浅析水埠煤矿24402综采工作面上隅角瓦斯综合防治技术

煤矿瓦斯是一种在煤矿开发过程中产生的气体,在煤矿井底进行采矿的过程中,瓦斯气体从煤层中涌出,它无色无味、易燃易爆。生产过程中常见的煤矿瓦斯事故灾害表现形式有瓦斯窒息、瓦斯燃烧、瓦斯爆炸、瓦斯爆炸引起的煤尘爆炸或火灾等。煤矿瓦斯对企业生产安全有重大威胁,是煤矿企业发生灾害的主要原因,也是目前煤矿安全生产中最突出的一个问题。近年来,我国煤矿瓦斯事故频发,给国家和人民生命财产造成重大损失。做好瓦斯治理工作,对煤矿的安全生产具有重要意义。

煤孔隙结构对瓦斯解吸−扩散−渗流过程的影响

充分认识煤层瓦斯运移机制是提升抽采效率的根本前提。而目前针对煤体瓦斯微观运移特性的研究探讨的多是煤微观孔隙瓦斯运移特性,忽略了瓦斯解吸−扩散过程。以焦煤为例,采用压汞测试、纳米级工业CT扫描和数值仿真,精准重构并定量表征了煤孔隙空间结构,从微观角度分析了瓦斯解吸−扩散−渗流的演化过程,初步探讨了煤孔隙空间结构对瓦斯运移的影响。结果表明:①在孔隙中心位置的瓦斯压力相对较高,解吸−扩散由孔隙中心向边缘进行,不同时间及位置上瓦斯压力分布规律差异明显,造成瓦斯压力分布差异性的原因在于各代表性体积(REV)单元中孔隙与喉道的半径、长度、形状、连通性能不同。②孔隙结构和拓扑优势拓展了瓦斯解吸−扩散−渗流范围,大尺寸孔隙结构能为气体分子提供多元化运动空间,削弱尺寸效应对扩散广度的影响,促进瓦斯解吸−扩散速率。③强非均质连通孔隙结构中,瓦斯渗流分散而高效,能通过广泛沟通煤基质完成气体由扩散到渗流的转变,提升瓦斯传质效率;弱非均质连通孔隙结构中,气体渗流路径单一、流线集中,渗流传质阻力较大,气体分子由扩散到渗流的转变效率低,不利于瓦斯高效运移。研究结果从微观角度丰富了煤体瓦斯运移理论,为瓦斯抽采工程实践提供了理论基础。

开采保护层与预抽煤层瓦斯防突效果分析

为比较开采保护层与预抽煤层瓦斯防突效果,以1124(3)运顺开采保护层段和预抽煤层瓦斯段煤巷掘进为试验对象,统计了试验地点煤巷掘进期间残余瓦斯含量、钻屑瓦斯解吸指标K1、钻屑量等防突指标,采用假设检验方法推断了各防突指标是否有差别,分析了开采保护层段和预抽煤层瓦斯段各防突指标产生差别的原因,验证了开采保护层区域防突措施比预抽煤层瓦斯区域防突措施更加安全可靠。

基于瓦斯防治工程的隐伏构造勘查与瓦斯异常区域预测

隐伏构造勘查与瓦斯异常区域预测研究是瓦斯灾害防治工程的基础。根据中国煤矿生产法律规章,开采具有瓦斯灾害危险的煤层前,必须实施瓦斯抽放工程。通常,地质异常区域即是瓦斯灾害危险区,构造应力场和采动应力场的叠加会扰动煤体并加压瓦斯。为精准定位地质异常区,评价其瓦斯致灾潜能,提出了一种基于瓦斯抽采工程进行瓦斯异常区域勘测的研究方法。该方法利用抽采钻孔参数和施工记录,采集钻孔数据并计算煤层顶底板控制点坐标,进而利用二维投影图件及三维应力场模型对隐伏地质构造(如小的断层、褶曲、局部煤厚异常变化等)进行勘查和预测;通过分析小型地质构造周围的附加应力场,并对瓦斯致灾潜能进行动态预测。应用该方法,可以对地质异常区进行精细调查,揭示采煤工作面瓦斯地质演化的一般规律。其研究结果为高瓦斯或突出煤层瓦斯灾害防治措施优化设计及有效实施提供科学依据。

仰斜开采、下行通风采煤工作面瓦斯抽采工艺研究

对于绝对瓦斯涌出量较大的采煤工作面,单纯依靠通风的方法难以把采煤工作面风流中的瓦斯浓度控制在规定的允许范围内,需要采取针对性瓦斯抽采措施。开滦集团钱家营矿业分公司针对钱家营矿2022E采煤工作面瓦斯涌出特点进行分析,研究并实施适合仰斜开采、下行通风的采煤工作面上隅角埋管抽采工艺,有效解决了采煤工作面上隅角瓦斯涌出问题,避免了采煤工作面上隅角瓦斯超限,确保了2022E采煤工作面安全生产。

煤矿井通风安全及瓦斯防治技术研究

本文研究煤矿井通风安全及瓦斯防治技术,概述煤矿通风的重要性和瓦斯防治技术,探讨瓦斯生成机理与特性、瓦斯检测监测技术、瓦斯抽放技术、瓦斯治理技术、安全设备与防护措施以及瓦斯事故应急处置。

基于煤样残余瓦斯压力的煤层瓦斯压力推算方法研究与应用

煤矿瓦斯灾害防治亟需一种操作简单、测定准确、适用性强的煤层瓦斯压力确定方法。首先,从理论上对煤样残余瓦斯压力影响因素进行了分析;然后,实验研究了煤样残余瓦斯压力与煤样初始瓦斯压力的关联性,并提出了基于煤样残余瓦斯压力的煤层瓦斯压力推算方法;最后,进行了工程应用。研究结果显示:煤样残余瓦斯压力主要受控于煤层瓦斯压力、煤样粒度、瓦斯解吸时间和煤质特性,煤样残余瓦斯压力和煤样初始瓦斯压力呈线性关系,采用煤样残余瓦斯压力推算的煤层瓦斯压力相对可靠。

保护层开采条件下卸压瓦斯治理技术实践

针对下峪口煤矿保护层开采条件下上保护层工作面回采过程中瓦斯超限问题,以及被保护层3号煤层回采工作面瓦斯治理难题,通过对工作面瓦斯涌出预测及分析瓦斯来源,确定合理的瓦斯抽采方案。结合中近距离煤层条件下煤与瓦斯共采技术,确定采用合理布置穿层钻孔抽放卸压瓦斯、采空区埋管抽放瓦斯、顺层钻孔预抽、边抽边采等综合瓦斯治理方案。试验结果表明,4216工作面回采期间未发生瓦斯超限问题;上保护层回采初期(15~35 m)卸压瓦斯抽采进入活跃期,钻孔施工应当超前工作面35 m施工;也表明该综合瓦斯治理方案有效可行,研究成果对韩城矿区突出矿井瓦斯防治具有一定的借鉴意义。

煤的原位瓦斯放散初速度测定装置及方法研究

瓦斯放散初速度是鉴定煤与瓦斯突出危险性的重要指标之一。现有研究未将煤的瓦斯放散初速度指标测试与突出鉴定的其他3个指标(煤层瓦斯压力、煤的破坏类型、煤的坚固性系数)的测试有机结合。现行瓦斯放散初速度测定方法基于AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指标(Δp)测定方法》,测定结果仅反映标准实验条件下瓦斯通过煤粒子向外释放的难易程度,未考虑煤层瓦斯赋存的原位环境,无法准确反映现场煤岩体内部瓦斯向外释放的灾害严重程度。针对上述问题,提出了一种原位瓦斯放散初速度测定装置及方法:采用原始煤块代替煤颗粒,用原始瓦斯成分代替甲烷,增加煤体所处瓦斯压力、应力、温度环境,还原测定的原位环境。对某煤矿煤与瓦斯突出煤层进行原位瓦斯放散初速度测定试验,得出结论:①随着模拟瓦斯放散过程的进行,瓦斯放散流量逐渐减小,随时间大致呈负指数变化规律。用瓦斯流量表征原位瓦斯放散初速度,则Δp_(QA)=7.1 mmHg,Δp_(QI)=2.9 mmHg。②随着模拟放散过程的进行,放散空间内的瓦斯压力逐渐增大,放散瓦斯压力增大速度逐渐减小,瓦斯压力随时间变化大致呈对数函数关系。用放散瓦斯压力表征原位瓦斯放散初速度,则Δp_(QA)=25 mmHg,Δp_(PI)=26.6 mmHg,Δp_(PD)=11 mmHg。测定结果可综合反映煤层赋存的双重孔隙结构、煤体的力学特性、煤体内瓦斯的赋存能量、煤层赋存的地应力和温度等原位环境,真实反映煤矿井下发生突出危险性程度。

煤层瓦斯含量快速测定仪的研制与应用

基于煤的瓦斯解吸速度法研制了一种以低功耗微处理器STM32F103RCT6为核心控制单元的CWH200型井下便携式煤层瓦斯含量快速测定仪。介绍了测定仪的理论公式和测定仪总体设计,详细说明了测定仪的硬件模块原理和软件流程。便携式煤层瓦斯含量快速测定仪2种量程自动切换,可在10 min内测出井下现场煤层瓦斯含量,测量结果可实时打印上传,提高了煤层瓦斯含量的测量效率。

深部煤层原位保压保瓦斯取心技术装备及初步应用

深部煤层瓦斯含量精准测定是矿井瓦斯灾害防治和煤层气高效开发利用的基本前提。煤层传统取心技术普遍采用开放式取心,需利用估算方法获得煤层取心过程中的瓦斯损失量,难以保证煤层瓦斯原位参数的准确性和有效性。基于“原位保真取心”学术思想,开发了深部煤层原位保压保瓦斯取心技术,研制了深部煤矿原位保压保瓦斯取心器,并基于三维数值仿真对取心器外管、保压舱体结构与关键薄弱部件进行了强度校核。同时,依托自主研发的保压取心实验室模拟测试平台,测定并分析了保压控制器的保压能力,通过煤矿现场试验验证了取心器的可靠性。研究结果表明:自主研制的取心器具有保压能力强、保压时间长、防扰动性能稳定等优势;取心器在内部流体压力20 MPa和1000 N m扭矩作用下等效应力为121.1 MPa,远小于材料屈服强度,满足强度设计要求;取心器在20 MPa荷载作用下等效应力为63.9 MPa,满足强度设计要求;取心器整体在19.4 MPa压力条件内可持续稳定运行,可以满足大部分深部煤矿瓦斯测试需求;现场测试表明保压保瓦斯取心器的保压控制器闭合情况良好,现场取心率达100%。研究成果可为深部煤层瓦斯含量精准测定奠定理论、技术和装备基础,对于煤矿瓦斯灾害防治和煤层气勘探开发具有重要意义。

高瓦斯煤层大直径钻孔卸压增透瓦斯渗流时空演化机理

矿井瓦斯抽采面临抽采率低、有效抽采周期短、瓦斯预抽体积分数不达标等困境。为实现高瓦斯低透气性煤层的精准卸压增透,以顺和煤矿2404典型深井高瓦斯低透气性煤层工作面为研究对象,基于长时力学效应理论建模、COMSOL数值分析和现场试验等方法,构建了大直径钻孔卸压煤层瓦斯运移多场耦合模型,提出了大直径钻孔瓦斯有效抽采半径的判定指标——残余瓦斯压力不超过0.22 MPa,揭示了大直径煤层钻孔卸压增透机理及瓦斯运移规律:单一大直径钻孔煤层瓦斯压力呈以钻孔圆心为对称中心的椭圆分布,即由钻孔圆心向外瓦斯压力逐渐增加,随着抽采时间延长,抽采达标区域逐渐扩大。钻孔周边应力转移特征为:随着抽采时间增加,单一大直径钻孔周边点的垂直应力呈现先增后降趋势。进一步提出了高瓦斯低透气性煤层大直径钻孔卸压增透抽采技术。模拟确定了钻孔有效抽采半径,孔间距6.0 m、直径300 mm钻孔卸压增透效果最好,其两侧3.0 m内平均渗透率为1.58×10^(-15)m^(2),远大于初始值1.15×10^(-17)m^(2)。现场应用表明,大直径钻孔瓦斯抽采远优于普通钻孔,300 mm大直径钻孔瓦斯体积分数最大值为47.2%,75 mm原钻孔最大瓦斯体积分数最大值仅为10.6%,且大直径钻孔5.0%以上高瓦斯体积分数抽采天数提高了40.2%,有效解决了小直径瓦斯钻孔治理难题,为高瓦斯煤层高效精准卸压增透强化抽采提供了有效途径。

冲击载荷下含瓦斯煤动力学破坏特征与瓦斯渗流规律分析

为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内部裂隙扩展特征及其对瓦斯渗流的影响规律。研究结果表明,冲击载荷和瓦斯压力对含瓦斯煤的动力学性质、变形过程、裂隙扩展和渗流规律均具有重要影响,具体表现在:①受围压和轴压的影响,冲击载荷耦合瓦斯压力条件下的含瓦斯煤应力-应变曲线无明显压密阶段;含瓦斯煤的变形过程主要经历了弹性变形阶段、应变强化阶段及破坏阶段。②冲击载荷的增加对含瓦斯煤动力学参数具有强化作用,气体压力的升高则劣化了含瓦斯煤动力学参数;冲击载荷越大,瓦斯压力越高,含瓦斯煤的裂隙扩展愈充分,所形成的裂隙结构愈复杂。③含瓦斯煤的渗流规律受控于裂隙扩展,冲击载荷耦合瓦斯压力作用下,含瓦斯煤中存在孔隙流动、孔隙流动-裂隙流动并存及裂隙流动等3种气体流动形式;含瓦斯煤冲击破坏后,随着气体压力增加以及气楔作用的增强,瓦斯流动形式可由孔隙流动依次转变为孔隙流动-裂隙流动并存和裂隙流动;裂隙扩展和流动形式共同影响含瓦斯煤渗流规律,含瓦斯煤渗透率随瓦斯压力的增大总体上符合先增大后减小的变化趋势。

黄河北煤田高瓦斯掘进工作面瓦斯治理技术研究与应用

为了解决长距离高瓦斯掘进工作面掘进期间瓦斯涌出不均衡、瓦斯涌出量大的问题,通过研究发现瓦斯主要来源为本煤层截割落煤、长距离煤壁裸露释放和隐伏构造瓦斯包释放等,逐步探索出了掘进工作面瓦斯实验、瓦斯探查、瓦斯预抽、效果验证、大功率风机使用等成套瓦斯治理体系,建立了标准的半煤岩掘进工作面瓦斯治理操作流程,逐步解决了掘进工作面受制于瓦斯的难题,保证了高效掘进,并通过瓦斯实验数据,为下一步工作面回采瓦斯治理设计具有重要的指导意义,可以实现钻孔针对性精准设计,提高钻孔抽放效果,解决好回采期间瓦斯治理难题,有效保证矿井安全生产。

高瓦斯矿井煤层的瓦斯治理技术分析

针对7105工作面瓦斯涌出量大的问题,结合现场情况以及煤层赋存情况,提出采用高位瓦斯抽采钻孔+顶板定向长钻孔+地面瓦斯抽采相结合的方式进行治理。高位瓦斯抽采钻孔分为高位裂隙瓦斯钻孔和高位拦截钻孔,可实现采空区顶板裂隙瓦斯抽采并拦截上覆3号煤层卸压钻孔;利用顶板定向长钻孔钻进距离长、钻孔轨迹可控的优点,实现顶板瓦斯长距离接抽;利用地面钻孔钻进方便、效率高以及抽采量大的优点,实现7105采空区内及3号煤层卸压瓦斯等抽采。采用以上瓦斯治理措施布置方案后,7105工作面回风隅角、回风巷瓦斯浓度均在安全范围内且波动较小,采面瓦斯涌出量较小,可为采面安全高效生产创造良好条件。

挖金湾煤业瓦斯治理技术应用研究

针对挖金湾煤业井下通风风量紧张,瓦斯涌出量急剧提升的现象,采用分源动态预测的方法对挖金湾煤业井下瓦斯涌出量进行了预测分析,通过对瓦斯压力、含量以及通风阻力等指标的测定,了解井下瓦斯状况,找出工作面瓦斯主要来源,并对井下瓦斯涌出量进行预测分析。通过制定瓦斯抽放及井下通风技术方案,提升了瓦斯抽采时间与浓度,提高瓦斯抽采率为73%,保证工作面回风流瓦斯浓度在0.4%以下,回采面上隅角与高位孔处浓度保持在4%~12%,符合煤矿井下安全高效生产要求。

基于瓦斯地质可视化的差异化协同抽采技术研究

为了解决突出煤层固定孔间距的抽采方式难以满足瓦斯灾害的高效、协同治理的需求,以林华煤矿2091工作面为工程背景,提出一种基于瓦斯地质可视化的差异化协同抽采技术,取代以往抽采钻孔的粗放设计模式。首先将瓦斯地质等相关信息录入瓦斯地质可视化系统,通过系统实现工作面瓦斯地质信息的动态展示和可视化;其次制定瓦斯含量界定准则,识别与划分工作面的低瓦斯区、中瓦斯区和高瓦斯区,在“应抽尽抽”的原则下,结合采掘进度差异化设计抽采钻孔;最后通过防突信息分析模块自动生成防突预测图,有效识别瓦斯治理空白带,进一步优化抽采钻孔设计。研究表明:2091工作面整体抽采时间控制在30~150 d,残余瓦斯含量为4.53~5.88 m^(3)/t,回风瓦斯浓度为0.22%~0.41%,上隅角瓦斯浓度为0.30%~0.47%,实现了对2091工作面瓦斯高效、协同治理。

成都平原浅层天然气高瓦斯隧道抽排性能评价

针对浅层天然气工区高瓦斯隧道盾构施工难的问题,借助工程实例,采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法,分析了成都平原浅层天然气抽排性能的影响因素,确定了研究区的有效抽排半径和抽排时间。结果表明,当裂隙渗透率为39 mD、瓦斯压力为0.31 MPa时,研究区浅层天然气高瓦斯工区的有效抽排半径为5 m、抽排时间为60 min,与煤层瓦斯的抽排参数差异巨大;抽排负压对抽排流量影响较大,对有效抽排半径影响较小;抽排流量和有效抽排半径与地层初始渗透率的变化呈现正相关关系。

前和煤矿3号煤层瓦斯分布规律研究

为掌握前和煤矿3号煤层瓦斯分布规律,依据该矿的地质构造特征和煤层赋存情况,通过现场实测煤层原始瓦斯含量、原始瓦斯压力和实验室测定瓦斯气体组分含量,结合煤层瓦斯垂直分带理论,对3号煤层瓦斯分布规律进行了研究。研究结果表明:前和煤矿3号煤层瓦斯含量较小,最大实测瓦斯含量为4.60m^(3)/t;原始瓦斯压力和CH_(4)组分含量较低,最大实测瓦斯压力为0.22 MPa,CH_(4)组分含量为70.07%;受井田东部大面积煤层隐伏露头的影响,判定前和煤矿3号煤层处于瓦斯风化带的N_(2)-CH_(4)带;在此带内,煤层瓦斯赋存不均衡,瓦斯含量、瓦斯压力与煤层埋深之间规律性不明显。该研究为矿井瓦斯涌出量预测和合理抽采方法选取提供参考依据。

瓦斯防突技术在煤矿安全生产中的应用与效果分析

文章分析了防爆措施在矿井安全的使用效果,并讨论了该技术的内涵阐释、类别、运作机制,以及它在矿井安全作业方面的重要性。在具体应用方面,包括排气技术、防火技术和气体检测与管理。经考察防爆技术的应用的效果,保障生产安全、预防和减少意外损害、增加经济效益中的贡献。研究显示,通过使用矿井瓦斯预报装置,起到明显的作用,并对矿工的人身安全,降低事故发生的频次,尽量减少相关损失,一并促进产出速率的提升。