Research on hydraulic slotting technology controlling coal-gas outbursts

Measured to control serious coal-gas outburst in coal seam were analyzed by theory and experimented in test site.A new technique to distress the coal-bed and drain methane,called hydraulic slotting,was described in detail,and the mechanism of hydrau- lic slotting was put forward and analyzed.The characteristic parameter of hydraulic slotting was given in Jiaozuo mining area and the characteristic of validity,adaptability and secu- rity was evaluated.The results show that the stress surrounding the strata and the gas in coal seam is released efficiently and thoroughly while new techniques are taken,as slot- ting at heading face by high pressure large diameter jet.The resistance to coal and gas outbursts is increased dramatically once the area of slotting is increased to a certain size. In the process of driving 2 000 m tunnel by hydraulic slotting excavation,coal and gas outburst never occurre.The technique could be used to prevent and control potential coal-gas outburst in the proceeding of tunnel driving,and the speed tunneling could be as high as more than 2 times.

石门揭煤消突钻孔复杂情况处理

石门揭煤作为一项瓦斯治理新技术,能从源头上防控煤与瓦斯突出事故发生。但在施工时容易出现钻井复杂情况,对钻井复杂情况的正确处置关系到钻井工程的成败。淮南谢一矿水文地质条件复杂,地面辅助消突钻井面临着井眼轨迹控制要精准,钻井过程中要绕开障碍物等难题。在施工过程中发生了钻井液漏失和钻具刺漏等复杂情况,通过水泥浆堵漏、水泥封孔和侧钻等措施,成功避免了大量钻井液和地层水涌入巷道,根据示踪剂的返出时间差判定了钻具刺漏的大概位置,采取起钻更换钻具的处理措施,成功避免了井下钻井事故的发生。

王庄煤矿矿井水水化学分析及水源识别关键技术

针对王庄煤矿矿井充(突)水水源种类多、临时突水点水源判别存在困难的问题,本文以王庄煤矿142个突水点水样水质分析结果为基础,对各水样的水源做了系统分析,详细划分出影响王庄煤矿安全生产的主要充水水源,即二叠系砂岩裂隙水、太原组薄层灰岩水、奥灰水及采空区(老窑)积水。基于改进后的Fisher水源判别基本原理,设计了王庄煤矿矿井水水源识别系统,实现了临时突水点水源的快速识别。

突出煤层定向钻孔瓦斯治理技术的实践研究

辛置煤矿2-211大采长工作面主采煤层为2号煤层,根据突出危险等级划分属于煤与瓦斯突出危险煤层,为解决突出煤层瓦斯抽采难题,采用定向钻孔方法对受采动影响区、采空区进行瓦斯抽采治理。实践应用表明:采用定向钻孔瓦斯治理后,上隅角、回风巷瓦斯平均浓度均降低至0.47%,瓦斯治理效果显著,采空区大量瓦斯得到回收利用,瓦斯治理成本降低,具有较好的安全经济效益。

煤矿瓦斯治理及防突对策分析

瓦斯问题长期以来一直是威胁煤矿工人生命安全和煤矿稳定运营的主要隐患之一。瓦斯超限不仅会引发突出和爆炸等事故,还可能导致重大的人员伤亡和财产损失。综合分析了引发煤矿瓦斯问题的原因,评估了当前瓦斯治理技术的效果,并提出具有创新性的优化措施,以期为煤矿瓦斯治理提供更加全面和实用的解决方案。

水力化防治煤与瓦斯突出技术研究现状

我国是容易发生煤与瓦斯突出事故的国家之一。近年来,一些学者尝试利用物理模型模拟煤与瓦斯突出现象,研究其发生机理。但由于煤与瓦斯突出灾害具有复杂性、不可再现性等特征,煤与瓦斯突出机理研究仍处于假说阶段。为了有效降低煤与瓦斯突出事故的危险性,煤与瓦斯突出防治技术应运而生,并且取得显著成果,煤与瓦斯突出事故发生概率大大降低。在煤与瓦斯突出防治技术中,水力化防治技术被广泛应用。本文旨在简要阐述煤与瓦斯突出的主流假说,分析水力化防治技术的作用原理,探讨水力化防治技术研究现状,并提出目前技术存在的问题以及未来发展趋势。

突出煤层综采工作面初采期间瓦斯治理技术研究

突出煤层坚硬顶板综采工作面初采期间受采空区悬空面积大、煤层瓦斯含量高及采空区高浓度瓦斯涌出量多等因素影响,容易引起瓦斯超限,甚至诱发安全事故,因此,以6203综采工作面为工程背景,提出了以强化初采期间瓦斯抽采为核心的瓦斯治理措施。首先,适当增加了初采期间的配风量,以提高风排瓦斯能力;其次,对高位钻孔参数进行了优化,通过降低高位钻孔终孔与6#煤层顶板的距离,并增加其覆盖范围,以提高采空区瓦斯抽采效果;然后,增加了煤层钻孔的数量,并在回风顺槽布置了大直径低负压抽采管,以实现对采空区内6~12 m范围内的瓦斯抽采,强化了初采范围煤层瓦斯的抽采效果,降低了回采期间瓦斯涌出量;最后,在实际工程应用中,6203综采工作面初采期间未出现瓦斯异常涌出情况,采面各区域瓦斯体积分数均保持在安全范围内。

贵平煤矿地质灾害研究及防治

随着煤矿开采的不断深入,所引起的地质灾害越发严重,特别是在开采多煤层时,地质灾害影响更为严重。为加强对山体滑坡、陡岩崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝等地质灾害的防治,改善煤矿地质环境,根据矿井实际情况,结合各类地质灾害发生的特点,采取对采空区进行地表下沉量预测、无人机遥感监测等有效的防治措施,实现对风险的有效预防与控制,并加强地质灾害治理,保护煤矿地质生态环境,实现矿井长期安全稳定发展。

保护层开采与卸压瓦斯协同抽采技术研究与应用

针对深部低透突出煤层群下保护层开采后上覆被保护层卸压瓦斯及下保护层瓦斯协同抽采的难题,新景矿采用“地面井预抽+高(低)位抽采巷”实现了被保护层卸压瓦斯及上隅角瓦斯的协同抽采。综合应用机械造穴、地面井压裂等增透措施,提高了新景矿15号煤层抽采效率。增透前后支管抽采瓦斯纯流量提高了2.27倍,缩短了保护层工作面预抽瓦斯的达标时间;通过对比15号煤层开采前后3号、8号及9号被保护层的卸压瓦斯地面井抽采瓦斯纯流量提高了1.85倍,实现了保护层与被保护层瓦斯的协同抽采,开采突出煤层群做到安全可控,对阳泉矿区煤层群安全高效开采具有重要的参考意义。

陕西省煤矿瓦斯灾害防治现状及对策研究

对陕西省煤矿瓦斯灾害特征进行了整体分析,并重点分析了韩城矿区3号和11号煤层瓦斯突出特点。分别对高瓦斯矿井、瓦斯突出矿井采取的灾害防治方法及存在的不足进行了较为全面的阐述。瓦斯突出矿井形成了地面L型钻井水力压裂区域瓦斯排采技术、穿层钻孔高压水射流钻扩一体化瓦斯抽采技术等10项瓦斯抽采技术、瓦斯抽采“四化”经验和智能管控平台系统,但在矿井通风、瓦斯地质、瓦斯抽采和瓦斯管理等方面存在不足;高瓦斯矿井形成了诸多先进经验、典型先进模式,但在瓦斯地质、通风系统、防突措施、安全防护、监测监控和管控模式等方面存在不足。提出了高瓦斯矿井和瓦斯突出矿井灾害防治对策,认为高瓦斯矿井应从瓦斯地质探测、瓦斯抽采系统、通风系统及瓦斯管理等方面加强针对性瓦斯防治对策:瓦斯突出矿井应进一步开展突出机理及规律精细化研究,实施区域性预测及大区域预测防控技术,推广瓦斯灾害远程在线智能预警,加强矿井防突技术、设施及人才管控力量。

基于定向水力掏煤的层内“保护层”强化抽采技术

为解决底抽巷穿层钻孔水力掏煤范围小、钻孔覆盖距离短、精准度差的问题,胡底煤业从本煤层极薄保护层定向水力掏煤防突机理分析出发,结合定向钻机无线测量技术及水力掏煤技术,在13091巷迎头钻场开展定向钻孔水力掏煤试验。实践表明,定向钻孔水力掏煤后钻孔抽采浓度和百米钻孔流量都有提升,同时缩短了抽采达标所需时间,实现了消突的目的。该项技术具有远距离、精准、全方位消突及经济效益好的特点,可以广泛应用于突出矿井的区域瓦斯治理。

高瓦斯矿井煤层的瓦斯治理技术分析

针对7105工作面瓦斯涌出量大的问题,结合现场情况以及煤层赋存情况,提出采用高位瓦斯抽采钻孔+顶板定向长钻孔+地面瓦斯抽采相结合的方式进行治理。高位瓦斯抽采钻孔分为高位裂隙瓦斯钻孔和高位拦截钻孔,可实现采空区顶板裂隙瓦斯抽采并拦截上覆3号煤层卸压钻孔;利用顶板定向长钻孔钻进距离长、钻孔轨迹可控的优点,实现顶板瓦斯长距离接抽;利用地面钻孔钻进方便、效率高以及抽采量大的优点,实现7105采空区内及3号煤层卸压瓦斯等抽采。采用以上瓦斯治理措施布置方案后,7105工作面回风隅角、回风巷瓦斯浓度均在安全范围内且波动较小,采面瓦斯涌出量较小,可为采面安全高效生产创造良好条件。

煤矿瓦斯抽采钻孔三维模拟及控制效果评价

针对瓦斯抽采钻孔施工完成后缺少钻孔三维可视化及控制效果评价的工具,难以精确识别钻孔空白带,留下安全隐患的问题,提出了一种抽采钻孔的三维模拟及评价技术。通过导入采掘工程平面图和钻孔施工数据,提取巷道、钻场、钻孔、测量点等基础数据,对巷道底板高程沿导线测量点的高程值进行插值处理,将巷道等图元的二维坐标转换为三维坐标,构建了可反映煤层、巷道和钻孔特征的三维模型。提出了基于体积法的钻孔控制效果评价方法,将煤层划分为若干个边长等于抽采有效半径的控制体,通过计算穿过控制体钻孔长度之和与抽采有效半径的比值来定量评价钻孔的控制效果,并将钻孔控制效果用不同的颜色进行三维展示,便于对钻孔的疏密及钻孔空白带的位置进行分析,为精确补充钻孔提供决策依据。基于该技术,开发了抽采钻孔三维模拟及控制效果评价系统,并在窑街煤电金河煤矿16215工作面进行了应用,处理了3786个钻孔数据,绘制了巷道、钻场、钻孔和煤层的三维模型,钻孔三维模拟情况与现场一致,通过控制效果分析对钻孔空白带施工了补充钻孔,有效消除了潜在安全隐患。

基于UDEC的上保护层开采竖向应力分布规律研究

利用UDEC数值模拟软件,以淮南矿业集团某矿为试验矿井,利用数值模拟建模并基于矿井实际开采计划,对上保护层开采过程中煤岩体竖向应力变化情况进行模拟,绘制二维应力云图,探究竖向应力分布规律。计算结果显示:在上保护层开采过程中,被保护层及周围煤岩体的卸压程度随着保护层工作面的推进而变大,即保护层推进距离越远,竖向应力的最小值越小,卸压区的面积越大。在保护层B7煤层开采完毕后,整个模型的最大卸压率为53%,平均卸压率为42%,卸压效果明显,对现场安全生产提供了技术保障。

CO_(2)相变致裂煤的显微构造特征与成因机制

CO_(2)相变致裂是一种高效增渗、增抽和消突的新型煤矿瓦斯治理技术,应用效果显著。该技术的核心是高压动力载荷作用于煤层的强化造缝及其卸压增渗效应。然而,新生裂缝的形貌特征以及破坏成因机制研究薄弱。目前井下厘米—米级尺度裂缝的观察和描述,主要用于揭示煤层的造缝增透机理。更小尺度的微米级显微裂隙研究,可更系统和全面描述裂缝的形貌和发育规律,揭示CO_(2)相变致裂作用下煤的破坏机理。应用自行研制的高压CO_(2)冲击大型物模试验装置系统,对无烟煤试件进行了120 MPa高压CO_(2)冲击,基于场发射扫描电镜(FESEM)的观察,研究了微米级裂隙特征、发育规律及其形成机理。结果表明:(1)致裂后煤样的割理系统充分沟通,形成多尺度的复杂微裂隙网络。(2)煤基质破碎并发育大量微米尺度的新生显微构造,发现了3种典型显微构造是“损伤坑”“三翼型”裂隙和“页理状构造”。(3)CO_(2)的超临界相、气相、或者二者的混合相态冲击破碎近喷孔端煤样,冲击波可能是试件远端破坏造缝的主要力学机制。(4)显微构造的形成和损伤演化机制为:在煤基质表面形成损伤坑,并以损伤坑为中心形成“三翼型”张性锯齿状分支裂隙,多个“三翼型”裂隙组合形成复杂的微裂隙网络系统。强化造缝形成的复杂网状裂隙系统,是煤层卸压、增渗、增抽和高效消突的内在原因。

深部开采厚隔水层底板破坏模式及突水防控技术

深部开采厚隔水层底板高承压水突水灾害是制约深部煤层安全高效开采的重大问题。本文以邢东矿为研究对象,根据深部开采厚隔水底板的突水量变化和底板破坏特征,将作用于底板的应力扰动模式细化为远场基本顶失稳的动载荷和近场支承压力的静载荷扰动模式两类,并将深部开采厚隔水层底板破坏模式划分为采动裂隙与底板深部隐伏构造和贯穿断层直接沟通奥灰含水层破坏模式两种,以此构建了以“区域注浆加固治理+切顶卸压”为主的深部开采厚隔水层底板突水的防控技术,有效地预防了邢东矿深部区域厚隔水层底板突水灾害的发生。

突出煤层回采工作面瓦斯治理技术研究

为实现1151综采工作面煤炭安全高效回采,提出综合采用底抽巷穿层钻孔、本煤层顺层钻孔、高位瓦斯抽采钻孔、采空区埋管抽采等措施实现本煤层、采空区瓦斯抽采,消除煤层突出危险性并减少巷道掘进及后续回采期间瓦斯涌出;通过在采面上下端头布置隔离墙封堵,可进一步降低采空区瓦斯涌出量并达到抑制采空区遗煤自燃的目的。现场应用后,采面回采巷道掘进及回采区域内煤层突出危险性得以消除,煤层瓦斯含量及瓦斯压力降至安全范围内,巷道掘进及回采期间未有突出征兆,表明采用的瓦斯治理技术取得较好效果。

马兰矿“以孔代巷”抽采下邻近层瓦斯可行性研究

马兰矿常用底抽巷顺层钻孔抽采下邻近层瓦斯,但存在瓦斯治理成本高、矿井生产衔接紧张等问题。针对上述工程难题,提出了以定向长钻孔替代底抽巷抽采下邻近层瓦斯的“以孔代巷”思路,并在18506工作面开展了工业性试验,分析了定向长钻孔替代底抽巷的可行性条件。研究结果表明:定向长钻孔抽采卸压瓦斯时,每一主孔(分支)的平均抽采流量为0.40 m^(3)/min,效果显著;此外,若定向长钻孔按间距30 m布置对18506工作面下邻近层卸压瓦斯全覆盖抽采,可以替代底抽巷顺层钻孔抽采9#煤层卸压瓦斯;进一步以18506工作面回风瓦斯浓度0.8%为控制条件,定向长钻孔替代底抽巷顺层钻孔抽采下邻近层卸压瓦斯且兼顾预抽下邻近层瓦斯的可行条件分别是9#煤层瓦斯含量应不超过6.41 m^(3)/t和7.88 m^(3)/t。研究成果可以为我国高瓦斯突出矿区开展“以孔代巷”工作提供借鉴。

上保护层开采过程中下伏煤岩体应力变化规律研究

保护层开采技术一直被认为是降低煤与瓦斯突出危险的有效措施之一,为了探究上保护层开采过程中下伏煤岩体的应力变化规律,首先利用FLAC3D软件对试验矿井的保护层开采过程进行模拟,并绘制应力云图,得出了距离保护层越远,煤岩层的卸压效果越小的结论。其次,通过现场工程试验,利用油枕型钻孔应力计测试了不同地点的地应力,对数值模拟的结果进行了验证,同时利用实测数据计算得出试验矿井上保护层开采的卸压率达到了50%以上,为后续安全生产工作奠定了基础。

采煤工作面煤与瓦斯突出构造物理预警指标体系研究

为对采煤工作面煤与瓦斯突出进行综合防治,分别从地质构造、构造应力、构造煤、瓦斯赋存4个维度分析其对突出的影响。在煤与瓦斯突出构造物理环境因素研究的基础上,选择R型系统聚类方法和专家分析法,建立工作面突出构造物理预警指标体系,针对某矿复杂的煤层地质环境,运用模糊综合评判方法建立煤与瓦斯突出构造物理预警模型,并以该矿12090工作面为研究对象,对预警模型可行性进行了验证。