寺河煤矿采动区地面钻井破坏特征研究
发布时间：2021-11-10 23:07
为了提高寺河煤矿采动区地面钻井的稳定性,研究采煤过程中地面钻井的失效特征具有重要意义。研究通过相似试验模拟煤层开挖过程,以分析地面钻井的高危破坏期、高危破坏位置及相应的钻井失效模式。结果表明,当采煤工作面推过寺河煤矿的采动区地面钻井150 m后,地面钻井处于高危破坏期;在破坏期内,钻井高危失效位置易出现在上覆岩层中的硬-软岩层交界处以及厚-薄-厚组合岩层中;其中,钻井在硬-软岩层交界处遭受剪切错断而失效,在厚-薄-厚组合岩层内遭受挤压堵塞而失效。
【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(03)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
地面钻井位置图
试验采用二维相似模拟试验台进行，试验台长300 cm，高235 cm，宽20 cm，采场前后各预留30cm的煤柱。上覆岩层高为233.4 cm，直接模拟到地表松散层，所以无需液压加载提供额外压力。试验选取碳酸钙，石英砂做骨料，石膏，水做胶结材料，利用特质器具将岩层水平均匀压实，并在不同岩层之间铺设氟金云母粉以模拟自然岩层交界面。模型的几何相似常数为1/150，密度相似常数为0.62，应力相似常数为0.004 1，时间相似常数为0.082。5301工作面的上覆岩层地质柱状图如图2。二维相似试验模型正面图如图3。试验通过布置典型竖向测线模拟地面钻井，该竖向测线位于距开切眼110 cm处。在测线上每间隔8 cm布置1个位移监测点，共计21个测点。试验采用分步开挖方式模拟采煤工作面不断推进，每隔2 h开挖5 cm，模拟实际采煤过程中工作面每天推进7.5 m。工作面推进过程中，上覆岩层自下而上出现弯曲下沉，各测点处会产生横向、竖向位移变化。当岩层变化达到相对稳定后，精确监测各个测点的水平和竖向位移量大小分布。
当采煤工作面和钻井之间距离分别为-30、45、105、150、195 m时，用5条不同的曲线表示相应距离下的钻井位移量大小及分布。由图4(a）可知，当工作面未推过钻井且距离钻井30 m时，在煤层上方120 m高度内钻井无明显水平位移变化。然而，在工作面推过钻井以后，钻井的水平位移随着工作面推进而快速增大。当工作面推过钻井150 m时，钻井的整体水平位移达到最大，其中在煤层上方125、195、240 m处，钻井的相对水平位移高达60～75 mm。由图4(b）可知，当工作面未推过钻井且距离钻井30 m时，钻井竖向位移小于20 mm。当工作面推过钻井后，随着工作面推过钻井距离增加，钻井的竖向压缩位移不断增大，且距离煤层越近，钻井的竖向位移增加速度越快，并在煤层界面处达到位移峰值。当工作面推过钻井150 m后，钻井竖向位移大小基本保持不变，此时在煤层上方120 m和249 m处钻井的相对竖向位移最大可达85 mm。图4 钻井的位移大小和分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]大直径地面钻井采空区采动区瓦斯抽采理论与技术[J]. 袁亮,郭华,李平,梁运培,廖斌琛. 煤炭学报. 2013(01)
[2]地面井层面拉剪破坏模型及极限分析判识方法[J]. 孙海涛,郑颖人,郭盛强,刘见中. 中国矿业大学学报. 2013(01)
[3]新型抗弯、抗剪地面钻井井身结构研究与应用[J]. 刘应科,周福宝,刘春,胡胜勇,王圣程. 中国煤炭. 2012(01)
[4]采动影响下采区上覆岩层层间剪切滑移模型分析[J]. 刘东燕,孙海涛,张艳. 岩土力学. 2010(02)
[5]地面钻孔抽采采空区瓦斯效率影响因素[J]. 李日富,梁运培,张军. 煤炭学报. 2009(07)
[6]淮南矿区地面钻井抽采瓦斯技术实践[J]. 梁运培. 采矿与安全工程学报. 2007(04)
[7]基于岩层移动的“煤与煤层气共采”技术研究[J]. 许家林,钱鸣高,金宏伟. 煤炭学报. 2004(02)
[8]地面钻井抽放上覆远距离卸压煤层气试验研究[J]. 许家林,钱鸣高. 中国矿业大学学报. 2000(01)
本文编号：3488121
【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(03)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
地面钻井位置图
试验采用二维相似模拟试验台进行，试验台长300 cm，高235 cm，宽20 cm，采场前后各预留30cm的煤柱。上覆岩层高为233.4 cm，直接模拟到地表松散层，所以无需液压加载提供额外压力。试验选取碳酸钙，石英砂做骨料，石膏，水做胶结材料，利用特质器具将岩层水平均匀压实，并在不同岩层之间铺设氟金云母粉以模拟自然岩层交界面。模型的几何相似常数为1/150，密度相似常数为0.62，应力相似常数为0.004 1，时间相似常数为0.082。5301工作面的上覆岩层地质柱状图如图2。二维相似试验模型正面图如图3。试验通过布置典型竖向测线模拟地面钻井，该竖向测线位于距开切眼110 cm处。在测线上每间隔8 cm布置1个位移监测点，共计21个测点。试验采用分步开挖方式模拟采煤工作面不断推进，每隔2 h开挖5 cm，模拟实际采煤过程中工作面每天推进7.5 m。工作面推进过程中，上覆岩层自下而上出现弯曲下沉，各测点处会产生横向、竖向位移变化。当岩层变化达到相对稳定后，精确监测各个测点的水平和竖向位移量大小分布。
当采煤工作面和钻井之间距离分别为-30、45、105、150、195 m时，用5条不同的曲线表示相应距离下的钻井位移量大小及分布。由图4(a）可知，当工作面未推过钻井且距离钻井30 m时，在煤层上方120 m高度内钻井无明显水平位移变化。然而，在工作面推过钻井以后，钻井的水平位移随着工作面推进而快速增大。当工作面推过钻井150 m时，钻井的整体水平位移达到最大，其中在煤层上方125、195、240 m处，钻井的相对水平位移高达60～75 mm。由图4(b）可知，当工作面未推过钻井且距离钻井30 m时，钻井竖向位移小于20 mm。当工作面推过钻井后，随着工作面推过钻井距离增加，钻井的竖向压缩位移不断增大，且距离煤层越近，钻井的竖向位移增加速度越快，并在煤层界面处达到位移峰值。当工作面推过钻井150 m后，钻井竖向位移大小基本保持不变，此时在煤层上方120 m和249 m处钻井的相对竖向位移最大可达85 mm。图4 钻井的位移大小和分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]大直径地面钻井采空区采动区瓦斯抽采理论与技术[J]. 袁亮,郭华,李平,梁运培,廖斌琛. 煤炭学报. 2013(01)
[2]地面井层面拉剪破坏模型及极限分析判识方法[J]. 孙海涛,郑颖人,郭盛强,刘见中. 中国矿业大学学报. 2013(01)
[3]新型抗弯、抗剪地面钻井井身结构研究与应用[J]. 刘应科,周福宝,刘春,胡胜勇,王圣程. 中国煤炭. 2012(01)
[4]采动影响下采区上覆岩层层间剪切滑移模型分析[J]. 刘东燕,孙海涛,张艳. 岩土力学. 2010(02)
[5]地面钻孔抽采采空区瓦斯效率影响因素[J]. 李日富,梁运培,张军. 煤炭学报. 2009(07)
[6]淮南矿区地面钻井抽采瓦斯技术实践[J]. 梁运培. 采矿与安全工程学报. 2007(04)
[7]基于岩层移动的“煤与煤层气共采”技术研究[J]. 许家林,钱鸣高,金宏伟. 煤炭学报. 2004(02)
[8]地面钻井抽放上覆远距离卸压煤层气试验研究[J]. 许家林,钱鸣高. 中国矿业大学学报. 2000(01)
本文编号：3488121
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