我国煤矿保护层开采卸压瓦斯抽采现状及发展趋势

高地应力、高瓦斯压力和低煤层透气性等因素严重制约着我国深部煤炭开采,且随着深部煤层开采条件逐步恶化,本煤层瓦斯治理难度凸显,通过保护层卸压开采的方式治理瓦斯和消除煤与瓦斯突出可达到事半功倍的效果。为了满足实际工程的需求,综述近年来我国在保护层开采技术、被保护层应力特性变化规律、裂隙系统演化规律、渗透率演化规律及被保护层卸压瓦斯抽采技术等方面的研究工作,总结并探讨了保护层卸压开采研究的不足,发现对处于弯曲下沉带内的超远距离上被保护层煤体卸压效果的关注较少,未能满足实际工程需求,根据保护层卸压开采期间超远距离上被保护层煤体变形特征及其横向裂隙开启和闭合特征,提出了保护层卸压开采的“时间窗口期”这一概念,同时指出,建立保护层开采与被保护层瓦斯流动特性演化的时空关系,构建瓦斯抽采“时间窗口期”判识模型,建立保护层卸压开采和超远距离上被保护层瓦斯治理时空协同模式是今后治理超远距离被保护层卸压瓦斯的重要方向。最后提出采用定向长距离钻孔抽采上被保护层卸压瓦斯的方法,并在河南平顶山矿区实践验证了其抽采效果。

基于CO_(2)相变致裂的高瓦斯煤层增透消突快速掘巷技术研究

为了有效解决平山煤矿11009工作面轨道巷瓦斯突出、煤层透气性差、抽采效果达标时间长、掘巷速度慢等工程难题,本文总结分析了巷道快速掘进的影响因素,提出了液态CO_(2)相变致裂增透消突-快速掘巷一体化技术,并给出了其致裂增透技术原理,优化了矿井抽采技术方案,确定了液态CO_(2)相变致裂增透技术参数及效果评价指标。研究结果表明:通过布置直径94 mm压裂杆20根/孔,每根压裂杆内充1.5 kg的液态CO_(2),并沿巷道掘进方向顺层布置,煤层压裂后的钻孔瓦斯抽采浓度较长时间内维持在40%以上,巷道回风流瓦斯浓度稳定在0.3%以内,煤层瓦斯含量平均减少6.09 m3/t,最高减幅达到58.83%,每百米巷道掘进瓦斯治理时间可减小33 d,瓦斯抽采效果与巷道掘进速度显著提高,可有效解决该巷道瓦斯抽采效果差、巷道掘进速度慢的问题。

单元法测定瓦斯分布及旋转射流驱散积聚瓦斯

详细论述了单元法测定工作面各种瓦斯涌出源的涌出比例以及瓦斯浓度分布的原理和方法,该方法简单易行,便于推广.根据单元法实测知:“U”型通风工作面绝大部分从采空区涌出的瓦斯集聚在上隅角附近,而且上隅角也是整个采空区的漏风汇,因此,上隅角极易形成瓦斯积聚.为了有效地治理工作面上隅角积聚的瓦斯,提出旋转径向射流驱散工作面上隅角积聚瓦斯的新方法,可使上隅角积聚区瓦斯浓度在20min内下降到《煤矿安全规程》规定的1％以下.

高瓦斯煤层开采的新思路及待研究的主要问题

提出了解决高瓦斯煤层开采的新思路 :在一个密闭的空间中实现瓦斯与煤同采 ,使采煤工作在一个即能密封又能开放的空间中进行 ;当采煤机械高速运行、瓦斯涌出量很大时 ,回采工作面上下巷道密闭 ,使回采工作空间的瓦斯浓度保持在 30 %以上 ,完全处于不能产生爆炸的环境中 ,使机械设备的效率能够得到充分发挥 ,实现高产高效高安全生产的目标 ;当工作面出现故障、必须停采处理时 ,打开工作面上下巷道的风门 ,恢复通风 .煤与瓦斯同采是高瓦斯煤层的一项全新的开采方式 ,需要对其主要问题进行深入的研究 .

刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的合理参数研究

为充分发挥刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的优势,分析了刻槽钻杆螺旋槽宽度、深度、螺距的变化对排渣效果的影响情况。建立Ф50刻槽钻杆煤层钻孔三维模型,对不同参数的刻槽钻杆在钻孔内的排渣情况进行数值模拟。研究结果表明:螺旋槽宽度为12 mm,深度为1.1 mm,螺距为76 mm,排渣效果最优;通过突出煤层钻进工业性试验,钻进深度平均提高36.2%,钻进效率提高41.5%,且刻槽钻杆表面温差较小。

新景矿15123底抽巷瓦斯抽采效果研究

为考察新景矿15123底抽巷钻孔的瓦斯抽采效果,通过现场测试和数值模拟分析,对钻孔抽采前后,钻孔瓦斯抽采量及有效抽采半径进行了研究。研究结果表明,钻孔连抽40 d后,钻孔有效抽采半径可达0.7 m,连抽70 d后,钻孔有效抽采半径可达1.2 m,预计连抽150 d,钻孔有效抽采半径可达3 m左右,在此基础上,对钻孔布孔方式进行优化。

煤与瓦斯突出危险性的模式识别和概率预测

煤与瓦斯突出危险性的多因素模式识别概率预测研究涉及到采矿工程、安全工程、地质工程、地理信息系统(GIS)、概率论、信息科学和人工智能(AI)。在理论分析和查明多个突出影响因素与突出危险性之间的内在联系的基础上,确定模式识别准则、建立识别模型,完成模式识别系统设计、模式识别算法研究、概率预测准则确定和煤与瓦斯突出预测危险性预测系统的开发。以活动构造、最大主应力、瓦斯压力和瓦斯含量等8个因素作为煤与瓦斯突出发生的主要判据,用模式识别方法实现了煤层突出危险性的分单元概率预测,可方便地划分煤与瓦斯突出的危险区、威胁区和安全区,对煤与瓦斯突出危险性做出评估和预测,提高瓦斯灾害预测的准确性。建立了一个比较科学的煤与瓦斯突出区域预测方法,使煤矿安全工作者准确判断和预防煤与瓦斯突出成为可能。

不同水力割缝布置方式对卸压防突效果影响数值模拟

随着浅部煤炭资源逐渐枯竭,我国煤矿相继进入深部开采阶段,煤与瓦斯突出灾害愈趋严重,采用水力割缝技术对煤体卸压是煤与瓦斯突出防治的一种有效手段。以平顶山某煤矿深部突出煤层为例,进行了不同水力割缝布置方式对煤层卸压防突效果影响的数值模拟研究。计算了水力割缝切割煤体横向深度,建立了水力割缝三维有限元模型,数值模拟得到了三种水力割缝布置方式(平行、菱形、交错)对煤体X、Y向应力场影响变化规律。结果表明:交错排列的水力割缝布置方式导致应力降影响范围几乎覆盖整个煤层,X向、Y向应力降显著,应力降幅度分别为91.6%、97.8%,均大于其他两种布置方式。因此交错排列的水力割缝布置方式既可以满足卸压范围需要,同时也能够较好释放深部煤层应力,卸压防突效果较好。

煤矿掘进工作面瓦斯涌出规律研究

煤矿掘进工作面瓦斯涌出一般来说只与直接源瓦斯涌出量的大小有关;而在许多矿井的生产实践中,掘进工作面瓦斯涌出量却显示出与直接源涌出量不一致的特性,常常出现瓦斯涌出异常现象。本文通过对所谓"异常现象"进行观察研究,利用瓦斯监测系统和温度计、气压计对地面的气象状况进行观测,对所获得的数据进行综合分析,找出异常涌出瓦斯的来源、影响因素等,发现瓦斯涌出曲线呈现较为规律变化;经比较发现了与大气物理参数变化的关系。从而找出了掘进工作面的瓦斯涌出规律,即与大气物理参数变化之间的关系。为矿井制定生产规划、合理安排组织生产、减少瓦斯事故、保证矿井安全生产提供参考;在安全管理方面提出有针对性地加强瓦斯检查及其它措施。

松软突出煤层钻孔护壁力学作用机理分析

为了解决松软突出煤层钻进问题,提高钻进深度,为了有效阻止松软煤层抽采钻孔塌孔的情况,在讨论了不同钻孔护壁方法的技术原理的基础上,结合弹塑性"围岩-支护"理论,建立钻孔护壁力学模型,采用数值分析的方法,分析钻孔在不同内压条件下,钻孔周围煤体应力、变形量变化规律。研究结果表明,伴随孔壁内压增大,钻孔变形量呈减小趋势,最大主应力σ1峰值位置左移,塑性松动区呈缩小趋势;次主应力σ3对应曲线整体上移,钻孔周边的应力集中现象有增长趋势。通过钻孔护壁力学作用机理分析,应用钻孔护壁技术,可有效减小或阻止钻孔变形,预防塌孔,保证钻孔的最大排渣空间,有利于施工较深的瓦斯抽采钻孔。

红菱煤矿开采保护层对煤岩体透气性的数值模拟

以红菱煤矿保护层开采为工程实例,通过开采11#煤层,对存在煤与瓦斯突出的7#煤层和12#煤层进行卸压,利用FLAC3D数值模拟中小同步开挖的渗透率变化情况,对保护层开采过程中煤岩体的渗透性进行了分析,得出了煤岩体透气性变化规律。结果表明:煤岩体的透气性随着工作面推进不断增强;开采保护层上覆岩体的渗透率明显比底板岩体的渗透率大;卸压效果越好,渗透率越大。

远程覆岩卸压变形及其渗透性研究

运用数值模拟和现场试验相结合的方法,对下保护层开采所引起远程覆岩的卸压变形及其渗透性变化进行了分析与研究。结果表明:下保护层开采将使覆岩产生不同程度的卸压,卸压煤(岩)体产生膨胀变形,生成大量的次生裂隙;同时也导致了水平位移的产生,形成了丰富的竖向裂隙,从而使煤(岩)体的渗透性得到极大的提高。因此,在高瓦斯煤层群条件下,利用下保护层开采所引起的“卸压增透增流”效应,同时结合合理有效的瓦斯抽放方法,可以实现煤与瓦斯两种资源的安全高效共采。

煤层中瓦斯压力的理论计算方法

从热力学角度探讨了煤层中瓦斯压力的理论计算方法 ,将理论计算结果与工程现场实测数据对比发现 。

12.8呼图壁地震煤矿瓦斯浓度和涌水突变现象探析

地震活动有关的地质流体脉动近年来为地震预报和煤矿井工生产安全所关注。在12.8呼图壁地震近震源区煤矿井下现场调查、瓦斯浓度和涌水量变化实时监测资料分析、地震与流体脉动相关关系研究等工作基础上,发现了主震前后10多个小时瓦斯浓度的毛刺状剧烈变化,以及井下涌水量先减少、后增加的地下水量突变的映震过程。此种瓦斯浓度和涌水突变异常现象的揭示和分析,说明地震发生会导致煤矿流体剧烈脉动。在地震前后井工正常生产前,必须注意加强瓦斯浓度和水量变化监测,加大抽气排水力度,更好地保障工人井下作业安全。

低透气煤层群首采关键层卸压开采采空侧瓦斯分布特征与抽采技术

通过对首采关键层留巷采空区边缘岩体结构变形破坏和裂隙演化规律的分析,揭示了"Y"型通风工作面采空侧卸压瓦斯富集区域、运移通道、瓦斯分布特征及卸压瓦斯运移规律,提出了留巷钻孔法煤与瓦斯共采新技术和新方法;在留巷内布置上下向高低位抽采钻孔直达卸压瓦斯富集区域,实现连续抽采卸压瓦斯与综采工作面采煤同步推进,通过连续高效抽采上下被卸压层的瓦斯,实现了煤矿井下直接抽采卸压瓦斯的重大突破.

深部残采区域下冲击危险易突出煤层开采的相似模拟试验

针对深部残采区域下伏煤层工作面的安全开采问题,采用相似模拟试验的方法,通过监测残采区域形成过程中及稳定后下伏煤层应力变化情况,分析应力变化规律,根据应力卸压准则确定了残采区域的走向和倾向的卸压角及保护范围。试验结果表明,残采区域下伏煤层工作面开采过程中上覆岩层运动经历了"正常—剧烈—缓和—剧烈—正常"5个阶段和2次瞬时大面积整体失稳,工作面进风巷位于高应力集中区域内;在工作面走向方向上存在2处危险区域,结合应力观测数据划定了2处危险区域的范围。该研究工作为制定残采区域下伏煤层工作面防冲、防突安全措施提供了可靠的基础数据。

留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术

针对深井高地应力、高瓦斯含量、低渗透率煤层群开采效率低和深部开采面临的安全技术问题难以突破的现状,提出煤与瓦斯共采新思路、新方法.揭示了采动影响区内顶板岩层裂隙的动态演化及采空区侧"竖向裂隙发育区"的形成规律、Y型通风方式下采空区的空气压力场分布和卸压瓦斯的流动规律,建立了留巷钻孔法替代巷道钻孔法抽采卸压瓦斯的煤与瓦斯共采的新理论、新方法.

煤巷两帮卸压瓦斯带宽度理论分析及应用

文章确定了煤巷两帮瓦斯流动模型及瓦斯压力表达式,根据瓦斯总量守恒原理,从理论上分析了煤巷两帮卸压瓦斯带宽度的计算方法,最后采用该计算方法对晋城成庄煤矿瓦斯压力测定结果偏低的原因进行了解释。从实际应用来看,可以采用该理论分析方法来指导煤巷瓦斯压力测定工作。

浅析隧洞围岩宏微观结构与岩爆

文章分别分析了隧洞围岩的宏观结构因素(结构面发育情况,结构面与硐室或隧道轴线的关系及与最大主应力的关系等)及微观结构因素(岩石矿物颗粒的排列、颗粒间的联接以及粒间的空隙特征等)对岩爆的影响。分析表明,围岩的宏、微观结构与岩爆发生及发生的强烈程度有紧密的关系。在实际工程中,这一认识对岩爆问题的正确评价无疑是十分有益的。

我国煤层气开采利用现状及其产业化展望

论述了开采利用煤层气的意义 ,简要地评述了我国煤层气开采利用的现状并提出了其产业化面临的科技任务。