鹤煤三矿41采区煤层增透与瓦斯抽采技术研究

针对鹤煤三矿穿层钻孔施工采用传统打钻技术存在的打钻工程量繁重、钻孔布置密集度较高、瓦斯抽采效率较低等缺点,深入分析煤层赋存条件,研究优化抽采工艺与全程筛管固孔的方法,确定穿层钻孔布置形式,通过底抽巷穿层钻孔实施水力冲孔的方式,实现瓦斯灾害的快速治理。实践表明,相同条件下实施穿层钻孔水力冲孔技术,能大幅度提高单孔瓦斯抽采浓度,煤层瓦斯能够得到充分释放,促使煤层裂隙数目与透气性显著增加,有效改变了初始瓦斯分布状况,消除了新建工作面煤层应力集中现象,达到防治瓦斯突出的目的。

穿层钻孔协同定向长钻孔瓦斯抽采技术在盘城岭矿的应用

以盘城岭煤矿150106运输顺槽为研究背景,针对原来实施的单一顺层定向长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施所造成的瓦斯抽采效率低下、采掘失调等制约煤矿生产的问题,提出并应用高抽巷向下穿层钻孔协同定向长钻孔瓦斯抽采技术预抽煤巷条带煤层瓦斯,形成了“长抽+短抽”相结合的立体交叉瓦斯抽采模式。经试验论证,瓦斯抽采效果显著提升,能够保证矿井安全高效开采,同时也为其他高瓦斯矿井或瓦斯突出矿井的瓦斯抽采防突提供了技术参考及借鉴。

石门揭煤作业中定向长钻孔瓦斯抽采防突技术的应用

研究专注于煤矿工作面瓦斯防突技术的应用,特别是定向长钻孔瓦斯抽采防突技术在石门揭煤作业中应用。旨在评估这一技术在防止瓦斯突出方面的有效性,以确保煤矿安全和生产符合相关法规。为确保工作面的安全推进,在工作面前方的煤层区域设置检验钻孔,用于测定残余瓦斯压力和含量,并确保其符合标准。研究结果显示,实际操作中的残余瓦斯含量和压力均满足相关标准,5个检测钻孔的瓦斯压力平均值为0.522 MPa,瓦斯含量为4.5 m3/t,满足瓦斯含量小于8 m3/t、瓦斯压力小于0.74 MPa的要求。表明该技术可以有效防止瓦斯突出。另外,采用钻屑瓦斯解吸指标法进行突出危险性评估,结果显示在揭煤阶段的工作面不再有突出危险,可以继续进行揭煤工作。

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。

煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论基础与关键技术

煤岩层赋存条件决定了煤矿深部开采条件下煤岩动力灾害的发生机理更趋复杂、防控难度显著增大,如何解决煤矿深部开采煤岩动力灾害防控问题,直接影响我国煤矿的安全生产和能源的有效供给。针对“煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究”这一科学命题,基于冲击地压“三因素”机理和煤与瓦斯突出的综合作用假说,从煤岩动力灾害防控理论基础、关键技术和防控实践等3个方面,梳理澄清了煤矿煤岩动力灾害防控中的一些模糊概念,建立了用于统一描述冲击地压和煤与瓦斯突出发生机理的广义“三因素”(“物性因素”、“应力因素”及“结构因素”)理论,确定了我国煤矿典型冲击地压的4种类型(煤层材料失稳型、煤层结构失稳型、顶板断裂型、断层滑移错动型),分析了影响冲击地压和煤与瓦斯突出的主要因素,从思想认知、原则方法及技术核心等方面凝练了煤岩动力灾害多尺度分源防控技术,提出了深部开采冲击地压巷道“三级”吸能支护思想与成套技术,开发了煤与瓦斯突出井上下联合抽采防控技术和超高压水射流“横切纵断”防治复合煤岩动力灾害技术,并在现场开展了应用试验。煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论与关键技术的建立与完善,为我国今后煤矿煤岩动力灾害的防治提供了科学依据。

突出煤层群井上下联合抽采防突模式与关键技术

我国煤层具有地应力大、渗透率低、瓦斯压力大、瓦斯含量高等特点,煤与瓦斯突出灾害严重。因此,需采取有效瓦斯治理措施,而单一井上瓦斯抽采技术容易出现抽采盲区,导致抽采效果不佳;单一井下瓦斯抽采技术工程量大、周期长,难以在短时间实现煤层消突。通过将井上与井下瓦斯抽采技术相互联合,实现井上下联合防突,是保障煤炭安全开采的关键技术之一。而在煤层群矿井中,需针对煤层间距离的远近采用不同的井上下联合防突模式,实现煤层群快速消突。对此,基于井上与井下联合抽采瓦斯技术优势,阐明了井上下联合防突“时空转换-优势互利”的内涵。井上地面井长时间、广覆盖抽采瓦斯实现煤层降突,换取井下作业空间,实现“时间换空间”;井下钻孔在井下作业空间内,精准抽采目标区域瓦斯实现目标区域快速消突,缩短目标区域消突时间,实现“空间换时间”,提升煤层瓦斯治理效果。针对近距离煤层群层间采动影响大等特点,提出了近距离煤层群“孔群覆盖-协同抽采”井上下联合防突典型模式,实现了瓦斯突出治理的超前规划、提前施工、整体消突。针对远距离煤层群采动卸压范围小等特点,提出了远距离煤层群“强化增透-递进抽采”井上下联合防突典型模式,实现了瓦斯突出治理的强化卸压、递进消突。自主研发了近远距离煤层群井上下联合防突关键技术,并以沙曲一矿与朱集西矿作为近远距离煤层群矿井典型案例进行应用效果分析。应用效果表明:在近距离煤层群沙曲一矿中释放抽采达标煤量约80万t,高效抽采瓦斯量约420万m^(3)。远距离煤层群朱集西矿中井下钻孔工程量减少约60%,抽采达标时间缩短约40%。

突出薄煤层智能化综采面一体化防突技术

针对龙滩煤矿K_(1)突出单一薄煤层厚度变化大、煤与瓦斯突出危险性高和断层发育等问题,从消能防突和卸压增透两方面入手,提出了以工作面顺层钻孔、底板穿层钻孔、底板穿层网格化钻孔完全区域消能为主,断层带深孔爆破、抽采盲区水力压裂、超前排放钻孔局部卸压增透为辅的一体化防突技术体系。3124S智能化综采工作面现场抽采结果表明:一体化防突技术实施后,瓦斯抽采浓度提升1.32倍,抽采纯量提升1.27倍,瓦斯抽采率46%以上,瓦斯抽采效率大幅提升,为突出薄煤层智能化综采工作面安全快速推进奠定了基础。

祁东煤矿61^#煤层掘进面局部综合防突技术

在对祁东煤矿四采区61#煤层煤巷掘进工作面局部性"四位一体"的综合防突技术措施进行总结分析的基础上,提出了该矿61#煤层煤巷掘进工作面局部性"四位一体"综合防突技术,为该矿及其他矿井类似地质条件下的煤巷掘进工作面的安全掘进提供技术支持和参考依据。

突出煤层多重水力卸压增透技术的现场试验研究

单一低透气性突出煤层的区域防突问题一直是一个技术难题。本文以大平煤矿为例,通过实施"水力压裂—水力冲孔—孔间压裂—二次冲孔"多重水力卸压增透技术,并经过现场试验检验了该技术的区域防突效果。现场试验结果表明:多重水力卸压增透技术使单一突出煤层的卸压效果更均衡,钻孔初始瓦斯抽采流量是采取单独水力冲孔措施的2.15倍,是不采取卸压措施的28倍;预抽消突达标时间缩短至6个月以内,并消除了单纯采用水力冲孔措施的卸压效果不均衡、存在局部应力集中的现象,区域防突效果明显。

突出矿井瓦斯灾害多元化精准防控系统建设

为有效、科学地防治煤与瓦斯突出灾害,以煤与瓦斯突出灾害致因及发生规律为基础,提出了"瓦斯地质精准控制、瓦斯抽采达标可靠、瓦斯涌出智能预警、日常防突管理规范"的瓦斯灾害多元化精准防控技术结构,从装备、模型、软件三方面建设了瓦斯灾害多元化精准防控系统。该系统实现了瓦斯灾害的多元化、规范化的防控分析和管理,能够有效提升矿井瓦斯灾害精准防控技术能力及水平,现场应用效果良好。

大倾角上行穿层钻孔聚能爆破增透卸压技术试验研究

为提高瓦斯抽采效果,郑煤集团对大倾角上行穿层钻孔聚能爆破增透卸压技术进行了试验研究,实践证明,煤层透气性系数增加数百倍,解决了"三软"突出煤层抽采难、消突难的问题。

鹤煤六矿2145底抽巷水力增透防突技术实践

为提高煤层瓦斯预抽率和煤巷掘进速度,鹤煤六矿在2145底抽巷进行了穿层钻孔水力增透技术试验。试验结果显示,穿层钻孔水流的打击作用使原煤体结构发生变化,在煤体内快速形成槽孔,使得钻孔周围煤体透气性明显增加,大量瓦斯得以卸压快速解吸,并进一步激发煤炮诱导瓦斯突出和释放煤体内的瓦斯压力,瓦斯抽放半径大幅变大,抽放效果显著提高。

综合抽采防治煤与瓦斯突出技术的应用探索

本文介绍晋城煤业集团寺河矿西区、北区试验利用地面钻井斟探抽采、井下顺煤层长钻孔区域性勘探抽采、掘进工作面短钻孔抽采和采煤工作面顺槽钻孔抽采的综合抽采技术,从而有效降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力,遏制高瓦斯矿井有突出危险倾向性煤层向突出发展的趋势,对于保证矿井的安全开采具有重要作用。

水力冲煤卸压防突技术在临涣煤矿的应用

结合临涣煤矿开展的水力冲煤卸压消突试验,分析了水力冲煤技术的防突机理,利用FLAC3D软件,模拟出了冲孔后钻孔径向应力、位移、膨胀变形率变化情况。现场采取水力冲煤措施后,单孔抽采标况瓦斯最大混合流量达142 L/min,抽采浓度最大可达88%,分别为采取水力钻采措施前的2.2和2.6倍;同时,在实施过程中减少了钻孔工程量,实现了突出危险区煤巷安全高效掘进。

强突出煤层“内保护层”构建理论及工程实践

保护层开采是煤矿瓦斯灾害防治最有效的技术手段,适用于有保护层可采的多煤层(群)等。对于无保护层可采的强突出单一煤层,随着采深加大、开采强度增加、构造更加复杂等多重因素叠加影响,应力与瓦斯耦合型灾害成为主导。为消除煤与瓦斯突出危险,目前采取的诸如机械扩孔、水力冲孔、水射流割缝和水力压裂等措施均能较好地提高抽采效果,但未能实现均匀卸压、均匀增透和消除应力异常,存在一定的消突局限性。如何实现瓦斯高效抽采和高效消突是长期遏制该类煤层安全高效开采的主要技术瓶颈。研究结合河南能源集团所属突出矿井“零距离保护层”分层开采、穿层钻孔卸压增透强化抽采消突的工程实践,通过优化穿层钻孔设计、合理选择卸压措施和精准计量掏出煤量,强化卸压消突效果考察,实现大区域连片均匀卸压,形成了在煤层内构建类似保护层的消突途径,提出了“构建内保护层技术”,实现了强力均匀卸压、高效抽采,实现煤层快速消突。总结以河南能源焦煤公司为代表的突出矿井瓦斯治理技术发展历史及经验,开展单一厚煤层“构建内保护层技术”研究,阐释了“构建内保护层”消突的科学内涵、消突机理构建方法,开发了内保护层消突效果评价技术,构建了强突出单一煤层内保护层消突技术体系并制定了相关企业标准。提出强突出单一煤层主动构建内保护层的消突理念,创新了保护层开采的内涵和外延,为强突出单一煤层高效消突提供了较完善的技术体系和较为坚实的理论基础及技术手段。

煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理

由于煤矿深部煤岩体物性、应力、瓦斯等因素显著改变,出现了应力主导型突出、低瓦斯压力突出等新的灾害特征。为了更好地指导煤矿深部突出防治工作,基于煤与瓦斯突出关键结构体致灾理论,结合所建立的易突出构造煤体渗透率演化理论模型,揭示了煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理。研究表明:煤与瓦斯突出灾害防控的核心是高效抽采瓦斯,其关键是设法降低地应力;降低易突出构造煤体所受地应力大小,可起到降低弹性潜能、提升煤层渗透率、促进瓦斯高效抽采、降低瓦斯内能等多重效应;煤矿深部开采煤与瓦斯突出灾害防控应因地施策,从卸荷消能和煤岩介质属性改造两方面着手,重点区域在采用卸压增透和瓦斯抽采措施后,还可采取一些提高煤体强度、抑制瓦斯解吸等改性措施,确保煤矿深部采掘作业的安全。

矿井区域综合防突关键技术探讨

结合安阳矿区瓦斯地质条件和井田实际情况,阐述了在防治煤与瓦斯突出的区域综合防突措施中,所实施的工作面底板岩石抽放巷、穿层钻孔和顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯,以及提高开拓后预测可靠性方面的具体措施和参数设计方法。

顺层长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突技术在火烧铺煤矿的应用

针对贵州火烧铺煤矿3~#煤层瓦斯抽采效果不佳、抽采时间较长等问题,结合以往的瓦斯治理技术经验,对火烧铺煤矿2632首采工作面实施顺层长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施。介绍了顺层长钻孔的设计及施工情况,以及封孔工艺,应用结果表明:实施顺层长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施后,2632首采工作面顺层长钻孔抽采区域的主管瓦斯抽采浓度、抽采纯流量提高了1倍多,煤层残存瓦斯含量和钻屑瓦斯解吸指标K_1值均小于规定的临界指标值,并且节约了生产成本,实现了工作面的安全高效开采。

预裂爆破增透技术在煤矿的应用

阐述了利用预裂爆破技术松动煤体、增加煤层裂隙,提高抽采效果,有效降低煤层瓦斯突出危险和风排瓦斯量的技术过程。

复杂构造带低渗高瓦斯煤层水力压裂增透技术

为了解地面直井水力压裂增透技术对阳泉矿区复杂构造带低渗透高瓦斯突出煤层的改造增透效果,在研究区断层附近布置了9口煤层气井,采用地面直井水力压裂技术对3^(#)、8^(#)和15^(#)主采煤层进行压裂增透改造。结果表明:经地面直井水力压裂增透技术改造后,位于向斜构造控制的封闭性逆断层构造带和冲刷带附近的煤层气井能够取得较高产气量,开发效果较好,压裂改造形成的高渗区与断层附近形成的高渗区相互沟通,显著提高了煤层气井有效瓦斯抽采范围和抽采效果,降低了采掘巷道的突出危险性。