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1、焦煤集团屯兰矿12408工作面“L”型地面煤层气井抽采试验方案山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司2015 年 3月屯兰矿采动区“L”型井试验方案目 录1 前言11.1 项目背景11.2 方案编制依据12地质概况22.1 地层22.2构造32.3煤系发育状况52.4水文地质特征63 “L”型井设计方案73.1 选区原则73.2井位布置73.3 井眼轨迹设计93.4井身结构设计103.5井身质量要求113.6钻井液设计113.7录井要求113.8固井设计123.9固井注水泥浆技术要求123.10安全要求134 地面抽采系统设计144.1 地面煤层气抽采管路管径的确定144.2 地面煤层气抽采设备的
2、选型144.3 地面抽采管路布置及设备安装194.4 抽采参数监测及记录要求225 投资概算236施工进度安排257结论及建议267.1 “L”型井应用效果267.2 结论及建议26 21 前言1.1 项目背景山西焦煤集团屯兰矿具有工作面瓦斯治理难度高、治理压力大的困惑，地面煤层气井能缓解煤矿的瓦斯治理压力；经过“十一五”国家科技重大专项对采动影响区井试验的摸索及“十二五”重大专项前期研究成果，基本达到了利用采动影响区地面井治理采煤工作面上隅角瓦斯超限问题的目的。考虑到煤层气采动井直井地面抽采瓦斯范围有限，覆盖的采动区范围较小，为此有必要考虑在竖直地面井的基础上加一段水平孔，形成“L”地面井煤
3、层气抽采方式，通过合理的优化布置，对“L”采动影响区地面井进行研究。针对当前屯兰矿工作面瓦斯治理难度大和地面垂直预抽井不能短期解决工作面瓦斯大的现状，研究试验“L”型井钻井工艺和瓦斯抽采技术，解决工作面上的瓦斯问题是必要的。通过合理的优化布置，对“L”型采动影响区地面井进行研究。以实现覆盖范围广、抽采瓦斯效果优的目的，在竖直采动影响区井的成功试验的基础上，将取得较好的安全效益和经济效益。1.2 方案编制依据本方案编制依据：1）屯兰矿煤层气抽采数据及2#煤层底板等高线图。2）屯兰矿区域地形图（1：10000）。3） 屯兰矿12408工作面掘进地质图。4）屯兰矿12408工作面掘进地质说明。5）屯
4、兰矿采掘平面图。屯兰矿采动区“L”型井试验方案2地质概况2.1 地层西山煤田位于吕梁太行断块、五台山块隆的古交掀斜地块，地层出露较齐全（见表2-1）。自西向东,由西北向东南地层由老到新依次分布，太古界变质岩分布于西山煤田的西部及西北部；上元古界长城系霍山砂岩不整合覆盖其上；寒武奥陶系碳酸盐岩构成煤田基底；石炭二叠系平行不整合于奥陶系灰岩剥蚀面之上；三叠系分布于煤田的中南部；第三系、第四系多分布于丘陵地区及近代沟谷中。表2-1 区域地层简表界系统组段代号厚度(m)出露面积(Km2)新生界(Kz)第四系全新统Q40-4551.28中上更新统马离组Q2+30-112276.11上第三系上新统保德组N
5、20-7225.76中生界(Mz)三叠系中统二马营组T2er325下统和尚沟组T1h120-155刘家沟组T1l432-50021.78古生界(Pz)二叠系上统石千峰组P2sh102-165.7173.65上石盒子组上段P2s2119-247下段P2s1105-296下统下石盒子组上段P1x222-67下段P1x122-84山西组P1s20.9-85石炭系上统太原组C3t58.26-136中统本溪组C2b8.5-55奥陶系中统峰峰组二段O2f216-7045.69一段O2f157-92上马家沟组三段O2s353-85二段O2s299-170一段O2s147-85下马家沟组三段O2x332-68
6、二段O2x236.5-74一段O2x153-69下统亮甲山组O1l27.3-131.6813.31冶里组O1y14.6-102寒武系上统凤山组3f40-6014.50长山组3c5-10崮山组3g6-26中统张夏组2z56-140徐庄组2x20-53.5上元古界(Pt)震旦系长城系霍山群ZCh20-403.65ZCh1384太古界Ar吕梁山群Ar150017.052.2构造根据断块学说，西山煤田位于我国华北断块吕梁太行断块、五台山块隆的古交掀斜地块，煤田西部边缘为狐堰山山字型褶皱带（见图2-1）。古交掀斜地块以古交为中心，地块内地层展布南新北老，总体上由东、北、西三面向内缓倾斜，向SSW倾伏的不
7、对称向斜构造。石千峰一带出露三叠系下统，产状平缓，倾角一般小于10；西山中部及清徐、交城北部的地层以石炭二叠系为主，地层产状均较平缓；煤田北部及汾河河谷广泛出露奥陶系、寒武系，地层产状平缓。局部地段显示一些规模不大的断裂及褶皱，构造线方向大多呈NE向或NEE向（如古交、王封一带），少数呈近东西向或近南北向小型宽缓褶皱。东部受新华夏系控制，西部以经向构造为主。主要褶皱：西部有马兰向斜和东社向斜，中部有石千峰向斜，受NW向的土堂断层、西铭断层和NNE向的晋祠断层及NE向的清交大断裂控制，煤田内部以NE或NEE向地层为主，且多呈地垒形式出现。狐堰山山字型褶皱带位于五台山块隆西南缘，其西侧以白家滩断裂
8、与吕梁山块隆相邻。向西凸出的前弧与其两侧向东凸出的反射弧呈南北向展布，延长约60km，脊柱在狐堰山主峰睦联坡之间，前弧由一系列弧形褶皱和逆冲断层所构成，卷入的地层有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系。北侧反射弧主要由白家滩逆断层和两侧的向斜以及营立西褶皱群、营立断层组成，白家滩逆断层为向东凸出的弧形断层；南侧反射弧主要由西社断裂和价家山向斜构成，二者均呈向东凸出的弧形，向斜的西翼陡，东翼缓，断裂西盘向东逆冲。山字型脊柱部分由一系列东西向短轴褶皱组成。这些褶皱中的背斜多被偏碱性二长岩所占据。前弧顶部的背斜也控制了一些二长岩体的分布。该山字型褶皱是由南北向构造带在不均衡的东西向挤压作用下形成的。1、向
9、斜 2、背斜 3、正断层 4、逆断层 5、平移断层 6、推断断层 7、上升泉、下降泉 8、火成岩图2-1 西山煤田构造略图2.3煤系发育状况含煤地层为太原组和山西组，山西组厚度为24.67-64.37m，平均厚度为44.54m，含煤系数为13.99%，太原组厚度为81.51-125.22m，平均厚度为104.80m，含煤系数7.5%。井田内可采煤层共10层，依次为02、03、2、3、4、6、7、8、9、10号煤层，其中02、2、8、9号煤层为主要可采煤层，稳定可采，03、6号煤层为较稳定可采煤层，其余为不稳定煤层气。目前矿井的主采煤层气为2#和8#煤，具体见下表：含煤地层煤层编号煤层厚度（m）
10、煤层间距（m）容重t/m3稳定性山西组020-2.320.741.33较稳定7.03030.06-1.130.601.39不稳定2.9510.28-1.130.531.40不稳定3.7821.47-5.223.271.36稳定0.7130.15-1.850.151.36不稳定7.1240.05-3.541.241.42不稳定5.2450.10-2.400.601.42不稳定21.88太原组60.10-1.911.941.40不稳定23.5870.45-1.080.821.34稳定17.5781.15-5.183.451.33稳定0.718a0.10-1.300.591.38不稳定13.2090
11、.43-2.881.651.38稳定3.98102.10-1.400.591.37不稳定2.4水文地质特征本区受水动力条件、埋藏条件以及水化学条件的控制，地下水补给条件较差，属于径流封闭区，岩溶水总体上由西北至东南流经本区。奥陶系岩溶水主要赋存于峰峰组上段和上马家沟组中上段。峰峰组大部不含水；上马家沟组富水性弱-中等;下马家沟组富水性极弱。本区隔水岩柱总体上为北高南低，东高西低，随着煤层埋深的增加，隔水岩柱的厚度有不断加厚的趋势，但很不均匀，局部地段由于构造的作用影响，其厚度变化较为突出。本区出露山西组顶部及其以上地层，其余深埋地下，构造十分发育，主要构造线方向为NE，且成组多呈地垒形式。地层
12、形态为一由NNE向SSW倾伏的波浪状单斜构造，目前断层、陷落柱导水性较差，但随着采深的增加，受水压力、隔水层厚度以及采动等因素的影响，其导水性将会有所改善。本区地层中构造发育，有陷落柱、断层存在，为奥灰岩溶形成的塌陷所致，对煤层气开发布井有较大影响。因此，在煤层气开发时，应对断层、陷落柱的分布进行研究。63 “L”型井设计方案3.1 选区原则1）地面情况：选择地形缓且交通便利的位置施工，便于施工，投运，集输及利用。 2）煤炭采掘衔接：通过和矿方沟通，结合矿方采掘衔接计划，“L”型井布置位于南四盘区12408工作面，靠近采区回风巷一侧，瓦斯抽采层位为2#煤层顶板冒落带中，解决矿方巷道采掘工程中的
13、瓦斯问题效果较好。3）地质方面： （1）构造方面：对于地质构造复杂，断层及陷落柱发育的地区，水平段布置时应尽量避免或减少构造对其影响。 （2）布置在瓦斯富集区。 （3）水平段应垂直主裂隙方向，或者同主裂隙大角度斜交方向，使水平井的生产影响范围最大。 4）水平段与平面有一定的交角，利于钻井施工。5）井场位置尽量靠近已施工的钻孔，以便后期供电及管网建设，节省投资。根据屯兰矿矿方要求，结合以上原则，在屯兰矿南四盘区12408工作面布置 “L”型井1口。3.2井位布置为了降低井下抽采的成本，减轻瓦斯对煤矿生产的危害，同时结合屯兰矿井下煤矿采掘规划需要，综合考虑各方面因素初步于屯兰矿南四盘区12408工作面布置 “L”型井1口。设计井位如下所示：12408工作面井下位于南四盘区，南接12412工作面，西北为12406、12402采空区，东北为大川河煤矿。工作面南北走向，长度约956米。工作面内未进行预抽。工作面整体为单斜构造,向南西倾斜,煤层倾角35, 该区地质构造相对复杂，工作面穿过落差为6-18米断层，对掘进施工影响较大，同时可能会存在伴生断层影响，巷道可能出现裂隙增多现象。“L型”采动井布置过程中要靠近回风巷一侧；同时尽量减小
