松软煤层定向长钻孔钻进技术及应用

针对象山矿井3号煤层受采动影响,卸压瓦斯通过顶底板裂隙释放至保护层工作面及采空区,造成上隅角瓦斯浓度高的难题,结合突出矿井高应力软煤层等复杂地质条件,采用复合钻进与滑动定向钻进工艺,利用ZYL-6000D全方位千米钻机配套螺旋钻杆、YSX18矿用随钻测量系统,采用高压氮气钻进技术,在21315综采工作面施工定向长钻孔进行瓦斯抽采,抽采钻孔使用“三堵两注”两相封孔技术,最终形成松软煤层定向长钻孔钻进控制及钻探工艺技术。试验结果表明,ZYL-6000D全方位千米定向钻机配合高强度刻槽钻杆可提高钻进深度和效率,“三堵两注”两相封孔方法对钻孔周围裂隙进行有效封堵,瓦斯抽采浓度大幅度提升,实现松软煤层定向长钻孔瓦斯治理模块化抽采,为矿井安全高效稳定发展提供有力保障。

定向长钻孔瓦斯抽采负压变化规律及监测控制技术研究进展

【意义】近水平定向长钻孔是煤矿瓦斯灾害防治的重要技术途径和有效手段,负压是影响定向长钻孔瓦斯抽采效果的重要因素。【进展】从孔内负压衰减机制与分布规律、瓦斯抽采参数监测技术、瓦斯抽采智能调控系统等3个方面系统总结了近水平定向长钻孔瓦斯抽采技术研究进展,其中在孔内负压衰减机制与分布规律方面,总结了负压对瓦斯抽采影响机制、负压衰减机制、负压分布规律等基础理论研究成果;在瓦斯抽采参数监测技术方面,基于不同原理,阐述了超声波式、激光式、孔板式、循环自激式等不同类型的孔口瓦斯监测仪器现状,以及以束管法为主的孔内瓦斯监测手段;在瓦斯抽采智能调控系统方面,介绍了瓦斯抽采智能调控理念与技术装备研究上取得的成果,以负压、流量、浓度等抽采参数为分析调控对象,基于智能算法与PLC控制技术,初步实现井下管网智能调控,提高了瓦斯抽采效率。【展望】指出当前研究存在定向长钻孔内负压变化规律不清、正负压耦合作用机制不明,缺乏孔内长距离的瓦斯抽采参数监测手段和瓦斯多参数监测方法,瓦斯抽采调控系统智能化程度低等不足。同时提出瓦斯抽采定向长钻孔研究的未来发展趋势,包括基于定向长钻孔特殊结构分析的负压抽采与正压扩散耦合机制、基于光纤传感的孔内瓦斯多参数监测系统、基于机器学习的瓦斯抽采参数精细调控方法等研究方向,为近水平定向长钻孔瓦斯治理工程设计、施工、抽采与效果评价提供支撑。

象山矿井12506工作面顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术

针对象山矿井12506工作面钻孔服务有效周期较短,钻孔瓦斯抽采浓度和抽采量不稳定的问题,研究采用顶板定向长钻孔来代替原有的瓦斯治理措施。通过确定高位顶板裂隙带抽采钻孔的最佳层位和有效控制范围,制定顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术应用方案。现场施工表明,在顶板定向长钻孔的瓦斯抽采模式下,1号钻场的抽采效果显著提升,抽采浓度在4%~25%,整体抽采浓度为12.7%,抽采纯量达到12.29 m^(3)/min;同样,2号钻场单孔抽采浓度在17%~22%,整体抽采浓度为20.3%,抽采纯量达到19.74 m^(3)/min。工作面上隅角瓦斯浓度降至0.4%,有效遏制了上隅角瓦斯超限事故,为矿井提供更有效的瓦斯管控,确保矿井安全运营,抽采效果达到预期目标。

缓倾斜煤层高位定向长钻孔抽采卸压瓦斯技术研究

为探究缓斜煤层覆岩采动裂隙时空演化及卸压瓦斯富集区的变化特征,采用物理相似模拟和现场监测方法,分析采动覆岩裂隙演化和裂隙分布特征;研究卸压瓦斯富集区演化特征,确定高位定向钻孔的合理布置参数方案,并进行效果检验。结果表明:试验工作面沿煤层走向垮落带高度13 m,裂隙带高度68.5 m,沿工作面倾向裂隙网络受煤层倾角影响,工作面断裂角为54°~59°,裂隙发育的开度自工作面向上逐渐增大,瓦斯运移通道呈现出明显的非对称性特征;高位定向钻孔全生命周期瓦斯抽采过程依据其抽采体积分数可分为抽采初期、抽采中期和抽采末期3个阶段,其中抽采初期抽采体积分数偏低,抽采中期为钻孔抽采生命周期内的高效抽采阶段,进入抽采末期抽采体积分数呈现急剧下降的趋势;高位定向长钻孔抽采技术实施后,工作面上隅角、回风巷瓦斯体积分数均小于0.8%,瓦斯抽采效果良好,高位钻孔的布置方式较为合理。

定向长钻孔瓦斯压力直接测定装置研究与应用

准确测定煤层瓦斯压力,是煤矿制订防治瓦斯措施的依据。对于瓦斯含量整体偏小、局部富集的煤层,采取在煤层底板施工巷道布置穿层钻孔测压的方法,巷道施工费用高、时间长。针对该问题,研制了长钻孔定点密封测压装置,提出了利用定向钻机在煤层施工定向多分支长钻孔,在分支孔内安装密封测压装置进行定点测压的方法,并在陈四楼煤矿开展现场工程试验,测定300 m定向多分支钻孔不同位置的瓦斯压力。结果表明,研制的测压装置结构合理、自动化程度高、性能可靠,利用本装置测定的瓦斯压力与底板巷道同一位置穿层钻孔的测定值相吻合,更接近煤层瓦斯压力实际值,为区域预测煤与瓦斯突出危险性提供了科学、准确的基础资料。

李村煤矿顶板定向长钻孔瓦斯抽采参数优化研究

针对高抽巷工程量大、成本高、影响采掘接替等问题,分析了顶板定向长钻孔的合理布置范围、抽采机理及关键影响因素,并根据正交实验和方差分析确定了抽采效果敏感性指标。在李村煤矿1305工作面进行了顶板定向长钻孔代替高抽巷的试验,试验结果表明:顶板定向长钻孔达到了高抽巷瓦斯抽采的效果,将上隅角瓦斯浓度控制在安全范围内,且其施工进度快,成本低,有效解决了李村矿采掘接替紧张的局面。

高应力松软突出煤层定向长钻孔水力冲孔技术研究

为解决松软突出煤层高应力区瓦斯动力灾害问题,以象山矿5#煤21511工作面为研究对象,采用数值模拟、现场考察方法分析了定向长钻孔水力冲孔前后及不同冲孔出煤量的煤体应力变化规律、塑性损伤发育特征和现场实际瓦斯抽采效果。结果表明:冲孔技术显著影响了周围煤体地应力分布,煤体卸压范围和塑性破坏范围大幅提升;冲孔出煤量与钻孔卸压区域半径、塑性破坏区域直径呈正相关关系;冲孔长钻孔单孔抽采量较普通长钻孔提升了23.5%,有效抽采半径平均提高了近12.3%。定向长钻孔水力冲孔技术不仅可远距离治理瓦斯,而且显著提升了钻孔抽采效果,具有技术可行性。

穿层定向长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯技术研究与创新

煤巷消突采取传统穿层掩护方式周期长、工程量大,为确保掘进工作面能够安全高效完成区域防突措施工程,决定开展穿层定向长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯技术研究,在北二采区6#底板防突巷施工穿层定向长钻孔,替代以往底板防突巷施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯的区域防突措施,取得了防突掘进工作面瓦斯超前治理、精准防控、抽采达标的效果,实现了消突与掘进接续的高效衔接。

基于高位定向长钻孔的大佛寺煤矿卸压瓦斯抽采技术

陕西彬长大佛寺煤矿为高瓦斯矿井,绝对瓦斯涌出量190.4 m^(3)/min。矿井瓦斯治理工作坚持“超前预报、组织管理、综合研判、技术保障、效果评价”相结合的综合防治工作体系,采空区卸压采用“大孔径、多层次、高负压、大流量、密集抽”技术思路。以40204工作面、4034~上02工作面为研究对象,对工作面采动覆岩裂隙分布进行研究,模拟高位定向钻孔抽采下采空区瓦斯浓度分布,结合采空区“O”型圈模型的理论基础,针对大佛寺煤矿卸压瓦斯抽采的“高位钻孔设计、布置层位确定及抽采工艺”进行探讨,结合工程应用对瓦斯治理效果进行评判。结果表明,实施高位钻孔工艺后,工作面上隅角瓦斯稳定在0.15%~0.45%,回风瓦斯浓度稳定在0.2%~0.35%,证明高位定向长钻孔能够有效治理工作面卸压瓦斯,杜绝工作面瓦斯超限,确保矿井安全生产。

特厚煤层定向长钻孔水力压裂瓦斯抽采技术及应用

为解决大佛寺煤矿特厚煤层透气性和瓦斯赋存差异性较大而导致的矿井抽掘采接替问题,提出“分段压裂延展裂隙+整体压裂沟通网络”的定向长钻孔水力压裂技术,通过增加煤层渗透性来提高矿井瓦斯抽采效率,并在40103工作面进行工程应用试验。共完成4个定向长钻孔分段水力压裂施工,累计压裂工程量2190 m,最大泵注压力17.83 MPa,累计压裂注水量4535 m 3,总压裂时间10853 min。相比于未压裂的预抽钻孔,压裂后瓦斯抽采浓度提高了2.20~4.22倍,百米抽采流量提高了4.93~11.03倍。试验结果表明,通过水力压裂后煤层渗透特性增加,瓦斯抽采效果显著提升,初步证实了长钻孔水力压裂强化瓦斯抽采技术的适用性,为彬长矿区的矿井瓦斯高效抽采提供了技术支撑。

坚硬顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术的应用

煤炭作为全球能源结构的重要组成部分,在满足日益增长的能源需求方面扮演着关键角色。然而,煤炭开采过程中面临的重大挑战之一就是矿井瓦斯问题。瓦斯(主要成分为甲烷)不仅是一种潜在的温室气体,而且在高浓度下还构成严重的安全隐患,可能导致爆炸事故,威胁矿工的生命安全。旨在探讨坚硬顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术的原理及其对煤矿安全生产和环境保护的影响,同时就其具体应用提出了建议,以期为相关领域的研究与实践提供参考。

定向长钻孔孔内负压分布及其有效抽采半径研究

为了解决定向长钻孔孔内负压分布模型不准确,长钻孔瓦斯抽采参数理论依据不足等问题,通过分析抽采负压与煤层瓦斯流动的关系,构建了定向长钻孔孔内负压分布模型,利用COMSOL软件数值模拟了定向长钻孔孔内负压非定常分布的有效抽采半径,并提出了“压茬效应”这一概念。研究结果表明:孔口负压与定向长钻孔孔内负压大小呈正比。在不同孔口负压下,分支长钻孔孔内负压与钻孔长度均呈线性关系,负压损失量和百米负压损失均随钻孔长度的增大而增大。提出了“压茬效应”这一概念,将定向长钻孔末端100 m的钻孔作为压茬钻孔,在瓦斯抽采效果检验时不做检验。同时,将钻孔孔深700 m处的有效抽采半径作为定向长钻孔的最终有效抽采半径。最后,利用残余瓦斯含量法得出某矿定向长钻孔抽采180 d的有效抽采半径为5.0 m,与数值模拟结果保持一致。

松软低透高瓦斯煤层定向长钻孔瓦斯抽采技术研究

为解决松软低透高瓦斯煤层群上保护层开采过程中,采空区瓦斯涌出量大的问题,以曹家山矿80105工作面为工程背景,采用理论分析计算方法,研究定向拦截长钻孔瓦斯抽采下伏被保护煤层瓦斯沿裂隙向上游移瓦斯的方法、效果及钻孔数量位置。并对应用效果进行分析研究,监测结果表明定向长钻孔瓦斯抽采技术有效提高抽采效率,降低瓦斯浓度,保障矿井的通风安全。

顶板定向长钻孔层位布置设计及瓦斯抽采效果分析

针对3206工作面回采期间采空区瓦斯涌出量大、回风隅角瓦斯浓度高问题,提出将定向长钻孔应用到采空区瓦斯抽采中,通过有效拦截瓦斯涌出控制回风隅角瓦斯浓度。采用理论分析方法并结合现场条件,合理确定了顶板定向长钻孔布置位置,并给出具体布置参数。工程应用后,顶板定向长钻孔在稳定阶段瓦斯抽采纯量在5~6 m^(3)/min,回风隅角瓦斯浓度在0.3%~0.5%间,钻孔瓦斯抽采量及回风隅角瓦斯浓度波动均较小,现场瓦斯抽采取得较好效果。

底板定向长钻孔瓦斯抽采效果模拟研究

随着煤炭行业的持续发展,煤层瓦斯抽采技术成为了保障煤矿安全、提高资源利用率的核心手段。底板定向长钻孔作为1种先进的瓦斯抽采技术,在实际应用中展现了其独特的优势。然而,如何更加精确模拟其抽采效果,进而优化抽采效果,成为了煤炭领域亟待解决的科学问题。因此,通过对抽采技术的原理与方法进行系统分析,深入探讨底板定向长钻孔瓦斯抽采效果的模拟技术与方法,并对抽采效果进行系统评价,最终提出相应的优化建议,确保底板定向长钻孔瓦斯抽采效果得到有效提升。

石门揭煤作业中定向长钻孔瓦斯抽采防突技术的应用

研究专注于煤矿工作面瓦斯防突技术的应用,特别是定向长钻孔瓦斯抽采防突技术在石门揭煤作业中应用。旨在评估这一技术在防止瓦斯突出方面的有效性,以确保煤矿安全和生产符合相关法规。为确保工作面的安全推进,在工作面前方的煤层区域设置检验钻孔,用于测定残余瓦斯压力和含量,并确保其符合标准。研究结果显示,实际操作中的残余瓦斯含量和压力均满足相关标准,5个检测钻孔的瓦斯压力平均值为0.522 MPa,瓦斯含量为4.5 m3/t,满足瓦斯含量小于8 m3/t、瓦斯压力小于0.74 MPa的要求。表明该技术可以有效防止瓦斯突出。另外,采用钻屑瓦斯解吸指标法进行突出危险性评估,结果显示在揭煤阶段的工作面不再有突出危险,可以继续进行揭煤工作。

采掘工作面定向长钻孔卸压效果数值模拟研究

钻孔卸压技术是一种通过改变围岩应力状态和控制巷道变形的安全高效卸压手段。本文以亭南煤矿402采掘工作面为例,在原有卸压钻孔的布设方案基础上,提出采用定向长钻孔的卸压防冲布置方案。通过FLAC3D软件建立数值模型,从垂直应力及塑性区角度对比3种方案的卸压效果。分析认为,普通定向长钻孔卸压与原有卸压方案的卸压效果大致相同,而在高应力集中区范围内加密补打定向长钻孔可以得到更好的卸压效果,为采掘工作面的防冲卸压提供了有效措施。

煤矿中定向长钻孔瓦斯抽采防突技术的应用

在矿井开采环境随深度增加而愈发复杂的情形下,煤矿巷道中存在较大的瓦斯突出隐患,而受传统抽采工艺的制约,矿采安全性无法提高。为此,结合案例煤矿15^(#)煤层的瓦斯突出危险,决定应用定向长钻孔瓦斯抽采防突技术。结果显示,应用该技术后,煤矿整体的瓦斯抽采效果良好。研究可为后续瓦斯抽采方案的优化提供数据支持。

顶板高位定向长钻孔瓦斯治理技术研究

为解决新景矿15124工作面瓦斯超限问题,基于“O”形圈理论和瓦斯抽采机制,提出工作面定向长钻孔瓦斯治理技术,并根据现场实际情况确定了定向长钻孔技术参数,现场实践结果表明:采用定向长钻孔瓦斯治理技术,单孔最大瓦斯纯流量达到10.1%、瓦斯浓度达到0.2 m^(3)/min,有效保证了井下工作面的安全回采。

定向长钻孔强化瓦斯地质异常区探查治理技术

为探究采掘工作面前方瓦斯地质异常区发育情况及治理措施,基于定向长钻孔施工成果,结合定向长钻孔不同条件下抽采情况,提出定向长钻孔强化瓦斯地质异常区探查治理技术。以肖家洼煤矿221303工作面胶运顺槽瓦斯地质异常区为研究对象,通过向目标区域施工不同煤岩层位定向长钻孔,确定了瓦斯地质异常区的发育情况及覆盖范围,并考察了治理效果。结果表明:221303工作面胶运顺槽瓦斯地质异常区域实体煤裂隙发育弱,煤体完整性好,胶运顺槽1200~1415 m煤层裂隙较1415 m向切眼区域裂隙发育;胶运顺槽1330 m位置距煤层顶板7 m砂岩层存在破碎区,顶板裂隙沿倾向延展,延展范围自胶运顺槽至221303工作面方向40 m范围;瓦斯地质异常区存在强导水、输气通道,顶板砂岩层内游离瓦斯富集,经瓦斯定向长钻孔抽采后胶运顺槽风排瓦斯涌出量从5.76 m^(3)/min降至2.40 m^(3)/min,定向长钻孔能有效解决瓦斯地质异常区内瓦斯富集问题。