山西省沁水盆地南部4~#煤薄煤层试采获得煤层气工业气流

1研究目的(Objective)沁水盆地是中国重要的煤层气生产基地之一,位于山西省中南部。研究区位于沁水盆地南部寺头断层西侧,行政区域隶属于晋城市沁水县、阳城县。研究区煤系地层厚度63~145 m,平均92 m,其中煤层厚度4.1~17.4 m,平均7.9 m。

松软薄煤层条带消突下斜定向钻孔成孔护孔技术研究与应用

针对松软薄煤层煤巷条带消突长距离下斜钻孔,存在成孔难、易钻遇煤层顶底板、积水堵塞瓦斯抽采通道的难题,提出了氮气排渣下斜定向钻进成孔与护孔技术,采用高压氮气排渣、大功率气动螺杆钻具定向、“波浪式”轨迹控制和三层管护孔排水技术,在河南省平煤股份一矿开展现场试验,完成8个孔深超300 m下斜定向长钻孔,煤层钻遇率90%以上,全孔段下三层护排水管,平均下入深度302 m,支管平均抽采纯量1.66 m^(3)/min,平均瓦斯浓度17.5%。试验结果表明:该技术可有效解决松软薄煤层下斜钻孔长距离定向成孔、全孔段筛管护孔和排水的技术难题,提高了钻孔成孔深度和煤层钻遇率,实现了下斜孔全孔段护孔和排水,保障了瓦斯抽采效果,为松软薄煤层煤巷条带长距离消突提供技术保障,在类似地层条件具有广泛的应用推广价值。

考虑薄煤层影响的致密砂岩气藏地质工程双甜点评价方法——以鄂尔多斯盆地神府区块为例

在薄煤层发育的致密砂岩气藏,由于薄煤层割理发育且塑性较强,容易限制水力压裂裂缝的缝高扩展,进而导致遴选的地质、工程双甜点区域的实际产能无法达到预期效果。为获得更加准确的双甜点评价结果,以鄂尔多斯盆地神府南区致密砂岩气藏为研究对象,首先构建了多属性融合的地质、工程双甜点评价模型,然后开展了双甜点三维分布的初次预测,进而采用Abaqus软件分析了煤层厚度、起裂点距煤层垂直距离对水力压裂裂缝穿煤层扩展的影响规律,最后形成了穿煤层双甜点二次优选评价技术。研究结果表明:①当煤层厚度大于等于4 m或起裂点距煤层垂直距离大于等于4 m时,水力压裂裂缝难以纵向穿过煤层扩展,可压性降低;②研究区双甜点指数划分标准为,Ⅰ类双甜点≥0.46,0.37≤Ⅱ类双甜点<0.46,0.30≤Ⅲ类双甜点<0.37。结论认为:①考虑薄煤层影响的致密砂岩气二次甜点评价技术能够准确筛选出优质的地质、工程双甜点,且优选结果与实际高产区域的匹配度较高;②建立的评价方法对于砂泥岩互层非常规储层的开发和多气合采中甜点的同步动用具有较好的理论与实际意义。

基于MRU-Net++的极薄煤层综采面煤岩界面图像识别

煤岩识别是极薄煤层综采工作面实现智能化开采的核心技术之一。针对极薄煤层开采时煤岩分界线自然裸露在外的特殊情况,提出了一种基于MRU-Net++网络的极薄煤层煤岩图像识别方法。该网络以U-Net++为基础,通过“剪枝”技术对U-Net++结构进行优化,在U-Net++网络性能损失最小的同时减少其复杂度,以提高运算速度;采用MobileNetV2轻量化网络,构建一个基于MobileNetV2的核心骨干网络,替代U-Net++原有的网络架构,显著降低了模型的参数数量,提高了模型分割效率;同时引入含有通道注意力机制的ResNeSt模块来增强对煤岩图像边缘细节特征的提取能力,提高分割精度。利用液压支架上的防爆摄像仪采集极薄煤层综采工作面煤岩图像,获取具有煤岩分布信息的高清煤岩图像并对图像进行预处理,创建含有2 536个样本的极薄煤层综采面煤岩图像数据集。设置消融试验,验证改进部分对网络性能的影响,并将该模型与经典FCN、U-Net、U-Net++网络模型进行对比,利用自适应学习算法训练各网络模型,选择像素准确度(Pixel Accuracy, P_(A))、交并比(Intersection over Union, IOU)及测试时间等关键指标评估模型分割效果。结果显示,MRU-Net++网络模型的平均像素准确度P_(AM)和交并比I_(OUM)分别为97.15%和94.16%,模型占用内存25.71 M,每张图像的平均测试时间28.61 ms,充分证明了该方法在极薄煤层特殊环境下进行煤岩识别任务的可行性与有效性。

薄煤层灰岩顶板巷道围岩稳定性控制

为合理控制薄煤层灰岩顶板巷道稳定性,避免过度支护引起巷道顶板失稳。以鲁西某矿薄煤层灰岩顶板巷道为研究对象,运用数值模拟、理论计算等研究方法,研究了不同类型灰岩顶板采场应力分布特征、围岩矿压显现规律及其塑性破坏形态特征,灰岩临界安全厚度影响性分析。研究结果发现:实体巷道的应力环境较好,应力集中程度相对较低,而沿空巷受2次采动影响范围更大、应力集中程度更高。煤矿巷道围岩在不同应力环境下需要不同程度的支护,主要集中在加强巷道两帮的支护和在特定情况下加强超前影响范围内的支护。

极薄煤层液压支架的研制与应用

极薄煤层在我国的煤炭资源中占有重要地位,薄煤层储量丰富,分布广泛,但其开采难度大,效率低。随着煤炭资源的日益枯竭,极薄煤层的开采变得越来越重要。由于极薄煤层开采难度大,对开采装备的要求较高。液压支架作为支护设装备的关键装备之一,其装备与运用直接关系着煤矿的产出质量与安全。特别是对于极薄煤层,由于极薄煤层空间狭小,传统液压支架难以适应其复杂的地质环境。对极薄煤层液压支架的设计和使用提出了更高的要求。为了提高极薄煤层的开采效率,减轻工人劳动强度,提高矿工安全性,因此,研制一种适用于极薄煤层的液压支架成为了亟待解决的问题。本文将介绍一种新型极薄煤层液压支架的研制过程及其在实际应用中的效果。

极薄煤层和薄煤层的采煤工艺研究

我国煤炭资源储量极为丰富,极薄煤层与薄煤层数量众多,开采难度较大,对采煤工艺科学性提出要求。本文结合案例,对螺旋钻采煤技术在极薄煤层与薄煤层中的应用要点进行探究,为高效回收极薄煤炭资源提供技术支撑。

“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制技术研究

为解决薄煤层沿空留巷应力条件复杂、留巷难度大以及巷道围岩长时稳定性的难题,以陕西汇森煤业凉水井煤矿4301工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对浅埋“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制对策进行研究,分析巷旁支护体结构参数对于巷道稳定性的影响。结果表明:给顶板提供充足的支护强度以及合适的可缩量,是巷旁充填体整体稳定的前提;高水充填材料单轴加压下的力学行为可分为“均匀压密、弹性变形、动态失稳、劣化破坏”4个阶段;在充填体宽度增加过程中,最大应力表现为先增后减再增的趋势,在充填体1.6 m宽时出现稳定承载应力核;理论计算的切顶最佳高度为10.7 m。工程实践表明,工作面后方60 m范围无大变形和明显应力集中,围岩整体控制效果良好、结构稳定,留巷效果达到设计要求。

西南地区急倾斜薄煤层充水采空区地面注浆堵水工艺研究及应用

针对金沙水电站蓄水区南岸的相关煤矿采空区的治理,选择帷幕注浆堵水为治理方案。通过钻孔将水泥浆充填采空区及其上部裂隙,切断金沙江与矿井之间的径流通道,其中帷幕孔注浆采用水泥-水玻璃双液浆注浆工艺,一般注浆孔采用水泥浆单液注浆工艺。室内凝结时间检测试验的结果中,水泥浆的终凝时间随着水灰比的增大而逐渐从500 s以上下降到20 s左右,根据试验结果确定了合适的水泥浆配比。注浆堵水质量检测得到4组水泥芯体的采空区无侧限抗压强度均值分别为1.21、1.21、1.36、1.29 MPa,注浆段波速值为365~384m/s。抗压强度大于1 MPa,横波波速大于350 m/s,表明注浆堵水工艺实施后的质量评价结果整体满足要求,具有可行性与实用性。

基于随机森林算法的薄煤层工作面开采效能预测研究

薄煤层开采环境恶劣,开采效能受井下多种因素影响。为研究各因素对开采效能的影响程度,预测薄煤层开采效能,首先,从130个已开采薄煤层工作面中提取了煤层厚度、工作面长度、煤层平均倾角、煤层硬度、煤层断层、煤层顶底板、煤层水文、煤层夹矸、瓦斯矿井类型、煤层自燃性、煤层稳定性、煤层层状起伏、采煤工艺、工作面月产量和工作面主要装备等15种开采效能影响因素,将其详细划分为20个影响因子;其次,筛选了37个数据较完整的工作面样本,并基于随机森林算法、网格搜索法和3折交叉验证法训练了薄煤层工作面开采效能最优预测模型,其测试集准确率约95.2%,R2为0.924;同时,最优模型绘制了开采效能影响权重图,月产量、采煤机装备、工作面长度和煤层厚度对开采效能影响较大,其他参数影响较小;最后,以双阳煤矿某薄煤层工作面为例,对其开采效能进行预测,并从工作面产量、工人工效和装备利用率三方面对预测值进行理论校验,校验结果在随机森林模型的预测范围内,验证了随机森林开采效能预测模型的可靠性,为薄煤层工作面开采设计提供了一种参考。

近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究

为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究结果表明:首采层开采覆岩导气裂隙带最大发育高为10.3~23.2 m。设计超大直径顺层预抽钻孔高0.8 m,宽2.08 m;顶板定向长钻孔终孔最优抽采位置为垂直距离开采层顶板15.0~23.0 m,水平距离回风侧20.5~27.5 m;2条埋管抽采最佳错距为距底板高1.1,1.7 m,深入采空区11.3,20.8 m。优化后的布置参数应用于现场实践,试验工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数保持在0.7%以下。研究结果能够实现近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯高效抽采,保证矿井安全高效生产。

浅埋极薄煤层无煤柱开采覆岩运移与地表损伤特征研究

为了探究浅埋极薄煤层切顶卸压无煤柱开采与常规留煤柱开采覆岩运移与地表损伤区别,以子长矿区浅埋极薄煤层为背景,基于关键层理论,得到了硬岩破断距及覆岩的垮落高度临界值的计算公式,结合3DEC数值模拟及现场试验,对比分析了无煤柱开采与留煤柱开采条件下浅埋极薄煤层覆岩运移破断及地表损伤特征,确定了极薄煤层覆岩两带高度。结果表明:当工作面回采达到60 m时,两带发育高度基本稳定,当大于60 m时,工作面后方覆岩裂隙由开裂逐渐闭合,裂隙区随工作面回采向前方移动,两带高度稳定在24.6~27.7 m;相较于常规留煤柱开采,切顶留巷无煤柱开采方式下覆岩呈连续移动变形,可有效修复煤层开采工作面两侧非连续移动变形导致的覆岩裂隙及地表损伤裂缝,消除了常规留煤柱开采方式下相邻工作面间区段煤柱两侧覆岩裂隙,现场观测较好地验证了该结果。

薄煤层膏体充填液压支架设计

根据某矿801工作面煤层赋存条件,结合薄煤层液压支架和膏体充填工艺的特点,设计了一种四柱支撑式薄煤层膏体充填液压支架。详细介绍了ZC6400/11/19D型薄煤层膏体充填液压支架的选型依据、结构特点和基本功能,为薄煤层工作面提供了合理、可靠、安全、高效的膏体充填液压支架。

切顶卸压技术在薄煤层中尾采阶段的应用

由于小青煤矿N1-703工作面受上覆采空区煤柱压力集中影响,回撤巷压力较大,为解决压力集中问题,保证工作面尾采阶段安全回采,在N1-703工作面回撤巷施工切顶卸压,对顶板进行预裂爆破,切断超前压力传导,降低对北一 7层外围巷道影响。通过激光放点,切顶钻机精准施工预裂钻孔,预裂爆破成孔,保证了施工质量,最终在N1-703工作面回撤期间顺利完成回撤工作,并保证了外围巷道变形较小。

叠加扰动下的薄煤层采煤机自主调速截割控制技术

常规采煤机调速截割控制多采用直接转矩控制技术,该方法易受到煤层应力集中系数的影响,导致控制后的截割比能耗较大,控制效果不佳。为此,提出叠加扰动下的薄煤层采煤机自主调速截割控制技术。根据薄煤层力学模型,分析采煤机滚筒在叠加扰动下的受力情况,并参照煤层的临界宽度计算煤层的应力集中系数,结合截齿修正函数对煤层截割阻抗进行识别,分析采煤机的截割运动参数,并对其进行优化。采用模糊控制原理,设计调速截割控制策略,通过调整截割阻力范围实现对采煤机调速截割控制。以实际采煤矿区为例,运用所提方法对实验采煤机进行自主调速截割控制。结果表明,设计的方法能够良好地控制采煤机的牵引速度,得到的截割比能耗较低。

薄煤层工作面切顶卸压留巷技术研究

为提高矿井煤炭资源回收率并提高煤炭开采效率,结合3503综采工作面开采煤层厚度薄的特点,针对性提出切顶卸压留巷技术方案,并进行工程应用。在回风巷切顶卸压留巷期间,通过锚索超前补强可提高留巷段顶板强度,为留巷工作开展创造良好条件;使用DCA-45型切缝机提高切顶钻孔施工质量,通过聚能爆破方式提高切缝效果;在滞后支护段采用密集单体进行补强,可减少采动压力、采空区顶板垮落等对留巷段围岩变形影响。现场应用后,留巷段顶板在滞后采面30 m范围内下沉量增加速度较快,随着与采面距离增加留巷段下沉量逐渐趋稳,最终下沉量控制在165 mm以内。

薄煤层切顶卸压沿空留巷开采技术研究与应用

为缓解矿井采掘接替紧张、少掘巷道、提高采出率、优化工作面布置等,针对某薄煤层煤矿,运用理论分析和现场实践的方法,根据现场实际情况,对“切顶卸压沿空留巷技术”工艺流程和关键参数进行设计,理论计算确定爆破钻孔参数,设计了围岩控制技术方案。通过现场进行爆破窥视和矿压观测,表明采用切顶留巷无煤柱开采技术预裂深孔爆破成缝效果良好,围岩变形较小,成巷稳定,为实现该矿安全、高效、智能开采奠定了基础。

薄煤层采煤工作面过复杂构造带技术研究

针对53105综采工作面回采至720~890 m时地质构造发育等问题,在对地质构造对采面回采造成的影响进行分析的基础上,从开采、顶板管理、过断层方式、瓦斯及防治水治理等方面给出了过断层技术措施。现场应用后,53105综采工作面得以顺利通过复杂构造带,在减少煤炭资源损失、提高煤炭生产效益等方面表现出了明显优势。

坚硬顶板薄煤层沿空留巷底鼓控制技术研究

坚硬顶板薄煤层工作面在回采过程中,沿空巷道受采动影响,较大围岩变形和底鼓现象尤其严重,严重影响工作面安全、有序且高速生产。本文以某矿2213机轨合一巷沿空巷道为研究对象,借助数值模拟手段系统分析,得出影响巷道底鼓的主要因素是构造应力和充填体宽度,结合工作面地质条件,提出坚硬顶板薄煤层沿空留巷底鼓控制原则。

薄煤层等高式采煤综采工作面采煤工艺研究

为了实现薄煤层的安全高效采煤作业,采用等高式采煤结合机械化的采煤技术,不仅可以减轻人力资源成本,也能够增加采煤安全性,提高生产效率,为煤矿企业带来更高经济效益。基于等高式采煤工艺,通过研究薄煤层等高式采煤综采工作面采煤技术要求与工艺,提出了采煤工艺的优化方向,以期能够为相关工作者提供帮助。