煤矿上下行钻孔瓦斯抽采技术试验研究

为了研究煤矿上下行钻孔瓦斯抽采技术的适应性以及瓦斯抽采效果,在保德煤矿81309工作面开展了上下行钻孔瓦斯抽采技术现场试验。试验结果表明,在同等瓦斯治理效果条件下,上行钻孔抽采的平均瓦斯浓度、瓦斯抽采纯量、百米钻孔抽采量要比下行钻孔高;在相同抽采条件区域范围内,上行钻孔抽采瓦斯浓度比下行钻孔高1.134倍,上行钻孔抽采平均纯瓦斯流量比下行钻孔高1.296倍;在同等抽采、地质条件煤层区域范围内,上行钻孔比下行钻孔具有更好的抽采稳定性和抽采效果。试验研究结果将对煤矿瓦斯治理方案中优选上下行钻孔瓦斯抽采技术提供一定参考。

下行钻孔瓦斯压力测定工作中的问题探讨

通过对下行钻孔瓦斯压力测定工作中问题的分析,指出下行钻孔瓦斯压力测定工作中存在的问题和不足,提出下行钻孔瓦斯压力测定工作中有关问题的解决方法和建议,从而有助于提高煤矿的下行钻孔瓦斯压力测定工作顺利开展。

吉宁矿顺层下行钻孔压风排水排渣技术及抽采效果考察

由于巷道沿顶板掘进,吉宁矿2号煤层2201掘进工作面的预抽措施钻孔均为下向钻孔,倾角在-10°左右。下行钻孔内积水积渣严重,钻孔有效长度变小,瓦斯抽采效果差。因此,吉宁矿抽防科在抽采前使用井下压风对钻孔内进行排水排渣作业,提高钻孔长度有效利用率和抽采效果。结果表明:采用该技术进行钻孔,瓦斯抽采平均浓度提高了8.3%~10.6%。

下行定向钻孔氮气泡沫幂律多相流携渣解堵技术

为了解决下行定向钻孔煤屑堵塞、瓦斯抽采有浓度无流量技术瓶颈难题,提出下行定向钻孔氮气泡沫幂律多相流携渣、解堵技术,采用理论分析、数值模拟、现场工业试验等方法,对煤矿井下下行定向钻孔瓦斯抽采引起煤屑堵塞的原因、下行定向钻孔环空氮气泡沫幂律多相流携渣理论及实践应用进行了研究。通过含壁函数的湍流模型数值模拟耦合瓦斯流动和煤体变形,钻孔抽采后流体压力变化引起的孔壁弹性位移。通过三维库仑失效准则模型数值模拟求解抽采引起的压力变化以及压力变化引发的应力、应变、位移变化及下行定向钻孔塌孔风险。通过幂律多相流理论分析氮气泡沫的稳定性、泡沫在钻杆内、钻头处、环空间隙的流动性、泡沫中煤粉悬浮性能、环空间隙泡沫排渣的压力损失、泡沫向上排渣受力情况。在下行定向钻孔环空氮气泡沫幂律多相流携渣理论分析的基础上,设计了稳定氮气泡沫发生器、泡沫发生灌注系统、下行定向钻孔氮气泡沫钻进工艺、瓦斯抽采钻孔氮气泡沫二次解堵工艺,并进行下行定向钻孔氮气泡沫排渣现场工业试验。研究结果表明:钻孔壁摩擦曳力和弯曲处的离心力会造成煤屑颗粒聚集及孔壁坍塌风险增大,瓦斯携带的煤粉颗粒会撞击孔壁使孔壁变形或剥离,进而导致抽采钻孔塌孔堵塞;建立的涵括氮气泡沫稳定性、流动性、煤粉悬浮性能、环空间隙泡沫压力损失、排渣受力分析的下行定向钻孔环空氮气泡沫幂律多相流携渣、解堵技术理论体系能很好的为下行定向钻孔氮气泡沫排渣提供理论支撑;现场工业试验中氮气泡沫排渣钻孔相比水排钻孔,初始混合量和纯量分别提高了6.5倍和6.4倍,40 d混合量和纯量分别提高了10倍左右,说明氮气泡沫携渣、解赌技术可显著提高下行定向钻孔的瓦斯抽采效率。

下行穿层瓦斯抽采钻孔排水与增采封孔工艺优化

八矿戊_(9-10)-14160运输巷高位抽排巷下行穿层钻孔抽采过程中,由于岩石与煤体含水和生产用水的影响,抽采钻孔内产生大量积水与积渣,无法及时排出抽采通道,造成抽采通道堵塞,进而影响抽放效果。通过比较分析四种囊袋和排水孔的不同配合方式,同时基于封堵压气排水原理,提出了封堵注浆、两堵一注的封孔方式及排水技术,利用高压气体定期将孔内积水与积渣及时排出,保证了抽采通道的畅通,实现了下行钻孔的高效抽采。

下行超深钻孔快速测定煤层瓦斯压力技术

通过对下行孔测压的封孔方式分析研究,研制出一套用于下行超深钻孔测压的瓦斯压力测定仪。分析了下行孔测压仪的结构组成、工作原理,在实验室对密封装置的各个部件进行检漏试验,证明了该封孔装置具有良好的密封效果。在花秋二矿采用下行孔测压仪进行了煤层瓦斯压力测定研究,提出一种采用高压注浆结合下行孔测压仪的技术方法。

下行抽采钻孔排渣及排水技术研究与应用

我国很多煤矿区域瓦斯治理措施以高位巷穿层钻孔抽采为主,但是在实际抽采过程中发现瓦斯抽采浓度很低,瓦斯预抽效果不佳,主要是因为高位巷施工下行穿层抽采钻孔时,受到岩渣、煤渣、积水重力作用的影响,造成钻孔内的积水、积渣难以排出,进而影响封孔质量、降低瓦斯抽采效果。为了彻底解决下行抽采钻孔内积水、积渣问题,运用气举反循环原理,研制了新型浅入式排水器。在实践过程中,该装置能与钻孔工序有机结合,使用方便且排渣快速高效,并形成了一整套下行抽采钻孔排渣排水工艺体系。该研究成果能显著提高下行抽采钻孔瓦斯抽采浓度,确保瓦斯治理效果。

浅析下行穿层钻孔水力增透与瓦斯抽采的关键技术

穿层钻孔水力增透后再进行抽放瓦斯的技术,已成为豫西煤矿"三软"煤层瓦斯治理工作的主流方法,该方法主要是通过钻孔的水力增透泄压增加煤层透气性,进而提高瓦斯抽采效率,实现工作面的安全与高效生产。针对下行钻孔执行水力增透后孔内积存大量水煤、严重影响水力增透与瓦斯抽采效果的问题,通过实例叙述了几项关键技术,具有一定的安全价值与社会效益。

大倾角下行防突钻孔钻进成套装备研发

为有效解决大倾角下行防突钻孔孔口塌孔、孔内排渣困难及孔口瓦斯异常涌出等问题,研制了大倾角下行防突钻孔钻进成套装备。该成套装备由履带全方位液压钻机、双壁反循环钻杆、反循环钻头总成、快速水变接头、孔口防喷、防塌处理器、煤-水-瓦斯循环处理一体机、深孔钻杆阻水环、电液集成控制平台组成;具有体积小、行走灵活、集成化程度高,操作简单,工作效率高的优点。该防突钻孔钻进成套装备在仲恒煤矿3#大倾角煤层成功地进行了工业性试验,具有推广价值。

下行瓦斯抽采穿层钻孔排水技术及装置研究与应用

针对下行瓦斯抽采钻孔“排水难度大、易沉渣、封孔质量差、抽采浓度低”的问题,采用理论分析和现场试验的方式,研究下行瓦斯抽采穿层钻孔排水技术及装置。把下行穿层瓦斯抽采钻孔排水分为3个阶段:在施工过程中,通过理论计算,优化供水参数、供水管径,减少打钻过程中的沉渣量;在封孔前,采用潜入式排水装置,排水效率达到20L/min以上,钻孔注浆量提高40%;在抽采过程中,采用正压排水装置,排出抽采空间内的积水,排水效率达到10L/min以上,排水后瓦斯抽采浓度达到30%以上,保证了下行穿层瓦斯抽采钻孔的瓦斯抽采效果。

倾斜煤层瓦斯测压穿层钻孔设计参数计算方法

为了准确确定穿层测压钻孔参数,以宏远煤矿15号煤层巷道及其高抽巷为原型,建立了穿层测压钻孔的几何模型,根据模型中穿层测压钻孔与倾斜煤层的空间层位关系,探讨了伪倾角对钻孔长度计算的影响,并得出钻孔长度和岩孔段长度计算的几何公式。基于Excel数据处理软件,编写穿层测压钻孔长度计算程序,发现理论长度与实际长度的误差不大于1 m,验证了计算公式的准确性,说明采用该计算公式可以提高设计效率和现场施工的准确性。

下行穿层钻孔施工工艺优化及应用

钻孔抽采技术可有效治理瓦斯与油型气灾害,而抽采钻孔的成孔率直接影响瓦斯抽采效果。为提高底板瓦斯(油型气)抽采钻孔成孔率及抽采效率,针对黄陵二号煤矿209工作面底板瓦斯(油型气)赋存特征,从钻杆选型、孔内排渣、孔外除尘以及护孔技术4个角度对传统下行穿层抽采钻孔施工工艺存在的问题进行分析,并对钻孔施工工艺进行优化,形成复杂岩层条件下下行穿层钻孔成套施工工艺。工程实践结果表明,采用优化后的下行穿层钻孔施工工艺,钻孔成孔率较传统钻孔施工工艺大幅提高,钻孔成孔率达到96%,钻孔抽采流量提高了43%以上,现场抽采效果良好,杜绝了底板瓦斯(油型气)大量溢出的现象,保证了209工作面的安全高效生产。

王家岭煤矿本煤层预抽钻孔施工参数优化研究

王家岭煤矿本煤层预抽钻孔采取在回风顺槽单一平行布置方式,由于受下行钻孔水量大的影响,钻孔抽采浓度和抽采纯量较低。为解决现有的顺层瓦斯预抽钻孔抽采浓度和抽采纯量低的问题,提出了预抽钻孔施工参数优化方案。通过对钻孔布孔参数的优化,减少了水堵的问题,优化后的预抽钻孔瓦斯纯量明显增高,保证了工作面顺利回采。

多孔并联式压风排水技术的研究及其在瓦斯抽采中的应用

针对下行钻孔在瓦斯抽采过程中积水排出难和排水效率低的问题,提出了一种多孔并联式压风排水技术。根据两相流理论得出压风排水适用的条件及排水管在钻孔内的最大允许长度,设计了基于"压风排水"的下行钻孔封孔工艺和多孔并联式的排水系统。在余吾煤业公司S2107高抽巷的应用表明:试验钻孔瓦斯抽采浓度最高可达71%,单孔平均瓦斯抽采纯量为0.078 m3/min,单孔平均瓦斯抽采纯量与普通抽采孔相比提高了3.39倍。该技术不仅解决了下行钻孔内积水难以排出的问题,还实现了封孔、排水和瓦斯抽采的一体化,提高了瓦斯抽采效果。

下行瓦斯抽采钻孔施工工艺优化

针对顾北矿4煤围岩、层间砂岩裂隙水丰富,高抽巷施工下行穿层钻孔积水多,瓦斯抽采困难等问题,分析了影响抽采效果的因素。基于封堵压气排水的原理,提出了封堵注浆、护孔、两堵一注的封孔方式及排水技术,实现了下行孔高效抽采效果。工程实践中对比了采取相关技术措施的钻孔和未采取技术措施的钻孔抽采瓦斯效果,结果表明采取相关技术措施的钻孔平均单孔浓度是未采取措施的钻孔的4倍,平均单孔流量是其2倍,大大提高了抽采效果。

朱庄煤矿瓦斯综合治理的实践

随着开采深度的增加,朱庄煤矿瓦斯灾害危险性逐渐增大。在测定Ⅲ4423工作面瓦斯基本参数的基础上,通过数值模拟后发现,对采空区实施埋管抽放和高位钻场抽放后,能大量减少采空区瓦斯涌入上隅角和回风巷。为此,提出了对本煤层实施顺层钻孔抽放,对来自邻近层3煤和4煤受采动影响的裂隙带内的瓦斯实施高位钻孔抽放,对来自邻近层5煤的瓦斯实施下行钻孔的诱导式抽放,预先释放5煤瓦斯的综合治理Ⅲ4423工作面瓦斯方案。通过高位钻场和采空区埋管抽放瓦斯的效果检验发现,上隅角和回风巷瓦斯浓度均在安全范围内,说明针对Ⅲ4423工作面瓦斯治理的措施是合理和有效的,为高效生产提供了安全保障。

突出煤层“小煤柱”瓦斯治理技术研究与应用

寺家庄矿煤巷掘进工作面现主要采用“以岩保煤+水力造穴”预抽煤巷条带区域瓦斯的区域防突措施,但存在施工穿层钻孔用时较长、成本较高,抽放达标时间较长,打钻地点工业卫生较差等缺点。针对这一问题,以寺家庄矿15114工作面为研究对象,试验“小煤柱”瓦斯治理技术。实践表明,“小煤柱”瓦斯治理技术的应用,减少了钻孔施工数量,缩短了抽放达标时间,实现安全快速掘进,有效解决采掘衔接紧张问题,充分释放矿井产能,创造经济效益。