煤矿井上下灾害治理项目

　　关键技术综述

　　近年来，在河南能源的大力支持下，煤层气公司以煤矿灾害治理项目为依托，紧紧围绕“煤矿井上下瓦斯治理+煤层气开发利用”基本盘，积极向“煤矿水害地面区域超前治理”+“定向长钻孔综合灾害治理”多元化发展探索，同时建设了一批井上下灾害治理标杆项目，取得了显著成效。通过工程项目实施，结合不同矿区实际条件，形成了不同类型的灾害治理模式及关键技术体系，为复杂地质条件矿区复合型灾害治理提供了借鉴和指导。

　　一

　　煤矿区顶板水平井分段压裂高效抽采关键技术

　　贵州新田项目位于贵州省毕节市黔西县甘棠镇梨子冲村，2020年4月，根据《煤矿井上下三区联动抽采煤层瓦斯示范工程会议纪要》（黔能源专议[2019]39号）及《关于同意贵州豫能投资有限公司新田煤矿开展井上下三区联动抽采煤层瓦斯示范试点工程建设的批复》（黔能源科技[2020]52号），河南省煤层气开发利用有限公司积极组织成立了以李广生为牵头人的专业技术团队，配齐了项目组人员。2020年4月，煤层气公司依托贵州省能源局主导的新田煤矿井上下“三区联动”抽采煤层瓦斯示范项目”，在矿井规划区部署实施了1口顶板L型水平井，通过深入剖析矿井地质构造及煤储层特征，优化研究目标层位优选、优快钻完井、精准分段压裂及智能化精细排采等系列关键技术，初步形成了一套适宜于新田矿区的煤层瓦斯高效抽采关键技术体系。同时项目克服了上部灰岩地层漏失、着陆点垂深难以确定、井眼轨迹控制难度大、套管下入困难等技术难点，创下了同时期贵州省煤层气顶板水平井施工水平段最长、水垂比最大、水平段钻进时效最快、水平段探煤次数最多、目的层钻遇率最高的多项新纪录。截止2025年1月，该井最高日产气5334m3/d，并持续以4000m3/d的产能高位运行，已累产近370万m3。项目的成功实施，受到了贵州省市地方政府、河南能源及兄弟企事业单位各级领导的一致肯定及高度关注。目前该项目已发表科技期刊论文十数篇，申报专利8项，获得了河南能源科技进步一等奖，科技成果通过中国煤炭协会鉴定，达到了国际先进水平，同时，该技术在新疆榆树岭煤矿、贵州能源戴家田煤矿、河南省鹤煤九矿等一批煤矿得到了进一步推广应用。

　　二

　　深井碎软近距离多煤层径向水平孔联作分层压裂瓦斯高效抽采技术

　　2022年1月，煤层气公司首次承揽了冀中能源集团重大科技专项--山西金地赤峪煤矿瓦斯地面钻井治理工程示范项目。重点为了解决矿井大埋深碎软近距离煤层群（2号、3号、4号，f值0.22、煤厚1.5-2.5m、层间距7m）地面瓦斯抽采工艺复杂、工程施工难度大、治理成本高，井下瓦斯抽采时间长、治理难度更大，上部煤层回采时下部煤层瓦斯涌出量大实施拦截工程效果差，采掘接替失调等问题。针对矿井地质构造复杂、埋深大、应力高、煤层碎软易塌孔、近距离煤储层改造困难等难点，项目通过优快钻完井、高压水射流径向水平孔、层间暂堵联作分层压裂、精细化排采等系列关键技术优化实施，单井稳产产能突破1000m3/d，整体成效显著。该项目采用地面丛式定向井高压径向水平孔联作分层压裂高效抽采模式一次性进行3层煤集中治理尚属国内首例，整体效果得到了峰峰集团、山西金地煤焦公司及赤峪煤矿各级领导的肯定。实现了百万吨突出危险区工作面小投入高回报及降低瓦斯突出风险的示范效应，同时为具有类似地质条件的矿井提供了新的瓦斯治理途径。

　　三

　　单一厚煤层异常区瓦斯地面采动井高效抽采关键技术

　　鹤煤六矿2125工作面存在煤厚异常区（煤厚最大处25m且存在分叉带），采用井下顶板高位裂隙长钻孔进行瓦斯抽采，易出现煤层段塌孔、泥岩段泥化卡钻、变坡度施工等困难，采用顶板高抽巷又存在工期紧、成本高、接替紧张问题。为针对性解决2125工作面回采时易造成回风流及上隅角瓦斯涌出量大易超限问题，河南能源领导高度重视，组织能源事业部、煤层气公司及鹤煤公司相关技术人员一起认真商讨技术路线，最终确定采用地面采动井的方式进行煤厚异常区瓦斯地面抽采。2022年7月，采动井正式开工，截止2024年4月，3口采动井累计抽采混量200余万m3，累计抽采纯量近60余万m3，平均浓度30%，回采期间工作面回风流及上隅角瓦斯浓度维持在0.1%～0.2%左右。项目基于“钻得进、治得住、低成本、无隐患”的原则，通过精确优选井位层位、精准优化井身结构、地层精细刻画、安全高效钻完井、精细抽采控制等关键技术实施，探明了煤厚异常区地质体情况，实现了工作面的安全高效开采。为具有类似地质条件的高突矿井瓦斯治理提供了技术方向引领。

　　四

　　地面定向长钻孔区域超前治理煤层底板灰岩水技术

　　为了进一步提高煤层底板灰岩水害治理技术的可靠性，降低工作面水害威胁，解决矿井工作面面临的底板灰岩岩溶裂隙发育、水压高、富水性强、井下钻孔施工工程量大、施工工期长等安全技术问题，煤层气公司承担了焦煤公司中马村煤矿3907工作面超前区域治理防治水工程。选取L8、L2灰岩含水层作为治理目标层位,设计施工2个主孔，20个定向近水平分支孔,累计钻探进尺8293m,注浆干料（水泥、黏土）41877t。探孔作业结果及巷道掘进施工情况表明，应用地面区域水害治理技术已将L8、L2灰岩含水层改造成了弱含水层，治理效果良好。该技术体系在中马村矿3903东运输底抽巷外围治理、3908工作面区域治理、龙王庄煤业1301工作面区域治理等项目中成功推广应用。

　　五

　　回采工作面定向高位长钻孔高效瓦斯抽采技术

　　为解决回采工作面上隅角瓦斯积聚问题，消除瓦斯超限及爆炸、燃烧风险，同时规避高抽巷掘进成本高、施工时间长，上隅角埋管抽采浓度低、纯量小，传统高位钻孔抽采施工循环多、效能低等多方面不足，煤层气公司承揽了红岭煤业1703工作面定向高位长钻孔项目。结合煤层顶板岩性、采高、开采强度等因素，通过优选钻孔布置层位，实现了煤层顶板裂隙带瓦斯高效抽采，将工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.2%以下，彻底消除了瓦斯风险，有效降低了回采期间回风流的瓦斯浓度，有力保障了工作面安全高效生产。同时实现了“以孔代巷”治理采空区瓦斯治理，节约一条顶抽巷，经济效益巨大。目前，该技术在富源煤业217工作面等地点进行了推广应用。

　　六

　　顺层气动定向长钻孔区域瓦斯精准预测技术

　　针对城郊煤矿煤层埋深大、煤质较软、地层压力大、钻孔施工过程中容易塌孔、传统取样钻孔取样位置偏差较大、取样结果不准确等情况，煤层气公司承担了该矿“顺层气动定向长钻孔钻进及精准取样”项目。通过优化定做适宜于碎软煤层的定向气动螺杆钻具及配套系统，大大减少了塌孔机率，有效提高了施工效率，实现了钻孔轨迹可控、成孔深度大、钻进效率高等目标。项目施工成孔最大孔深为258m，有效覆盖了300m范围待掘巷道瓦斯抽采区域，达到城郊煤矿顺层钻孔历史最深，实现了煤层钻孔长距离定点精准取样。进行定向定点取样同时，对工作面地质构造及煤层赋存情况行了精准探测，且实现了对工作面大范围区域瓦斯抽采治理，真正实现了“一孔多用”，意义重大。

　　七

　　定向长钻孔超前探技术

　　为超前探测巷道掘进方向地质构造、煤层赋存及水文地质情况，同时解决短探短掘探钻施工频繁、周期长，严重制约巷道单进问题，煤层气公司承担了大众煤矿21上采区03工作面下底板抽放巷定向长钻孔超前探测项目。根据钻具前端探管对钻孔施工轨迹进行探测上图，通过控制螺杆钻具，调整钻孔施工轨迹，实现对钻孔施工的精度，做到“指哪打哪”。同时利用瞬变电磁技术扩大钻孔控制的范围，精确定位孔旁未知的含/导水地质异常，实现了一孔多用、为新钻孔提供地质靶标、减少打孔数量等多重目的，有效保障煤矿的安全快速采掘。项目施工成孔最大孔深为399m，结合分支钻孔探明了前方569m范围待掘巷道区域地质情况，极大地缩短了施工工期，降低了施工成本，成效显著。该技术在红岭煤矿1703下巷底板巷F33断层探测、-600m轨道下山掘进和2105下底板巷掘进等施工中取得很好的应用效果，高效助力了安全生产工作。

　　八

　　“三软”大采长工作面以孔代巷高效瓦斯治理技术

　　为了解决常规钻孔不能有效控制工作面回采区域中部及施工中间底抽巷掘进工程量大、瓦斯治理成本高、治理周期长等问题，煤层气公司承担了云顶煤业“三软”大采长工作面以孔代巷高效瓦斯治理项目。通过在13020工作面外段采用定向钻机施工穿层钻孔，避免了常规钻孔易飘钻形成治理空白带的问题，对工作面回采区域煤层瓦斯进行了精准预抽，实现了高瓦斯大采长工作面（切眼长度≥180m）减少搬家倒面次数、集约化高效生产。煤层气公司结合豫西鸡窝煤赋存特征，按照“地质先行、精细钻进、均匀冲煤、全程筛管、封堵严密、高效抽采”的工艺要求，通过在云顶煤业采用定向钻进技术，实施穿层钻孔精准预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施，为解决钻孔钻进难、冲孔难、下管难等问题，破解豫西“三软”煤层瓦斯治理瓶颈，开辟出了一条精准高效的瓦斯治理新路径。