的瓦斯降低到 《煤矿安全规程》规定的安全范围时；煤层透气性 好，透气性系数大于0.023m2/MPa2.d；预抽时间大 于1年，以便于瓦斯的抽采与利用。 ①、底板穿层钻孔抽采回风巷 ≥15m 进风巷 ≥15m 穿层钻孔 ≥15m 回风巷 进风巷 煤层 穿层钻孔 底板抽放巷 底板穿层钻孔布置剖面示意图 ≥ 0m 2 K1煤层 底板巷 ≥ 0m 1 底板巷 底板瓦斯抽放巷 底板穿层网格布置平面图 10m 10m 10m 回风巷 10m 15m 15m 15m 15m 10m ≥1 0m 运输巷 底板穿层钻孔 底板瓦斯抽采巷 10m 10m K4煤层 22 。 12m K3煤层 底板穿层瓦斯抽采钻孔布置剖面图 ② 顶板穿层钻孔抽采顶板道 顶板道 顶板穿层钻孔布置剖面示意图 ③、邻近层穿层钻孔抽采 ④、石门揭煤前穿层钻孔抽采煤体瓦斯 3m A A A 石门 A 3m 底板石门抽采钻孔布置示意图 穿层钻孔预抽石门（含立井、斜井等） 揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施示意图
　　 2、顺层钻孔抽采 ① 掘进工作面顺层预抽 ② 采煤工作面顺层钻孔抽采
　　3、穿层和顺层钻孔相结合的瓦斯抽采

周尚忠
( 中联煤层气有限责任公司 北京 100011)
摘 要: 煤层气是与煤伴生、主要以吸附状态赋存于煤层中的一种非常规天然气。煤层气既是煤矿安全生产的巨大危害，也是宝贵的洁净能源。国家在矿业权管理中分别按照固体矿产和石油天然气 ( 煤层气) 两种独立矿种进行管理。现行矿业权管理体制造成煤层气、煤炭矿业权重叠，给两种产业发展带来一定影响，为实现两种产业和谐、互补、共存、有序发展，有必要建立煤层气、煤炭企业有效的合作机制。
关键词: 煤层气 矿业权 矿种 合作机制
作者简介: 周 尚忠，男，高 级 工 程 师，1962 年 出 生，现 从 事 煤 层 气 勘 探 开 发 利 用 研 究 工 作，电 话:01064240708，邮箱: zhousz8816@ vip. sina. com
To Push Forward the Common Development of CBM and Coal Industry by Setting Up Cooperation Mechanism
ZHOU Shangzhong
( China United Coalbed Methane Corporation，Ltd. Beijing 100011，China)
Abstract: Coalbed Methane ( CBM) is a kind of unconventional natural gas associated with coal and mainly adsorbed by the coal seams. CBM is not only a danger to coal mining，but also a kind of clean energy. In national mining rights management system，CBM is managed according to oil ＆ gas system，but coal is managed in accord- ance with solid fuels and mineral resources system. Current mining rights management system causes overlap ques- tions to CBM rights with coal rights and it brings negative influence to CBM and coal industry. In order to achieve harmonious，complementary，concomitant and orderly development of CBM and coal industry，it is necessary to set up effective cooperative mechanism between CBM and coal companies.
Keywords: coalbed methane; mining rights; minerals; cooperation mechanism
引言
煤层气是煤炭的一种共生矿藏，以吸附于煤基质颗粒表面为主，部分游离于煤层孔隙中或溶解于煤层水中，主要成分为CH4。煤层气赋存在煤层中，煤层集生气层、储气层和产气层于一体，含煤地层是煤层气赖以生存的物质基础。
众所周知，煤炭在我国一次能源消费中的比重已达70%，是我国现阶段的主要能源供给，而煤层气是近二十年发展起来的一种新型清洁能源，同时它又是一种有害的危险气体，煤层气中CH4的温室效应约是CO2的21倍，对大气臭氧层造成的破坏约是CO2的7倍(赵庆波等，1998)，煤层气的易燃易爆性也严重威胁着煤矿的安全生产。因此，开发利用煤层气资源对于发展清洁能源、减少温室气体排放、促进煤矿安全生产及拉动其他相关产业具有重要的意义。
对于煤、煤成(层)气国家在矿业权管理中，分别按照固体矿产和石油天然气(煤层气)两种独立矿种进行管理。基于煤层气、煤炭的特殊赋存关系，如何促进两种产业和谐、互补、共存、有序的发展是煤炭、煤层气企业共同思考的问题，笔者认为，建立煤层气、煤炭企业有效的合作机制是促进两种产业共同发展的重要手段。
1 我国煤层气资源状况及矿业权设置情况
1.1 我国煤层气资源状况
据2006年“新一轮全国煤层气资源评价”结果(国土资源部等，2006)，我国42个主要含煤层气盆地埋深2000m以浅的煤层气地质资源量为36.81万亿m3，埋深1500m以浅的煤层气可采资源量为10.87万亿m3(见表1)。
表1 全国煤层气资源大区分布表


1.2 当前我国煤层气矿业权设置情况
截至2009年年底，全国共设置煤层气探矿权103个，勘查面积62785km2，采矿权8个，开采面积592km2，煤层气矿业权人25家。
2 我国煤层气产业发展情况
我国煤层气地面抽采开始于20世纪70年代的煤层气资源评价，20世纪80年代末、90年代初开始钻井勘探。据不完全统计，截至2010年年底，全国已钻煤层气井5400口，获得煤层气探明地质储量2733.95亿m3(仅2010年新增探明储量1115.15亿m3，同比增长154.8%)，建成煤层气产能25亿m3，2010年煤层气产量15.67亿m3(中联公司2.5亿m3，中国石油3.1亿m3，晋煤集团9.1亿m3，其他0.97亿m3)，初步在山西沁水盆地南部形成地面集输和外输管网。目前晋煤集团已建成45.2km输气管道，年输气能力3.5亿m3，中石油建成连接西气东输管道的樊庄沁水管道35km，年输气能力30亿m3，中石油樊庄煤层气压气站外输气并入西气东输主干线，中联公司在建端氏晋城博爱输气管道98km，年输气能力10亿m3。
我国煤层气的勘探开发工作经过多年探索与实践，基本掌握了常规煤层气勘探和开发技术，如欠平衡钻井和完井技术、地面多分支及单分支水平井钻井和完井技术、U型井钻井技术、井下顺层水平长钻井钻进抽采技术、注CO2提高煤层气采收率技术、N2泡沫压裂技术、水力加砂压裂技术、清洁压裂液压裂技术等，这些技术的应用与成功实施，有力地推进了煤层气产业的快速发展。
目前已初步进入规模化煤层气商业性开发的地区有山西沁水盆地南部(中联、中石油、晋煤)，山西柳林、寿阳(中联)，山西三交、大宁吉县(中石油)，山西阳泉(晋煤)，陕西韩城(中石油)，辽宁阜新(宏地公司、辽河油田)等地。
3 两种产业发展中存在的主要问题
由于煤层气、煤炭矿业权管理体制方面的原因，这两个互相依存的独立矿种在发展中出现了一些不太和谐的地方，主要表现在:
3.1 矿业权重叠问题
造成煤层气、煤炭矿业权重叠的主要原因是现行矿业权管理体制。近年来，随着我国国民经济的快速发展，相对紧张的煤炭供求关系客观上对两种资源的矿业权重叠产生了一定程度的推动作用。矿业权重叠对这两种能源产业的发展造成了不良影响。发生煤层气、煤炭矿业权重叠主要是在2003年到2008年，在矿业权重叠严重时，全国98个煤层气探矿权中有86个煤层气探矿权涉及矿权重叠问题，86个煤层气探矿权与1406个煤炭矿业权重叠，重叠总面积约12534km2，其中与煤炭探矿权重叠242个，重叠面积9137km2，与煤炭采矿权重叠1164个，重叠面积3397km2。
为妥善解决煤层气和煤炭的矿业权重叠问题，促进我国煤层气产业的发展，相关部门相继出台了《关于加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的若干意见》(国办发［2006］47号)和《加强煤炭和煤层气资源综合勘查开采管理的通知》(国土资发［2007］96号)等一系列政策。以“先采气、后采煤”的总体思路，从2009年开始，国家有关部门采取对煤层中吨煤瓦斯含量高于规定标准并且具备地面开发条件的，优先选择地面煤层气抽采、实行探矿权采矿权统一配号、煤层气企业退出煤炭首采区的矿业权等措施，基本解决了当时的重叠问题。从2010年起，煤炭企业又在进行兼并、重组、整合，在整合的过程中煤炭的矿业权区域也进行了相应的调整、扩大，这种调整、扩大又引起新的矿业权重叠。
3.2 违规作业，发生侵占煤层气矿业权的行为
国土资源部在规范、协调煤层气、煤炭勘查开采方面出台的国土资发［2007］96号文件明确规定:“已依法取得煤炭采矿许可证的采矿权人，在本矿区范围内以地面抽采方式开采煤层气的，应依法补办煤层气采矿许可证”，煤层气和煤炭探矿权、采矿权发生重叠且未签订协议的，由双方协商开展合作或签订安全生产协议，按照“先采气，后采煤”的原则，对煤层气、煤炭进行综合勘查、开采。但近年来，个别煤炭企业以解决煤矿安全生产问题为借口，在未办理煤层气采矿许可证的情况下，强行在煤层气企业的矿业权范围内进行煤层气地面抽采，甚至进入煤层气企业的探明储量区域，严重侵犯了煤层气企业的权益，影响了正常的煤层气作业秩序。
3.3 未建立有效的合作机制
目前，煤层气、煤炭企业在实际工作中并没有建立相互间的协同、合作关系，合作机制还未真正建立起来，企业之间的作业、规划信息基本处于封闭状态，给这两种产业共同发展和管理带来一定的难度。
4 建立合作机制，推动两种产业的发展
4.1 建立合作机制的必要性
煤层气、煤炭企业建立有效的合作机制是合理、有序开发两种资源，提高勘探开发效率，降低勘探成本，实现两种产业和谐、互补、共存、有序发展的有效方法。合作机制在实际运行中的有效性和可行性直接关系到两种产业的健康、有序发展。
4.2 国外煤层气、煤炭企业的合作启示
美国、澳大利亚和加拿大等国在发展煤层气、煤炭这两种产业的过程中所遇到的问题与我国的情况基本相同，这些国家结合本国的国情，制定了相应的法律法规，较好地解决了两种产业发展过程中的矛盾，推动了两种产业的协调发展。笔者仅就澳大利亚在煤层气、煤炭矿业权管理、合作机制方面的经验做一介绍，希望能对我国协调这两种产业的发展起到抛砖引玉的作用。
4.2.1 制定煤炭、石油天然气和煤层气开采方面的法律法规
澳大利亚在有关煤炭开采方面1968年制订了《矿产资源法案(MRA)》，1999年制订了《煤炭开采健康和安全法案(CMSHA)》;2004年制定了有关燃气生产方面的《石油和燃气生产和安全法案(PGA)》，2007年又制定了有关温室效应方面的《国家温室效应和能源报告法案(NGERA)》。这些法律法规的主要内容包括:对煤炭、煤层气开采的规定;煤炭、石油天然气、煤层气矿业权申请方面的规定;煤矿企业开采煤层气方面的规定等等。
4.2.2 在煤炭采矿权或石油天然气采矿权申请方面的规定
(1)提交煤炭采矿权或石油天然气采矿权申请时要向政府和重叠矿权人两方面提交采矿权申请;
(2)重叠矿权人对提交的采矿权申请可做出同意、拒绝或协商合作开发的选择;
(3)如果重叠矿权人拒绝该申请，则必须由政府做出最终决定。
4.2.3 在煤层气和煤炭矿业权重叠方面的规定
(1)除非同意，一方作业不得干扰矿权重叠区另一方的作业;
(2)如果重叠区内任何一方申请采矿权，则需与区域现有矿权人商讨并取得其同意;
(3)对双方在同一区域进行勘探或生产的安全管理做出明确规定;
(4)如果重叠区双方都申请采矿权，协调方案需就相关内容开展合作(由部长批准)，包括双方如何对安全问题进行管理以及如何优化煤炭和煤层气生产(合作开发计划)。
4.2.4 符合特定条件的煤矿可以有限制地开采煤层气
拥有采矿权的煤矿可以开采在5年采煤计划区内及准备开采的煤脉内的煤层气，且需将其直接应用于与采煤作业相关目的，例如现场发电，但不得用于商业销售，剩余气体不得排空;单独拥有石油天然气开采权的煤矿可以对5年采煤计划区内的煤层气进行商业化生产利用。
4.2.5 建立煤层气、煤炭企业的合作机制
煤层气公司和煤炭公司共享获得的煤层气和煤炭等相关资料，共同建立矿权重叠区的煤层气储量和煤田地质电脑图形数据库，建立煤层气井产量电脑数据库，结合采煤计划设计有效煤层气抽采计划(包括煤层气井位设计和布井进度)。
4.3 我国煤层气、煤炭企业合作方式建议
近年来，随着煤炭价格的不断增长，煤炭企业扩充后备资源速度明显加快，后备资源作为企业的一项重要资本进行运作，更有个别煤炭企业规划预留的煤炭资源可以开采几百年，从国家资源管理和资源利用方面来说都是极为不合理的。在国家有关部门组织解决煤层气、煤炭矿业权的过程中，煤层气的矿业权逐年减少，从2007年到2009年，煤层气矿业权分别是64603.69km2、64178.99km2、62785.85km2，煤层气矿业权减少(或退出)的面积全部作为煤炭企业规划的采矿区和后备区。从矿业权管理角度来说，煤层气企业为煤炭企业的发展做出了比较大的支持。煤层气、煤炭产业要实现共同发展，需要双方按照国家的有关政策，站在国家能源产业发展的大局上协同综合考虑、统筹兼顾。煤炭企业首先需要根据煤矿建设产能规模、服务年限，划定煤矿的首采区和规划区，而煤层气企业应根据煤层气地面抽采的实际情况，结合煤矿的首采区和规划区，本着尽可能实现煤层气抽采利用、创造一定的经济和社会效益为前提，分阶段、分步骤制定详细的由首采区逐步向外扩展的抽采计划。煤层气的地面抽采规划应体现开发利用煤层气这一清洁能源和降低煤层瓦斯含量、为煤矿开采创造条件两方面的目的。
4.3.1 建立交流平台
建立煤层气、煤炭企业合作的交流平台是两种产业进行有效合作的基础，是推进两种产业信息交流、共享的结合点。交流平台的设置主要应包括制定交流的信息、交流的渠道、组织方式等方面的内容。
4.3.2 合作交流的主要内容
(1)建立煤炭、煤层气企业规划、计划系统，通报相关内容及调整计划内容;
(2)通报作业进度和进展情况;
(3)共享地震、测井、取心、岩心分析、煤田勘查钻孔、气体成分及含气量等方面的勘探资料;
(4)建立协调机制，协调勘探开发中出现的问题;
(5)制定相关安全预案和预警机制;
(6)签署信息、资料等方面的保密协议，保护双方的权益。
5 结论
赋存条件的特殊性和依赖性，将煤层气、煤炭两种产业紧紧结合起来，只有相互支持、共同促进才能使两种产业发展的更加顺畅、和谐。
建立有效的合作机制不仅为两种企业间搭建起信息共享、资料共享、和谐发展的平台，而且对于双方企业降低勘探成本、提高勘探效率，实现高效、有序的发展起到重要的作用。
参考文献
国土资源部，国家发展和改革委员会，财政部.2006.新一轮全国油气资源评价———煤层气资源评价报告［R］.80～85
赵庆波，刘兵，姚超等.1998.世界煤层气工业发展现状［M］.北京:地质出版社，1～2

杜子健¹　刘子龙²

（1.煤炭科学研究总院重庆分院；2.山西亚美大宁能源有限公司）

摘要 介绍了使用引进千米钻机在大宁煤矿井下实现顺层千米枝状长钻孔的成孔试验，最长的VLD定向钻孔达到了1005m（深度）。进行了千米枝状长钻孔抽采瓦斯的工艺技术研究及相应的抽采效果考察，并取得了良好的效果。大宁矿首采面经过1.5年的预抽，预抽率约达到49%，矿井的瓦斯抽采率达到70.35%。

关键词 井下瓦斯抽采 定向千米钻机 顺层千米枝状长钻孔 预抽率 钻孔参数 抽采效果

New Technology of Extracting CBM by Underground Long-reach Treelike Drilling Along Coal Seams

Du Zijian¹，Liu Zilong²

（1.Chongqing Branch of Research Institute of Coal Science；2.Shanxi Asia-American Da'ning Energy Company，Ltd）

Abstract：This article introduced the drilling experience of using underground long reach treelike drilling along coal seams in Daning coalmine.The longest directional VLD hole reached 1005meters.The drilling technology for one thousand meter reach and extraction effects of gas were studied in this case.It was proved that the extraction effects by using the underground long reach treelike drilling along coal seams in Daning coalmine are satisfactory.The rate of extraction was about 49 percent after extraction of one and half year at the first mining areas and the recovery of coal gas will reach 70.35 percent.

Keywords：Underground extraction of coal gas；one thousand meter directional drilling unit；long reach treelike drilling along seams；pre-extraction rate；drilling parameters；extraction effects

前言

据统计，自2001年至2005年2月底，全国煤矿共发生一次死亡30入以上的事故28起，死亡1689入。其中瓦斯事故24起，死亡1558人，瓦斯事故起数和死亡入数分别占总数的85.71%和92.2%。矿井瓦斯灾害已成为当前我国煤矿安全生产的重大问题，矿井安全生产形势亟待改变。

从国家“先抽后采”的产业政策以及瓦斯治理的技术层面来看，治理矿井瓦斯灾害的根本在于矿井瓦斯抽采。矿井瓦斯抽采具有促进煤矿安全生产、充分利用洁净资源、保护大气环境等一系列综合效益。一方面，瓦斯作为煤矿井下最主要的有害气体，加强井下瓦斯抽采能从根本上减少煤矿的瓦斯涌出量，有利于确保矿井安全、解放矿井生产力；另一方面，抽采并利用瓦斯能够显著增加洁净资源供给、改善和优化能源结构；此外，瓦斯还是一种很强的温室气体，抽采和利用瓦斯减少了煤炭开采过程中排入大气的瓦斯量，保护了大气环境。

然而，我国许多矿井的瓦斯抽采过去一直受到钻机装备及长钻孔成孔、抽采瓦斯技术等因素制约。一方面，虽然国内已有的钻机实现了800m 长度的钻孔施工，但在钻孔定向、测斜技术方面尚不完善，且采用的不是孔底马达钻进工艺，目前国内尚无真正意义上的定向千米钻机，长钻孔施工缺少相应装备。另一方面，我国煤层条件复杂，长钻孔成孔工艺难度较大，目前利用国内钻机进行顺层钻孔施工，在煤与瓦斯突出矿井实现了250m的钻孔，在煤层条件较好（f=1～2）的晋城寺河矿较成功的钻进深度可达500m（无定向、测斜功能）。但总的说来，大面积预抽防治瓦斯的措施在矿井中实施仍然受到很大限制。

为此，国家“十五”科技攻关《煤层气井下开发成套工艺技术应用研究》项目以引进国外千米钻机、自主研发千米钻机长钻孔抽采瓦斯工艺技术的方式进行了技术攻关，实现了位于晋城矿区的最长的定向钻孔，达到了1005m，试验钻孔的长度多数在800m 以上，在此基础上进行了千米枝状长钻孔抽采瓦斯的工艺技术研究及相应的抽采效果考察，并取得了良好的效果。

1 试验矿井

山西亚美大宁能源有限公司（以下简称“大宁矿”）即原晋城市大宁一号矿井，是目前中国唯一的中外合作生产的井工煤矿。矿井设计生产能力400万吨。开采煤系地层属下二叠系山西组、石炭系太原组、本溪组。煤系地层总厚度151m，共含煤10～22层，其中可采和局部可采有3层。矿井主要开采的3^＃煤层属中等变质程度的无烟煤，近水平赋存，厚度2.21～6.97m，平均4.45m，煤的坚固性系数f为1～2，该煤层富含瓦斯，煤层瓦斯含量 11.15～16.53m³/t，煤层瓦斯压力 0.69～1.16MPa，煤层透气性系数1.3～1.95mD。

矿井于2005年7月建成投产，矿井瓦斯抽采量从2002年的18.28m³/min上升到目前的184.8m³/min。矿井抽采瓦斯浓度达到55%以上，矿井瓦斯抽采率高达70%，瓦斯抽采取得了明显效果。

2 千米钻机及井下顺层千米枝状长钻孔成孔试验

2.1 VLD-1000 定向千米钻机

试验选用澳大利亚生产的VLD-1000型孔底马达式定向千米钻机，如图1所示。钻机由行走机构、动力系统、钻进系统、电气控制系统及测斜定向系统组成。

钻机采用孔底马达进行钻进，不需要钻杆的旋转，孔底马达是靠高压水进行驱动，进给速度是每分钟0～5m，而回收钻杆时的速度可以达每分钟0～20m的高速度。采用孔底马达钻进，减少了钻杆与钻孔的摩擦阻力，因而该钻机在较小动力损失的情况下具有超过1000m的钻进能力。

钻机主要技术参数为：

图1 VLD-1000定向千米钻机

钻进长度：1000m；

电机功率90kW（1140V、50Hz）；

测斜定向系统测量精度：上下偏差±0.2度，水平偏差±0.5度；

钻机总重：8500kg；

外形尺寸：4000mm（长）×2000mm（宽）×1600mm（高）。

2.2 井下顺层千米枝状长钻孔成孔试验

VLD定向钻机从2003年4月开始在山西亚美大宁能源有限公司调试、运行。如图2所示，从开始运行到2004年4月末的整一年中，总共钻进进尺为78484m，创下了 VLD单台定向钻机在井下定向钻进的世界纪录。到9月底，VLD钻机已经完成了定向钻孔160个，总进尺达到了112716m。在山西亚美大宁能源有限公司最长的VLD定向钻孔达到了1005m（深度），多数钻孔的长度在800m（深度）以上。

2005年以来，千米钻机井下施工抽采钻孔已在大宁矿成为矿井的常规工作。

在试验中重点试验了顺层纵剖面上的定向、调斜钻进，图3为V-P2 T22-20号钻孔测定的实际钻孔轨迹图（纵剖面）。

如图2所示，在试验中，还进行了钻孔在钻进过程中顺层平面进行的分枝钻进，即在1个开孔位钻进过程中，利用千米钻机的调斜功能，实现1个开孔段、多个分支段的顺层分枝状长钻孔（即顺层千米枝状长钻孔）成孔。

图2 大宁矿顺层千米钻机枝状长钻孔施工竣工图

图3 V-P2T22-20号钻孔实际钻孔纵剖面轨迹图

3 顺层千米枝状长钻孔抽采瓦斯试验

3.1 试验工作情况

在进行千米钻机长钻孔成孔工艺研究的同时，还对不同深度的钻孔的抽采效果进行了现场试验和考察。如表1所示，重点考察了钻孔深度为800m组、600m组、400m 组等不同深度〔“钻孔深度”是指钻孔开孔点距钻孔终孔点的长度，“钻进总长度”为钻孔开孔点与钻孔终孔点间的所有钻孔调斜（平面上及剖面上）、分支钻孔的总的钻进长度〕钻孔的抽采瓦斯情况。

钻孔深度为800m组的钻孔深度范围为801～852m、钻进总长度为849～1548m，考察时间为371～833 d。

钻孔深度为600m组的钻孔深度范围为513～714m、钻进总长度为720～1062m，考察时间为379～836 d。

钻孔深度为400m组的钻孔深度范围为363～426m、钻进总长度为597～966m，考察时间为413～598 d。

表1 顺层千米钻机枝状长钻孔抽采效果考察汇总表

续表

注：表中“钻孔深度”是指钻孔开孔点距钻孔终孔点的长度；“钻进总长度”为钻孔开孔点与钻孔终孔点间的所有钻孔调斜（平面上及剖面上）、枝状长钻孔的总的钻进长度；表中每百米钻孔的抽采量均以钻进总长度为基础而计算。

3.2 抽采瓦斯效果考察

3.2.1 钻孔深度800m 组钻孔抽采情况

如前所述，钻孔深度为800m组别的钻孔深度范围为801～852m、钻进总长度为849～1548m，考察时间为371～833 d。

图4 P5T22-11钻孔抽采效果考察图

在试验中对表1所列的5个钻孔深度为800m的钻孔的抽采情况进行了全过程监测，现对P5 T22-11钻孔的情况详述如下。

P5T22-11钻孔开口倾角2.46°，完钻时间2003年8月5日，钻孔直径94mm、深度801m，钻进总长度1014m。考察时间至2005年11月15日，钻孔抽采瓦斯浓度及抽采量情况如图4所示。

如图4所示，P5T22-11 钻孔从开始接抽起，百米钻孔抽采量为0.55m³/min·hm，抽采瓦斯浓度达到97%左右。以后随着抽采时间的延续，抽采浓度、抽采量随抽采时间呈负指数规律逐渐下降，直到最后百米钻孔抽采量为0.02m³/min·hm，抽采浓度为20%左右。钻孔抽采负压为10～13kPa左右。百米钻孔抽采量与抽采时间的关系如下式。

q=0.5459e^-0.0045t （1）

式中：q——百米钻孔抽采量，m³/min·hm；t——抽采时间，d。

综合本组其他钻孔的抽采效果考察，如表1所示，钻孔深度800m 组的钻孔抽采情况平均为：钻孔深度821.4m，钻进总长度1137m，抽采时间643.8d，钻孔平均抽采量为1.59m³/min，百米钻孔平均抽采量为0.14m³/min·hm。

3.2.2 钻孔深度600m 组钻孔抽采情况

钻孔深度为600m组别的钻孔深度范围为513～714m、钻进总长度为720～1062m，考察时间为379～836 d。

在试验中对表1所列的5个钻孔深度为600m的钻孔的抽采情况进行了全过程监测，现对P2 T22-12钻孔的情况详述如下。

P2T22-12钻孔开口倾角2.63°，完钻时间2003年8月8日，钻孔直径94mm、深度640m，钻进总长度790m。考察时间至2005年7月1日，钻孔抽采瓦斯浓度及抽采量情况如图5所示。

图5 P2T22-12钻孔抽采效果考察图

如图5所示，P2T22-12 钻孔从开始接抽起，百米钻孔抽采量为0.42m³/min·hm，抽采浓度达到95%左右。以后随着抽采时间的延续，抽采浓度、抽采量随抽采时间呈负指数规律逐渐下降，直到最后百米钻孔抽采量为0.03m³/min·hm，抽采浓度为22%左右。钻孔抽采负压为10～13kPa左右。百米钻孔钻孔抽采量与抽采时间的关系如下式。

q=0.5924e^-0.0049t （2）

综合本组其他钻孔的抽采效果考察，如表1所示，钻孔深度600m 组钻孔抽采情况平均为：钻孔深度618.60m，钻进总长度911.00m，抽采时间662.20d，钻孔平均抽采量为1.52m³/min。

3.2.3 钻孔深度400m 组钻孔抽采情况

如前述，钻孔深度为400m 组的钻孔深度范围为363～426m、钻进总长度为597～966m，考察时间为413～598 d。

在试验中对表1所列的5个钻孔深度为400m 组别的钻孔的抽采情况进行了全过程监测，现对W12 S27-5钻孔的情况详述如下。

W12S27-5钻孔开口倾角1.38°，完钻时间2004年7月8日，钻孔直径94mm、深度363m，钻进总长度660m。考察时间至2005年10月21日，钻孔抽采瓦斯浓度及抽采量情况如图6所示。

图6 W12S27-5钻孔抽采效果考察图

如图6所示，W12S27-5 钻孔从开始接抽起，百米钻孔抽采量为0.60m³/min·hm，抽采浓度达到99%左右。以后随着抽采时间的延续，抽采浓度、抽采量随抽采时间呈负指数规律逐渐下降，直到最后百米钻孔抽采量为0.10m³/min·hm，抽采浓度为40%左右。钻孔抽采负压为10～13kPa左右。百米钻孔钻孔抽采量与抽采时间的关系如下式。

q=0.6998e^-0.0053t （3）

综合本组其他钻孔的抽采效果考察，如表1所示，钻孔深度400m 组钻孔抽采情况平均为：钻孔深度389.80m，钻进总长度720.6m，抽采时间535.40d，钻孔平均抽采量为1.90m³/min。

4 顺层千米枝状长钻孔抽采效果评价分析

4.1 不同长度钻孔抽采效果

对钻孔深度为800m组、600m组、400m组的典型钻孔的抽采模式分析不同钻孔长度的抽采效果如表2所示。从表中数据分析得出，钻孔深度为800m 组的钻孔总钻进长度是钻孔深度400m组的153%，其抽采第1年、第2年及800 d的总累计抽采量是钻孔深度400m组的133%～139%；钻孔深度为600m 组的钻孔总钻进长度是钻孔深度400m 组的120%，其抽采第1年、第2年及800 d的总累计抽采量是钻孔深度400m 组的106%～120%。由此可见，随着钻孔深度的增加，钻孔的累计抽采总量也相应增加，说明增加钻孔长度对提高抽采效果是可行的。这样，在煤矿井下实施千米钻孔后，可在大幅度减少抽采巷道工程量的情况下，实现煤层大面积预抽。

表2 不同长度千米枝状长钻孔抽采效果分析表

分析表2中的数据，由于试验钻孔均在大宁矿的首采各盘区，在分枝基本一致的条件下，其抽采特性（相同长度钻孔的抽采量与时间的关系）应基本一致，即可以认为钻孔长度为660m以内的钻孔抽采特性符合400m 组的特性，660～790m的钻孔抽采特性符合600m组的特性，790～1014m的钻孔抽采特性符合800m 组的特性，如此以来，各钻孔段的抽采量（抽采第1年）如表3所示。

表3 顺层千米枝状长钻孔各段瓦斯抽抽采量（抽采第1年）分析表

从表3可得，千米枝状长钻孔的单位长度抽采量660～790m长度段为0～660m长度段的33.21%，790～1014m长度段的为0～660m 长度段的79.86%。这说明随着抽采钻孔长度的增加，单位钻孔长度的抽采量有所下降，但下降不大（790～1014m长度段与0～660m长度段相比仅下降20%），这也证明了在试验条件下钻孔长度越长，钻孔抽采瓦斯量越多。

4.2 钻孔不同抽采时间的抽采效果

对钻孔深度为800m组、600m组、400m组的典型钻孔的抽采模式分析不同抽采时间的抽采效果如表4所示。从表中数据可分析得出，钻孔在第2年末的总累计抽采量与第1年末相比增加了14%～29%，而在800 d时的总累计抽采量与第2年末的相比仅增加了1%左右。由此可得出，钻孔的合理抽采时间以2年为宜。

表4 不同抽采时间的千米枝状长钻孔抽采效果分析表

4.3 顺层千米枝状长钻孔的合理间距

4.3.1 顺层钻孔预抽率

顺层钻孔的预抽率是指钻孔抽采的瓦斯量占抽采范围内煤层瓦斯总储量的比例，顺层钻孔预抽率由下式计算：

η=Q_抽/Q_总（4）

式中：η——预抽率，%；Q_抽——钻孔抽采瓦斯总量，m³；Q_总——钻孔控制范围总的瓦斯储量，m³，Q_总=L*D*M*r*W；L——钻孔深度，m；D——钻孔间距，m；M——煤层厚度，m，大宁矿为4.45m；r——煤层容重，t/m³；W——煤层瓦斯含量，m³/t，大宁矿试验地点为14.00m³/t。

4.3.2 不同时间钻孔抽采瓦斯总量

分析试验钻孔预抽效果考察可得，钻孔的预抽特性如式（1）、（2）、（3）所示。

由式（1）、（2）、（3）可得，不同时间钻孔抽采瓦斯总量如下：

800m组：Q_抽=1399250.88（1-e^-0.0045t）m³ （5）

600m组：Q_抽=1114195.59（1-e^-0.0049t）m³ （6）

400m组：Q_抽=690187.65（1-e^-0.0053t）m³ （7）

4.3.3 不同抽采时间、不同钻孔间距的预抽率

钻孔不同抽采时间、不同钻孔间距的预抽率由式（4）确定。预抽时间0.5、1、2、3年，钻孔间距15、20、30m的预抽率如表5所示。

表5 千米枝状长钻孔不同抽采时间、不同钻孔间距的预抽率

注：煤层原始瓦斯含量14.0m³/t、残余瓦斯含量4.2m³/t，煤层极限预抽率为70%。按开采前要求煤层瓦斯含量8m³/t以下计、预抽率为42.86%以上。表中“——”表示预抽率在42.86%～70%范围之外。

4.3.4 大宁矿保证安全生产的不同预抽时间、不同钻孔长度条件下的钻孔间距

根据相关研究，首采综放面煤层原始瓦斯含量14.0m³/t，确保首采综放面安全生产的预抽率应为45%。分析表5可得：

综放面如有0.5年预抽时间、选用800m 或600m 组钻孔时其钻孔间距以15m 为宜，选用400m组钻孔时其钻孔间距以20m为宜；

综放面如有1年预抽时间、选用800m或600m 组钻孔时其钻孔间距以20m 为宜，选用400m组钻孔时其钻孔间距以30m为宜；

综放面如有2年预抽时间、选用800m，600m 或400m 组钻孔时其钻孔间距以30m为宜。

4.4 千米枝状长钻孔在大宁矿的实际抽采效果

4.4.1 首采面预抽效果

如图1所示，大宁矿首采面长500m、宽320m，于2003年开始实施千米枝状长钻孔，钻孔间距20～30m左右（共计10个孔、28个水平分支），钻孔深度为600m左右。预抽时间约1.5年。

首采面的原始瓦斯含量为14.0m³/t，开采前在首采面通过直接法测定煤层瓦斯含量为7.2m³/t，由此计算首采面的预抽率为48.57%。

4.4.2 矿井瓦斯抽采率

大宁矿2005年矿井瓦斯涌出量为184.8m³/min，其中抽采量为130m³/min，矿井瓦斯抽采率达到70.35%。

5 结论

通过研究试验，井下顺层千米枝状长钻孔在大宁矿的抽采瓦斯中取得了成功，并取得了良好的效果，为大面积预抽煤层瓦斯取得了有益的经验和借鉴。

（1）选用澳大利亚生产的VLD-1000型孔底马达式定向千米钻机，在大宁矿的煤层条件下，可以实现千米左右的顺层枝状长钻孔施工。

（2）研究表明，在大宁矿实施的顺层千米枝状长钻孔随着钻孔长度的增加，其抽采瓦斯量也相应增加，表明在试验条件下实施长钻孔对抽采瓦斯是有效的。

（3）通过研究，确定了在试验条件下不同抽采时间达到45%预抽率的钻孔合理间距。

（4）大宁矿通过实施井下顺层千米枝状长钻孔抽采瓦斯，首采面经过1.5年的预抽，预抽率达到近49%，矿井的瓦斯抽采率达到70.35%。

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商水县13042837562： 试述井下煤层气抽采的方法有哪些分类 - ？
广追丹红： 抽采方法1、穿层钻孔抽采 通过煤层顶板或底板开掘巷道(也可是相邻煤层巷 道)向被抽采煤层打钻孔进行瓦斯抽采,以降低被抽 采煤层在采掘过程中瓦斯涌出量和突出危险性,或 者是减少邻近层涌向开采层的瓦斯,这种抽采方式 叫穿层钻孔...

商水县13042837562： 煤层顺层钻孔抽采能否与高位抽采使用同一趟抽采管道 - ？
广追丹红： 不能.顺层钻孔需要高负压抽采,高位需要低负压抽采,另外高位为低负压高浓度抽采;另外,现在国家都强制性的区分高、低负压抽采,顺层钻孔、穿层钻孔(未卸压)一般都是高负压抽采;上隅角、采空区(老塘)一般都是低负压抽采,是不可以使用同一趟管道的.

商水县13042837562： 煤矿上瓦斯抽采钻孔的封孔长度和封孔深度各是指哪一段?最好有权威的定义？
广追丹红： 《防突规定》要求穿层钻孔封孔深度大于5米,顺层钻孔封孔深度大于8米.你说的概念估计是指顺层钻孔的封孔,近水平或缓倾斜煤层的顺层钻孔一般采用聚氨酯分段封孔,8米不是全程都要封.应用上一般没有详细的区分这两个概念,不用纠结.

商水县13042837562： 6.2米采高特厚煤层瓦斯抽放钻孔怎么打 - ？
广追丹红： 区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯两类.预抽煤层瓦斯可采用的方式有:地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔...

商水县13042837562： 煤矿瓦斯抽放需要哪些设备? - ？
广追丹红： 首先抽采需要打孔,需要若干台钻机; 其次就是抽采系统,现在一般都是高低浓度两套抽采系统,抽采系统主要设备有:地面抽采泵(水环式为主)、汽水分离器、隔爆器以及抽采主管等管道.如果矿比较小,节约成本以及想快速形成的话,可考虑利用井下移动抽采泵(安装在进风系统),排出正压混合气体直接排入总回风或接出地面.

商水县13042837562： 关于煤层气的开采,先打穿层钻孔,再顺层? - ？
广追丹红： 呵呵,很多都是经验性的.尤其是煤层气开采,中国起步较晚,目前也才不过10多年时间,而且相对于成功开发煤层气工业气流的美国,我们国家的煤层气田地质构造,煤层其藏地质情况也大不同于美国.所以很多都是经验性的东西,暂时还没有一套非常规范的标准和规定.拿某些资深专家的话说,目前中国煤层气的开采开发,其实就是摸着石头过河.不过随着石油公司加大对在山西晋城、陕西韩城等比较具有开采价值的煤层气田的投入,相信我国煤层气事业将会取得很大成功