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。

水力冲孔消突措施试验研究

针对淮南矿区埋深大、透气性低及高地应力的煤层赋存状态,为了解决石门揭煤过程中的煤与瓦斯突出问题,在谢桥等5个矿试验了水力冲孔技术,通过排出部分煤体和瓦斯,对煤体增透卸压,从而实现快速、安全的揭煤。研制了水力冲孔专用PZCK-C-*系列喷头,优化了水力冲孔工艺和技术参数,模拟对比了冲孔前后钻孔周围的应力变化。试验结果表明,在钻孔冲出煤量达到1.0～2.5 t/m时,其冲孔影响半径可以达到5.5～9.0 m,煤层透气性系数增大了70%～370%,实施水力冲孔后,冲孔控制区域的煤体得到卸压,透气性增大,突出潜能和瓦斯热力学能得到释放,快速消除了石门揭煤工作面的突出危险性。

煤与瓦斯突出的渗透失稳机理分析

为探索煤与瓦斯突出机理,基于流固耦合理论,对地面煤田钻井、实验室巷道增压试验及金属栅栏的抑突效应进行了分析,提出了煤与瓦斯突出属渗透性失稳的观点,其主要内容是:煤层瓦斯压力梯度是反映地应力、瓦斯压力和煤层渗透性相互影响的一种综合性指标。突出分为2个阶段:第1阶段是煤体失稳阶段,产生失稳的动力是瓦斯的渗透力;第2阶段是煤与瓦斯突出的运移阶段,其主要动力是瓦斯的膨胀压力。瓦斯的渗透力取决于瓦斯压力梯度,而瓦斯膨胀压力取决于瓦斯绝对压力。降低煤层瓦斯压力、增加巷道气压背景值及延长渗流途径是降低煤层瓦斯压力梯度的3种途径。

水力冲孔在夹矸低透气性煤层中的应用

基于新集二矿A1煤组煤层透气性低,瓦斯压力大的特点,根据高压水射流原理,利用穿层钻孔进行了水力冲孔卸压增透试验。结合煤层含有均厚1 m夹矸层特殊煤层赋存情况,在试验过程中仅部分煤层进行水力冲孔。结果表明,水力冲孔技术在夹矸煤层中可以得到较好的适应,增加了煤层透气性,提高了煤层瓦斯抽采效率。

基于褶皱构造的突出主控因素研究

平煤十矿是典型褶皱构造矿井,为研究煤与瓦斯突出主控因素,利用瓦斯地质理论和煤岩动力学的方法,分析了各组煤层突出规律,论述了褶皱、煤层厚度、煤层倾角、构造煤、地应力等地质因素对突出的控制作用。结果表明,褶皱和地应力是主控因素。最后对未采区的突出危险性进行了分区预测。

预抽煤层瓦斯区域性防突措施效果检验方法

依据《防治煤与瓦斯突出规定》(2009年版),探讨了预抽煤层瓦斯区域性防突措施的效果检验方法,深入分析了钻孔均匀程度和瓦斯预抽时间的均衡性及其对效果检验的影响。

地质异常带巷道稳定控制对策及效果研究

从地质异常带工程地质条件出发,进行石门揭煤的突出危险性评价及进一步防治,确保所揭11-2煤层没有突出危险性。提出超长孔钻杆注浆与钻杆埋入钻孔相结合的新型超前支护技术,并对其作用机制及支护工艺分别进行分析和介绍;开挖实践表明:新型预支护手段为巷道开挖和后续支护创造了理想的施工环境。初步支护后巷道变形监测及分析表明:在同一监测断面上,底臌变形最为严重,帮、顶收敛变形次之;在不同监测断面上,巷道围岩破碎程度越严重,巷道变形越显著。巷道变形破坏原因分析表明:除围岩自身工程地质条件及地应力对巷道变形有重要影响外,关键取决于巷道本身的施工控制条件,其中底板弱支护是导致巷道严重底臌,进而造成全断面失稳破坏的根本诱因。之后,提出新型预应力组合锚注底臌治理技术,并对其加固机制及施工工艺分别进行分析和介绍。底臌治理前后表面位移及深部位移监测结果的对比分析表明:新技术对巷道底臌治理效果显著,巷道围岩表面及深部变形速率显著降低,围岩整体稳定已基本得到控制。

特殊煤柱影响区域范围确定及消突效果评价

为了消除由于受地质构造影响而留设的特殊煤柱——三角形煤柱对被保护层的影响,以大淑村矿的172202工作面为试验地点,根据2号煤层和4号煤层的相互关系及卸压角,确定了该三角形煤柱影响下的未保护范围,并根据软件模拟分析,提出了该特殊煤柱影响范围应为椭圆形区域;并对影响区域先后采取了瓦斯抽放措施和排放钻孔防突措施,使该区域的瓦斯抽放率达到31%以上,实现安全回采。

瓦斯抽采技术在宏远煤矿瓦斯治理中的应用

为了消除煤与瓦斯突出危险,在山煤集团宏远煤矿采用本煤层瓦斯抽采、掘进工作面瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采等方法综合治理瓦斯,并进行了消突效果考察。由此得出,因地制宜的瓦斯抽采技术在瓦斯治理中作用显著。

汪家寨煤矿松软高突煤层水力压裂试验研究

针对汪家寨煤矿瓦斯难抽采、防突效果检验超标、掘进速度缓慢等问题,在分析井下水力压裂技术的原理及设备情况的基础上,试验并研究了X41105工作面井下水力压裂技术措施。结合现场试验情况,确定出各种施工参数:封孔长度、压裂时间、压裂压力等,并对瓦斯抽采、消突效果,以及经济效益等指标进行了考察分析,结果表明,井下水力压裂措施具有快速消除煤与瓦斯突出危险性、提高瓦斯抽采率、经济效益显著的综合效果。

渝阳煤矿开采下保护层保护效果考察

通过向被保护层倾斜、走向方向施工考察钻孔,采用BC-Ⅰ型煤层顶底板变形测定仪测定被保护层顶底板位移量;采用被动式测压法测定被保护层受保护前后瓦斯压力;采用DGC直接测定煤层瓦斯含量仪器测定被保护煤层的原始瓦斯含量及残余瓦斯含量,确定了渝阳煤矿下保护层M_(11)煤层开采后,对应M_8煤层被保护层走向方向卸压保护角为95°,倾斜方向卸压保护角为90°,保护区域内的保护效果有效。

深孔控制卸压爆破防突措施在潘三矿效果考察

从理论上分析深孔控制卸压爆破措施的防突原理,根据潘三矿1741(3)工作面实际特点,采取此措施并进行了防突措施效果考察,验证其可行性,从而使深孔控制卸压爆破这一局部防突措施,能够在相似矿井得以更好的应用。

云盖山煤矿瓦斯抽采效果考察

随着矿井开采深度的增加和开采强度的增大,煤与瓦斯突出问题越来越严重,煤层瓦斯压力、瓦斯含量、地应力加大致使突出矿井的突出危险性越来越严重,突出频率增加,突出强度增大,大型、特大型突出所占比例越来越大,煤与瓦斯突出已成为严重威胁矿井安全生产的主要问题之一。目前不具备保护层开采条件的煤层,井下钻孔预抽瓦斯是防治煤与瓦斯突出的主要手段之一,钻孔瓦斯抽采效果与煤层瓦斯含量、透气性系数、抽采钻孔直径及负压、抽采目的和时间等因素有关。针对云盖山煤矿在瓦斯治理中采用的不同瓦斯治理钻孔,结合矿井实际生产条件和不同瓦斯治理钻孔的有效抽放半径的现场测试结果,对不同瓦斯治理钻孔的瓦斯抽采效果进行考察,验证了不同瓦斯治理钻孔的有效抽放半径等技术参数。

大宁矿突出主控因素及区域措施效检指标临界值确定

如何确定预抽效果检验指标临界值是当前煤与瓦斯突出矿井亟待解决的技术问题之一。根据大宁矿的煤层瓦斯地质条件,分析了断层、构造煤以及瓦斯对矿井3#煤层煤与瓦斯突出的控制作用。根据钻屑瓦斯解吸指标K1与煤层瓦斯含量之间的关系,利用瓦斯含量测定技术,结合现场统计分析方法以及国内外多年的防突实践经验,确定了大宁矿3#煤层赋存正常区域的预抽效果检验指标临界值为9 m3/t,地质构造异常区域的预抽效果检验指标临界值为7 m3/t。