东曲煤矿28806工作面顶板突水危险性研究

煤层顶板突水是矿井常见的水害事故之一。为了研究东曲煤矿28806工作面的突水危险性,通过地质与水文地质条件分析,向采空区实施探查钻孔做压水试验,并结合瞬变电磁探查,确定了8号煤层顶板L1灰岩、K2灰岩、L4灰岩含水层水为主要影响水源,以及顶板导水裂隙带发育高度,表明2号和4号煤层的采空区积水对28806工作面影响较小,K2灰岩和L4灰岩含水层富水性较弱,工作面无突水危险性,为8号煤层的安全开采提供了参考。

我国煤矿水力化技术瓦斯治理研究进展及发展方向

针对我国深部高瓦斯煤炭开采所面临的关键难题,总结分析了目前我国煤矿水力化技术治理瓦斯的研究现状,并指出水力化技术是深部高瓦斯突出煤层卸压增透及区域瓦斯治理的关键技术。通过分析水力压裂、水力割缝、水力冲孔等水力化技术的卸压增透及消除瓦斯突出危险性的机理、技术工艺和工程实践等方面的主要进展,发现了目前水力化技术尚未解决的关键技术问题,并且提出了需待研究的主要内容,为水力化技术的发展指明了方向。

煤层注水的水气驱替理论研究

煤层注水是世界上煤矿矿井防治冲击地压的首选措施。而注水时间、流量、压力等注水工艺参数选择是决定注水防治冲击地压效果的关键。煤层注水过程中水在煤层中渗流的规律是选择注水工艺参数的理论依据。由于煤层孔隙、裂隙中充满气体,煤层注水实际上是水替代气的水驱气的渗流过程。但迄今为止的研究均视为水在煤体中渗流的研究。与实际相距甚远。论文首先分析了煤层注水防治冲击地压的机理,注水使得煤层软化,达到峰值强度后煤体抵抗变形能力随应变降低的幅度减小,即强度后应力-应变曲线变缓。然后根据煤层注水是水驱气过程,将煤层注水视为水气驱替的有动界面的渗流问题研究。将煤层视为各向同性的孔隙介质,分别按照水驱气由钻孔径向周边流动的平面径向流和由钻孔沿煤层平行流动的平面平行流两种情况,建立了水驱气的微分方程,给出了定解条件,并进行求解,得到了不同时间水锋面到达的位置即水注满煤层孔隙的范围。从而可以根据需要注水的范围求出需要提前的注水时间和注水量。为煤层注水预防冲击地压的工艺参数选择提供了科学依据和理论支撑。

脆弱性指数法在煤层底板突水评价中的应用

为解决我国煤矿区普遍面临的煤层底板突水评价难题,以王庄矿15#煤层开采为例,在分析确定煤层底板突水主控因素及其对突水的"权重"系数基础上,应用新型的基于GIS的AHP型脆弱性指数法对王庄煤矿底板水害进行评价分析。并将脆弱性指数法与传统突水系数法评价结果进行对比分析,结果表明,脆弱性指数法得出评价结果更为符合实际。

煤层注水中的水渗流规律研究

煤层注水是煤矿矿井预防冲击地压的首选措施。本文将煤层注水中水渗流问题视为有动界面运动的渗流力学问题,针对厚煤层,薄煤层两种情况,分别用径向流,平面平行流导出了提前注水时间和流量的计算公式,为煤层注水预防冲击地压的工艺参数选择提供了科学依据和理论指导。

煤层注水致工作面前方集中应力前移的机理分析

针对新兴矿煤层注水消除工作面冲击地压和煤与瓦斯突出过程中集中应力前移的问题,分析了注水润湿煤体并使其支撑能力下降而导致集中应力前移的机理;结合新兴矿地质条件,对钻孔注水过程进行了数值模拟,着重分析了注水后集中应力前移、煤壁位移增大和注水钻孔周边渗流场分布情况;数值模拟结果与理论分析结果相一致。另外推导出在注水时间一定时,注水钻孔的渗透半径及应力前移距离公式。

高突煤层综采工作面立体化防降尘技术研究

针对高突煤层综采工作面尘源多、粉尘浓度高、风速大的问题,提出了分源治理、防降结合的思路,研究设计了由煤层注水、采煤机尘源跟踪喷雾、移架自动喷雾、钻孔泡沫除尘、回风巷尘控自动喷雾等组成的综采面立体式防降尘技术方案,并在平煤八矿戊9. 10-21050综采工作面进行现场应用。结果表明,该立体化防降尘技术对割煤、移架、打钻、转载等作业点的全尘、呼尘的降尘效率分别达到80%~88%、79%~86%,实现了高突煤层综采面粉尘的分源有效治理。

煤层完整取芯技术与影响因素研究

针对石门和井筒揭煤过程中只能上行取芯、不能下行取芯的技术难题,采用双管单转取芯器对山西某矿井筒和潞安集团李村煤矿石门巷道进行了取芯试验,总结出下行取芯失败的主要影响因素是钻孔中残留的水;通过采取钻孔注浆堵水、水泵抽水和全程打钻压风排渣等措施,排出了钻孔内的残留水,从而成功实现了煤层的完整取芯;指出成功取芯的标志是取芯器在煤层钻进过程中有大量的干屑煤从孔内喷出。

浅埋煤层开采固液耦合的数值模拟研究

在前期固液耦合物理模拟的基础上,应用岩石破裂过程渗流与损伤耦合作用分析系统(F-RFPA2D),以大柳塔煤矿20601工作面50 m基岩厚度处为例,固液耦合模拟再现了采动后其上覆岩体破坏的动态发展过程;揭示了采场顶板破断后潜水向工作面溃流规律,松散层厚度和潜水水位对上覆岩层破断规律以及对开采参数的影响;模拟比较直观地得到了采动下岩层裂隙发展及贯通引起的突水过程。

掘进面“三压带”分段注水机理及应用研究

针对高瓦斯、大风量及突出掘进面的治尘难题,提出掘进面"三压带"分段注水新方法,采用理论分析法对"三压带"分段注水机理进行研究;根据钻煤屑全水分分析法、滤膜测尘法及钻屑量称重法,分别对"三压带"采用分段注水前后煤体湿润半径、降尘效率及应力分布规律进行测试。结果表明,掘进面"三压带"采用分段注水后,煤层湿润半径达2 m左右;司机处及其后10 m处降尘效率分别达到66.5%、67.6%;卸压带被延伸到9 m左右,9～12 m范围内的集中应力带峰值相比注水前明显降低,能取得较好的防尘及防突效果。

含水量大煤岩层精确测定瓦斯压力法

针对目前通常采用的瓦斯压力测定法遇到含水量大煤岩层时难以精确测定瓦斯压力这一难题,提出了放水测瓦斯压力方法。通过在祁南煤矿多个地点的成功试验与应用,总结出了一套精确测定含水量大钻孔瓦斯压力的方法。

煤层注水防突最优润湿时间试验研究

煤层注水就是通过钻孔将压力水注入煤体,使煤、瓦斯和水之间产生复杂的三相耦合作用,以降低煤炭开采时煤尘生成量并防止煤与瓦斯突出。煤矿采用煤层注水防突措施后,何时进行采掘作业,长期以来缺少可靠的判断方法。针对此问题,在实验室通过测定煤层注水后不同润湿时间下预先吸附瓦斯煤样的解吸速度,根据煤、水充分润湿后水与煤体中孔隙的毛细作用和抑制瓦斯解吸效应最强原理,以第一分钟瓦斯解吸速度V_(1)及解吸速度衰减系数kt作为研究指标,在特定试验条件下,计算得到超化、古汉山和寺河等煤矿煤样的最优润湿时间,分别为6.44,7.00,10.41 h。最后,结合各煤样的注水相关参数,论证证明最优润湿时间确定方法是可行的,该方法对煤层注水防突技术参数优化具有重要的指导意义。

地应力主导型煤巷突出防治技术及评价指标研究

为了解决桑树坪煤矿无保护层开采条件下由地应力主导的突出危险松软3#煤层煤巷掘进防突难题,提出以卸压为主,兼顾瓦斯抽采的治理措施。在桑树坪煤矿开展水射流扩孔卸压抽采试验,考察结果表明:经水射流扩孔后,抽采钻孔瓦斯流量衰减系数降低了65%~74%,自然瓦斯涌出流量提高了2~3倍,煤层的可抽性得到改善。提出采用扩出煤屑率结合残余瓦斯含量的方法进行防突效果评价,根据煤巷掘进区域赋存条件差异化的特点确定了相应的临界值。该技术和评价指标的结合应用,可有效解决桑树坪煤矿地应力主导型松软突出厚煤层煤巷掘进的防突难题。

柿花田煤矿掘进工作面瓦斯治理技术探讨

为消除11071工作面顺槽掘进过程中的煤与瓦斯突出危险性,采用多种方法进行瓦斯预抽。通过总结对比多种瓦斯预抽措施的消突效果,指出高压水射流割缝技术适用于本矿井复杂地质环境与高瓦斯条件下的突出危险性消除。采用高压水射流割缝后钻孔瓦斯抽采量提高4.4倍,煤巷掘进速度提高50%。

改进脆弱性指数法在煤矿底板突水评价中的应用

针对传统的AHP型脆弱性指数法在权重确定方面的不足,采用熵权法对其改进,将熵权法计算的客观权重与AHP法计算的主观权重进行加权平均,综合确定各主控因素诱发突水的权重比例。在综合分析长平煤矿水文地质资料的基础上,应用GIS建立主控因素专题图并进行归一化处理,运用基于GIS的改进AHP型脆弱性指数法确定各主控因素权重,建立井田西部3号煤底板奥灰突水危险性评价模型。利用自然间断点分级法确定了分区阈值,将研究区按突水危险性的相对大小分为5个区域。评价结果符合实际,对煤矿安全生产具有重要的现实意义。

高瓦斯突出煤层综掘面综合防尘技术应用研究

针对高瓦斯突出煤层泥岩底板综掘面粉尘污染严重的问题,以及采用除尘器抽尘净化技术存在安全隐患和喷雾降尘耗水量不宜过大的实际情况,通过采用综掘面分段式注水、掘进机泡沫降尘及回风流粉尘浓度超限自动喷雾降尘等组成的综合防尘体系,经东林煤矿3402综掘面现场应用,取得了良好的降尘效果。掘进机司机位置处的总粉尘和呼吸性粉尘降尘效率分别达到95.8%和94.8%;机组后5m处分别达到93.8%和92.2%。工作面作业环境得到很大改观,确保了职工的人身健康和矿井的安全生产。

对受水威胁煤层带压开采的几点认识

介绍了受水威胁煤层带压开采的情况 。

煤层注水在瓦斯灾害治理中的研究与应用

为消除鹤煤三矿采煤工作面瓦斯突出危险,在已有相关理论研究的基础上,建立了注水情形下煤层破坏的流固耦合瓦斯抽采模型,详细阐述了煤层破坏、自由水运移、瓦斯压力变化三者耦合作用关系,分析了裂隙自由水运移影响下注水钻孔塑性区变化过程。模拟结果表明:外界自由水的注入对煤层破坏效果显著。首先随着自由水的注入,扩大了钻孔塑性破坏区范围,降低了自由水润湿区域内煤层弹性模量等参数,促进了自由水在裂隙内的运移。其次,伴随自由水压力的升高,自由水逐渐进入煤层深部,提高了裂隙空间内自由水饱和度,抑制了煤层内瓦斯解吸、扩散过程,减少了瓦斯的释放。通过现场实践表明,两者变化趋势一致,因此该模型可用于瓦斯灾害治理。

含瓦斯煤层深孔水力致裂增透与浅孔抽采消突技术研究

介绍了含瓦斯煤层深孔水力致裂增透与浅孔抽采消突技术,利用高压水促使钻孔周边煤体产生致裂和切割作用,起到压碎破坏煤体、提高回采工作面回采率及掘进工作面掘进速度的效果,达到了消突的目的,改变了以往注水软化技术稳流、低压、长孔的特点。

综采工作面塑性区钻孔注水降尘技术试验研究

针对贵州土城矿突出煤层开采时工作面回风流中粉尘浓度较高的问题,利用13163工作面前方超前支撑压力产生的塑性区内部瓦斯抽采钻孔进行注水工艺,分别试验了不同注水压力下测点处的粉尘浓度。结果表明,同一种注水压力条件下,测点处的粉尘浓度随着远离采煤机而降低,在注水压力为6 MPa时,13163工作面开采条件下降尘效果与经济成本最优,测点处风流中的平均全尘浓度与呼吸性粉尘浓度分别下降56.1%和53.1%。