小回沟煤矿煤矸石充填开采技术研究

通过比较分析不同充填煤矸石方法,传统的煤矸石处理方式是直接堆砌在地表,煤矸石对矿区存在侵占土地以及污染空气、水质和土壤的现象,同时也有安全隐患。为消除煤矸石危害,在小回沟煤矿采用综合机械化固体充填技术进行煤矸石处理。在确定矸石充填开采方案、矸石运输系统以及对充填工作面进行设计的基础上,计算出充填工作面生产能力为45.8万t/a,年充填能力为60.5万t/a。通过开展煤矸石充填开采技术的研究,既防止了煤矸山自燃、坍塌、爆炸等危险事故的发生,又有利于避免地表移动和地下采矿引发的塌陷等地质灾害。煤矸石在井下回填,不会污染地下水,有利于保护本地区的珍贵水资源。

赵庄矿边角煤矸石充填开采技术研究

针对赵庄矿矸石充填开采工作面C5301的具体地质条件,采用"简支梁"理论分析和确定充填开采参数,采用三次充填开采回收煤柱;确定了C5301工作面的巷道布置方式和回采设备;同时分析确定了矸石充填方案。经过经济技术分析,在赵庄矿进行矸石充填开采在技术上是合理的,在经济上是可行的,并为类似条件下的推广应用提供了经验。

复合顶板巷道锚网索联合支护研究与应用

对山浪煤矿胶带大巷支护方式进行锚网索联合支护技术优化改进,依据巷道围岩地质条件,计算了围岩破碎区、塑性区范围和自然平衡拱的高度,得出合理的锚杆支护参数,并结合数值模拟对理论分析结果进行验证,确定方案能够有效保证巷道的整体稳定性,具有良好的社会经济效益。

顶板大孔径千米定向钻孔瓦斯抽采方法研究

为解决沙曲煤矿回风流瓦斯经常超限问题,结合最新引进的德国DDR-1200型千米定向钻机,提出了工作面顶板大孔径千米定向钻孔抽采瓦斯这一新的技术途径。分析了该方法的技术原理、参数选择和钻进工艺,并在沙曲煤矿14301工作面进行了工业性试验,取得了显著的瓦斯抽采效果。

动压巷道锚杆支护技术研究

单侯矿6煤层开采时,回采巷道受邻近工作面采动影响,变形严重,影响到矿井的正常生产。分析了回采巷道严重变形的原因,对受邻近工作面采动影响的回采巷道顶板和两帮破坏深度进行了计算,在此基础上为6煤层动压巷道寻求出一种有效、合理的锚网索联合支护方案,并采用离散元模拟软件udec对此方案的可行性进行了论证。由井下观测结果表明,采用新支护方案后,有效控制了巷道断面的剧烈变形,保证了矿井的正常、安全生产,同时,也为相似条件下的锚杆支护参数设计,提供了思路和科学依据。

近距离煤层巷道布置研究

近距离煤层中巷道所处位置对巷道围岩的稳定性有重要影响,从崔家寨煤矿的具体条件出发,研究了近距离煤层影响巷道布置的因素,得出在巷道布置时,最重要的是底板岩层中巷道与上煤层工作面及遗留煤柱的相对位置,以及同煤层中相邻巷道间的相对位置。通过数值模拟对巷道布置参数进行研究,确定了底板岩层中的巷道与上部煤层遗留煤柱的相对水平距离在25m以上时,布置巷道比较合理,为类似近距煤层条件下巷道布置提供了依据。

基于EGF增渗材料的煤层酸化增透技术研究

针对小回沟矿2号煤层高瓦斯低透气性的特征,在小回沟矿2204工作面进行了煤层酸化增透技术研究,试验得到2号煤层的微观孔隙结构较为复杂,微孔及小孔的迂曲程度高,利于瓦斯的储存,且矿物成分主要为SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、TFe、CaO、MgO;根据已经掌握的煤层酸化增透机理,通过不同配比试验得到适合于2号煤层的EGF酸化增渗材料为氟化氢铵(5%)、KCl(2%)、柠檬酸(8%)、氨基磺酸(7%)、催化剂(1.5%、C7H13NO4S(0.8%)、EDTA(0.5%)、KMS-6(l%))。通过现场酸化增透试验得出:试验钻孔单孔最大瓦斯抽采体积分数为68.2%,单孔瓦斯抽采体积分数提高了1.22~25倍;酸化后单孔瓦斯混合流量提高了7.17~11.75倍;试验区域内瓦斯含量呈下降了18.68%~25.91%,相较于其它增透方式具有施工简单、普遍性强、作用效果显著等优点,解决了小回沟矿高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽放困难的问题。

复合顶板煤岩巷道支护技术研究

依据巷道围岩地质条件,计算了运输大巷围岩破碎区、塑性区范围,给出了合理的锚杆支护参数,并结合数值模拟对支护参数进行模拟验证,确定的方案能够有效保证巷道的整体稳定性,具有良好的社会经济效益。

基于关键层理论的条带开采优化设计

针对崔家寨煤矿建筑物下滞留大量煤炭资源的问题,基于关键层理论,结合矿区煤层的地质条件,采用理论分析、数值模拟方法,提出条带开采方案,并依据采宽对地表变形的影响对方案进行了优化。

建下近距离煤层条带开采煤柱稳定性研究

在近距离煤层条带开采时,保留煤柱的稳定性,直接影响地表的沉陷变形,但影响条带煤柱稳定性的因素更加复杂。基于崔家寨煤矿5煤和6煤两近距离建下煤层,采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法研究分析了不同煤柱宽度,不同对齐方式对煤柱稳定性的影响,得出在上下煤柱对齐和下煤层留宽大于上煤层留宽时最有利于保留煤柱的稳定性的结论。

高瓦斯急倾斜煤层综放工作面瓦斯抽采技术研究

根据1155综放工作面高瓦斯急倾斜煤层的地质概况,结合该工作面实测的煤层瓦斯基础参数,得出该工作面煤层瓦斯可进行抽采;通过理论分析和现场实测的方法,确定了该工作面的瓦斯抽采方法和抽采设计参数。现场抽采数据表明1155工作面Cu2煤层可解析瓦斯量最大值为4.05m3/t,工作面瓦斯平均抽采率为47.1%,回风流中瓦斯浓度未超过1%,瓦斯抽采效果达标。通过对1155综放工作面的瓦斯抽采,保证该工作面安全高效的生产,并为类似条件下的推广应用提供了经验。

煤矿井下钻孔钻进参数检测装置研究

针对目前煤矿井下瓦斯钻孔完孔程度和成孔率低的现状,以ZDY系列钻机为研究基础,通过理论分析,确定了钻进参数检测装置的设计方案、组成部分、分析软件开发和运行形式等;实验室试验得出该钻进参数检测装置的数据测试数值与给定数值误差小于1%,满足设计要求,现场工业性试验表明,钻进参数检测装置对钻孔施工过程能提供一定的帮助,提高钻孔成孔质量,为科学钻探提供了新的技术手段。

基于水力割缝与二氧化碳致裂的煤层增透技术研究

针对单一煤层增透技术手段的局限性,提出了气液两相综合作用煤层增透技术,含二氧化碳致裂增透技术和水力割缝增透技术。对气液两相综合增透技术原理和工艺进行了研究,确定了水力割缝工艺的低压钻进、高压割缝工艺以及二氧化碳致裂工艺,设计了气液两相综合增透效果考察现场试验方案。现场试验结果表明:采用气液两相综合增透后,瓦斯抽采平均混合量达到12.80 m3/min,是增透之前平均混合量的9.41倍,瓦斯抽采平均纯量达到9.53 m3/min,是增透之前平均瓦斯纯量的14.44倍;且气液两相综合增透后的瓦斯抽采效果均远高于采用单一增透技术的瓦斯抽采效果,气液两相综合作用增透技术为煤层增透提供了一种新的技术手段。

煤与瓦斯突出煤层CO_2相变致裂增透技术试验研究

针对车集煤矿煤层瓦斯压力较高、透气性差、瓦斯预抽难度大等问题,提出了在二_2煤层进行CO_2相变致裂增透技术试验。进行了CO_2相变致裂技术原理和CO_2致裂装置研究,设计了CO_2相变致裂增透影响半径试验方案和CO_2相变致裂增透瓦斯抽采效果试验方案。现场试验结果表明,本次CO_2相变致裂增透试验的影响半径为4 m;在观测的15 d内,致裂组的平均瓦斯抽采流量为普通抽采组平均瓦斯抽采流量的1.7倍。

基于示踪气体法的覆岩“竖三带”测定

根据煤矿井下覆岩"竖三带"测定技术现状,提出利用示踪气体法测定覆岩"竖三带"技术,利用SF_6作为示踪气体;分析了高位钻孔在煤层开采过程中的破坏过程和利用SF_6测定覆岩"竖三带"的技术原理,设计了多钻孔对比测定"竖三带"的试验方案。现场试验结果表明,通过1~#～4~#钻孔测定断裂带上下边界基本相差不大,15203工作面的覆岩断裂带范围为35.8～71.2 m,断裂带发育完全的层位为54.1～58.5 m,弯曲下沉带范围大于71.2 m岩层,垮落带范围为小于35.8m岩层,断裂带的准确测定为高位钻孔设计提供了指导,减少钻孔工程量,提高煤矿生产效率。

煤层瓦斯压力快速测定技术应用研究

压力恢复曲线技术在油气井的开发中已经成为常用的技术手段,根据油气井中压力恢复曲线成熟的理论和方法,结合煤层瓦斯赋存和地质条件,确定了煤层瓦斯压力恢复曲线理论和采用煤层瓦斯压力恢复曲线计算煤层瓦斯压力的计算方法。现场试验表明,采用煤层瓦斯压力恢复曲线测方法可以在短时间内(为常规测压时间的1/10～1/2)准确的测定出煤层瓦斯压力,测定的瓦斯压力与常规方法测得的结果基本一致,误差率小于3.6%。

高瓦斯近距离煤层采空区卸压瓦斯大直径钻孔抽采试验研究

以小回沟煤业近距离煤层开采采空区瓦斯治理为工程背景,采用理论分析和现场试验相结合的方法,开展了近距离煤层采空区卸压瓦斯大直径钻孔抽采试验研究;对大直径钻孔采空区卸压瓦斯抽采原理进行了分析,并在2201首采工作面进行了现场试验。试验结果表明:1个大直径钻孔抽采影响范围为30~50 m,1个大直径钻孔的抽采纯流量相当于580个小直径对穿孔抽采纯流量,大直径钻孔累计抽采瓦斯纯量为701120.67 m^3,平均瓦斯抽采浓度为2.24%,平均混合抽采流量为166.3 m^3/min,上隅角瓦斯最大瓦斯浓度0.67%,工作面最大日产量9370 t,保证了工作面初次来压阶段的工作面采空区瓦斯治理。

大直径钻孔抽采条件下采空区遗煤自燃防治技术

以山西小回沟煤业2201工作面采空区大直径钻孔抽采瓦斯为背景,采用理论分析和现场试验相结合的方法开展大直径钻孔抽采瓦斯条件下采空区遗煤自燃防治研究,提出采用大直径钻孔气体取样划分采空区自燃"三带"方法;基于研究成果提出大直径钻孔抽采瓦斯条件下采空区遗煤自燃防治措施,工作面的最小安全推进速度为0.46 m/d,大直径钻孔抽采瓦斯负压要低于8 kPa,大直径抽采瓦斯流量要低于工作面配风量10%,采用灌浆防灭火和喷洒阻化剂防灭火,可将大直径钻孔"一孔多用"作为防灭火钻孔。

马道头矿3-5号复合煤层分区防灭火技术

为了解决马道头煤矿3-5号复合煤层在综放开采时采空区丢煤量大、端头漏风率高、支架间及冒顶区的浮煤浓度高、异常火区气体指标超限等问题,研究采用了采空区注氮、支架间及后方冒顶区喷洒阻化剂、异常火区注浆和端头封堵的分区防灭火技术。经在8210综放工作面试验研究,应用效果表明:回采期间采空区、工作面和支架之间的温度控制在30℃以内,CO气体始终保持在24×10-6以下,且从未出现C2H4、C2H6等标志性气体,综放工作面安全高效完成回采。

顶板定向长钻孔卸压瓦斯抽采技术研究

为有效解决小回沟矿2202工作面回采期间回风流内和上隅角周围瓦斯浓度问题,提出利用顶板定向长钻孔对采后卸压区域裂隙带内部的瓦斯进行精准抽采,分析了定向长钻孔代替普通高位钻孔抽采卸压瓦斯的原理,并通过理论分析、相似材料模拟等方法掌握了2号煤层的裂隙带发育高度。2号煤层上方0~25 m为冒落带,25~36 m为裂隙带,大于36 m为弯曲下沉带。通过现场工程实践得出:采用定向长钻孔开展卸压瓦斯抽采后,最大单孔瓦斯抽采浓度为90.2%,单孔最大混合流量为9.86 m^(3)/min,单孔最大纯流量为4.61 m^(3)/min,2202工作面回采期间回风流内的最大瓦斯浓度为0.29%,上隅角最大瓦斯浓度为0.22%.