基于大直径顶板高位定向长钻孔的瓦斯抽采关键参数研究

为进一步降低瓦斯抽采风险和成本,提高瓦斯抽采效率,以山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿28210工作面为研究对象,采用理论计算、数值模拟和现场试验相结合的分析方法,探讨了综采工作面采空区覆岩运移特性,在此基础上确立了利用大直径顶板高位定向长钻孔抽采卸压瓦斯的关键性参数。研究结果表明:高位大直径定向钻孔的合理布设位置为顶板上36~50 m,深入采空区距离以15~45 m为宜。施工后回采过程中工作面上隅角的瓦斯浓度始终在0.4%以下,而钻场平均抽采浓度和平均抽采量均随工作面推进呈现一定的规律性,实践验证了大直径顶板高位定性长钻孔可有效保障煤炭安全生产,促进煤与瓦斯共采,为矿井灾害防治与资源合理利用提供了技术方向。

煤层顶板高位大直径定向钻孔瓦斯抽采技术研究

在煤层瓦斯抽采工程中,在钻场这些关键区域,布置了6个高位钻孔,这些钻孔布局合理位置精准,能最大限度地抽取邻近层和采空区中的瓦斯。充分考虑瓦斯运移规律,将钻孔层位选定在砂质泥岩与细砂岩的交界面,距离煤层顶板约30~65 m,以确保钻孔能够最大限度地抽取瓦斯。通过这一高位大直径定向钻孔技术,成功实现了对煤层顶板瓦斯的长期、稳定抽采,使采空区瓦斯涌出量得到了有效控制。在测试结果中,钻场内1#~6#孔平均抽采混量为9.76 m3/min,单孔的最大抽采混量为33.992 m3/min,得出高位大直径定向钻孔在瓦斯抽采过程中具有显著效果,对于提升煤矿瓦斯治理水平具有重要意义。随着煤化工行业的快速发展,提升其技术水平具有重要作用,因此需加强这方面研究,才可以更好地实际应用。

象山矿井12506工作面顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术

针对象山矿井12506工作面钻孔服务有效周期较短,钻孔瓦斯抽采浓度和抽采量不稳定的问题,研究采用顶板定向长钻孔来代替原有的瓦斯治理措施。通过确定高位顶板裂隙带抽采钻孔的最佳层位和有效控制范围,制定顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术应用方案。现场施工表明,在顶板定向长钻孔的瓦斯抽采模式下,1号钻场的抽采效果显著提升,抽采浓度在4%~25%,整体抽采浓度为12.7%,抽采纯量达到12.29 m^(3)/min;同样,2号钻场单孔抽采浓度在17%~22%,整体抽采浓度为20.3%,抽采纯量达到19.74 m^(3)/min。工作面上隅角瓦斯浓度降至0.4%,有效遏制了上隅角瓦斯超限事故,为矿井提供更有效的瓦斯管控,确保矿井安全运营,抽采效果达到预期目标。

李村煤矿顶板定向长钻孔瓦斯抽采参数优化研究

针对高抽巷工程量大、成本高、影响采掘接替等问题,分析了顶板定向长钻孔的合理布置范围、抽采机理及关键影响因素,并根据正交实验和方差分析确定了抽采效果敏感性指标。在李村煤矿1305工作面进行了顶板定向长钻孔代替高抽巷的试验,试验结果表明:顶板定向长钻孔达到了高抽巷瓦斯抽采的效果,将上隅角瓦斯浓度控制在安全范围内,且其施工进度快,成本低,有效解决了李村矿采掘接替紧张的局面。

坚硬顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术的应用

煤炭作为全球能源结构的重要组成部分,在满足日益增长的能源需求方面扮演着关键角色。然而,煤炭开采过程中面临的重大挑战之一就是矿井瓦斯问题。瓦斯(主要成分为甲烷)不仅是一种潜在的温室气体,而且在高浓度下还构成严重的安全隐患,可能导致爆炸事故,威胁矿工的生命安全。旨在探讨坚硬顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术的原理及其对煤矿安全生产和环境保护的影响,同时就其具体应用提出了建议,以期为相关领域的研究与实践提供参考。

复杂顶板定向钻孔穿层段大直径套管护孔技术及应用

针对煤矿井下复杂顶板瓦斯抽采大直径高位定向钻孔存在的穿层孔段轨迹偏斜、孔壁坍塌、施工效率低等问题,提出基于复合强排渣钻进技术与跟管下放套管技术的大直径套管护孔技术,分析了复合强排渣钻进技术原理,设计并试制了套管下放钻具串。在山西晋城矿区王坡煤矿进行了现场试验,完成了3个复杂顶板高位定向钻孔穿层孔段大直径套管护孔施工,套管下放深度35 m,套管直径为244.5 mm,综合施工效率提高30%以上。结果表明,大直径套管护孔技术能够成功突破复杂破碎地层,确保护孔套管顺利下放,对穿层孔段孔壁形成可靠支护,为顶板高位定向钻孔的顺利实施提供了技术保障。

厚煤层坚硬顶板工作面定向长钻孔区域压裂技术及应用

煤矿开采中常用全部垮落法管理工作面采空区顶板,当工作面上覆岩层存在坚硬顶板时,一旦顶板悬顶重量达到自身承载极限时,极易发生大面积冒顶事故,造成设备损毁和人员伤亡。针对雅店煤矿工作面回采时上覆坚硬顶板难垮落,长距离悬顶问题,采用定向长钻孔区域压裂技术,打破坚硬顶板在垮落时出现的整体性、瞬时性问题。结果表明,压裂后微震能量同比下降约15%,压裂中期、后期各自30 d内高能事件数量分别下降67%和11%;采动影响范围缩小,压裂区域整体来压步距明显降低,压裂区域的来压强度减小。保障工作面的安全高效生产,形成适合雅店煤矿地质条件下的区域卸压技术体系。

高位定向长钻孔强化抽采裂隙带瓦斯技术研究

河南平宝煤业有限公司己15-17-12110工作面回采过程中主要采取风排和卸压抽采治理瓦斯涌出,回采期间工作面上隅角处出现瓦斯体积分数偏高的情况。根据数据分析,该工作面瓦斯来源不单来自本煤层涌出,煤层附近岩层也有较多的瓦斯逸散涌出至工作面回风流。为解决工作面上隅角和回风流瓦斯体积分数偏高问题,计划采取大直径高位定向长钻孔强化抽采裂隙带瓦斯,不仅能够使裂隙带瓦斯不向工作面运移,而且有望改变工作面上隅角附近的风流流场,避免上隅角瓦斯超限,该技术的成功实施为河南平宝煤业有限公司高瓦斯大采长工作面瓦斯综合治理提供了一条新的途径,具有重大意义。

顶板定向长钻孔层位设计及瓦斯抽采效果分析

针对双柳煤矿32(3)15工作面回采期间采空区内及顶板裂隙瓦斯涌出量大的问题,采用煤层顶板定向长钻孔抽采采空区顶板裂隙带瓦斯及采空区瓦斯,充分发挥定向长钻孔钻进精度高、钻进距离长的优势,提高瓦斯抽采效果。结合32(3)15工作面现场情况确定钻孔合理布置位置,并制定钻孔钻进技术方案。新方案现场应用后,定向长钻孔瓦斯抽采浓度、纯量分别稳定在为18%、3.2~4.9 m^(3)/min,回风隅角位置瓦斯浓度降至0.4%,瓦斯治理效果显著。

复杂顶板岩层大直径高位定向钻孔装备与技术

针对目前综放工作面复杂顶板岩层定向钻进成孔困难,卡钻、塌孔事故频发,以及大直径钻孔扩孔难度大,缺乏配套专用扩孔机具,高位定向钻孔成孔深度浅、钻进效率低、有效孔段少等问题,提出基于无线泥浆脉冲随钻测量系统、螺旋型钻具组合、多动力扩孔用双级双速钻头、煤矿井下护孔膨胀管等专用设备机具的复杂顶板岩层大直径高位定向钻孔技术,实现复杂顶板岩层成孔及扩孔的可靠性,改善工作面采空区瓦斯抽采的稳定性。实践表明:大直径高位定向钻孔单孔抽采纯量3.2 m^(3)/min,是常规定向钻孔的3倍,累计抽采瓦斯纯量1 300 m^(3),应用效果显著。

顶板高位定向长钻孔采空区瓦斯治理关键影响因素研究

针对顶板高位定向长钻孔抽采效果不稳定,无法满足工作面瓦斯动态涌出治理需求等问题,为进一步提高钻孔全生命周期抽采效果,提升“以孔代巷”可替性和普适性,以理论分析、数值模拟、现场试验相结合的方法开展研究,通过研究确定了钻孔施工目标层位,得出了钻孔布置层位、抽采参数及回采期间工作面瓦斯涌出的变化规律,分析了顶板高位定向长钻孔有效治理采空区瓦斯的关键影响因素,可为顶板高位定向长钻孔进一步优化设计和提高抽采效果提供参考。

厚煤层顶板定向大直径长钻孔瓦斯抽采技术研究与应用

目前煤层顶板定向钻孔不同程度存在着一次性成孔孔径小、二次扩孔工序繁杂;钻孔层位及配套设备选择不合理,导致钻孔钻进速度慢、塌孔严重、成孔长度短等问题,直接影响瓦斯抽采效果。针对该问题,通过对煤层顶板覆岩岩性、采空区覆岩垮落后裂隙发育规律以及瓦斯运移规律进行综合分析,优化了钻孔层位选择及设计参数;根据岩性、钻孔设计孔径及钻进长度,选配了扭矩23 kN·m的打钻设备。钻孔负角度钻进过程中,采取快速出渣、综合护孔等关键技术,有效提升了钻孔成孔速度。通过工程实践,钻孔钻进效率提升至129 m/d,单孔成孔长度达到1 071 m,实现了直径153 mm定向钻孔一次性成孔并沿走向一次性覆盖整个工作面,实现了大直径长钻孔高效瓦斯抽采。

大直径定向高位长钻孔瓦斯抽采数值模拟及治理效果

为解决山西华阳集团新能股份有限公司二矿1031工作面上隅角瓦斯超限问题,基于COMSOL的煤层覆岩模型,针对不同孔径下的抽采负压进行模拟分析,选取直径为153 mm的钻孔,抽采负压为20 kPa进行现场测试,结果表明,抽采后的上隅角瓦斯浓度平均为0.48%,比抽采前期降低了0.66%,说明大直径定向高位长钻孔能帮助1031工作面处理瓦斯浓度过高的问题,减少生产过程中会出现的安全隐患。

高位定向长钻孔在综放工作面顶板裂隙瓦斯抽采中的应用研究

11203综放工作面回采的11#煤层具有瓦斯含量高、抽采难度大等问题,常规的顺层钻孔以及顶板高位钻孔难以有效解决回风巷及回风隅角瓦斯浓度高问题。为此,提出用高位定向长钻孔抽采顶板裂隙瓦斯,通过大直径钻孔提高抽采效果。依据现场条件确定高位定向长钻孔布置层位及施工方案并进行工程应用,现场应用后,高位定向长钻孔瓦斯浓度、抽采量均保持高位,采面回风巷及回风隅角瓦斯浓度分别控制在0.4%、0.6%以内,取得较好瓦斯治理效果。

大直径高位定向孔一次钻扩技术及瓦斯抽采效果分析

针对“U”型通风回采工作面采动卸压瓦斯常规治理方式存在的综合效率低、治理成本高等问题,以山西晋城矿区某煤矿生产工作面为研究对象,提出采用φ200 mm大直径高位定向钻孔进行采动卸压瓦斯治理;基于该煤矿顶板大直径高位定向钻孔成孔技术难点分析,选型了关键钻进装备,包括ZDY20000LD型定向钻机、BLY460型泥浆泵车和多动力扩孔钻具;开发了复合强排渣定向钻进技术与多动力一次扩孔技术,实现了复杂地层条件下φ120 mm高位孔定向钻进与φ200 mm一次钻扩成孔,综合成孔效率较常规多次分级扩孔方式提高50%以上。瓦斯抽采效果表明:距煤层顶板30~40 m、距回风巷道40 m区域范围是采动裂隙密集发育区,钻孔平均瓦斯抽采体积分数保持在40%以上、最大瓦斯抽采纯量10.94 m^(3)/min,效果显著。

大直径顶板裂隙带走向长钻孔瓦斯抽采层位研究

为解决高河能源高强度开采导致综放工作面瓦斯涌出量大的问题,采用理论计算和相似材料模拟相结合的方法在E2306工作面进行了大直径顶板裂隙带走向长钻孔瓦斯抽采技术的研究。研究结果表明:裂隙带发育高为18~89.63 m,并结合煤层顶板岩性,确定钻孔最佳布孔层位在18~38 m;将优化层位在现场设计施工钻孔,钻场稳定阶段平均抽采纯量为7.64 m^(3)/min,最大抽采纯量达到10.72 m^(3)/min,平均抽采体积分数为3.49%,最大抽采体积分数达9.22%,大直径顶板裂隙带走向长钻孔累计抽采瓦斯911200 m^(3);通过对单孔抽采数据进行分析,进一步优化大直径顶板裂隙带长钻孔参数,垂直方向为煤层上方20~25 m,水平位置宜布置在30~50 m内,抽采后工作面隅角瓦斯平均体积分数为0.24%,瓦斯治理效果较好。

大直径高位定向长钻孔瓦斯抽采技术及实践

针对高强开采井田王家岭煤矿综放工作面瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯积聚问题,基于岩层控制关键层理论,对顶板垮落走向与倾向采动裂隙发育进行研究。采用数值模拟的方法研究采空裂隙随工作面推进的演化过程,分析顶板裂隙发育高度,确定大直径高位定向长钻孔最佳布孔层位及钻孔结构,并进行工程实践。结果表明,依据关键层理论计算及采动裂隙数值模拟预测层位布设大直径高位定向长钻孔,抽采效果较好,单孔最大抽采纯量2.10 m3/min,最大抽采体积分数31.39%,4个定向长钻孔累计抽采瓦斯纯量28.99万m3,工作面上隅角瓦斯体积分数最低下降至0.46%,瓦斯治理效果显著,解决了上隅角瓦斯超限问题,保障了工作面的安全回采。

工作面初采阶段高位定向长钻孔瓦斯抽采技术研究与实践

为提高工作面初采阶段瓦斯抽采效果,避免上隅角瓦斯超限,以沙曲1#煤矿4502工作面为研究对象,采用数值模拟方法研究了覆岩在工作面初采阶段内的垮落特征,结合4502工作面初采阶段的瓦斯涌出量及覆岩垮落特征,沿工作面顶板设计3个高位定向长钻孔,钻孔末端由高位顶板延伸至工作面初采阶段的冒落带区域内。现场实践表明,合理设计高位定向长钻孔轨迹,有效提高了工作面初采阶段的瓦斯抽采量,避免了上隅角瓦斯超限,实现了工作面全生命周期内的持续高效瓦斯抽采。

大直径顶板定向长钻孔替代高抽岩巷的瓦斯抽采效果分析

为进一步提高采空区裂隙带瓦斯抽采效果以保障工作面回采期间安全,提出了一种大直径顶板定向长钻孔(?203 mm)进行采动区裂隙带瓦斯定向抽采技术,并对其施工工艺、钻孔布置合理层位及抽采效果进行了研究。结果表明,钻孔布置的合理垂直高度45~50 m,钻孔与工作面回风侧的水平间距40 m。与高抽岩巷、普通顶板高位钻孔等常规采动区瓦斯治理方法相比,大直径顶板定向长钻孔的抽采量与高抽岩巷相当,是普通顶板高位孔抽采量的2.04倍;工程量大幅度降低,大直径顶板定向长钻孔既能实现高效率抽采,又达到节约工程量、降低施工成本等效果。大直径顶板定向长钻孔的成功应用为以孔代巷及传统顶板高位孔工艺的改进提供了实践基础和发展方向。

高位定向长钻孔替代高抽巷瓦斯抽采技术应用研究

基于上覆岩层“O”型圈理论及高位定向长钻孔技术特点,结合园子沟矿1012001工作面2#煤层顶板特征,利用大直径定向长钻孔施工技术装备,开展园子沟矿“以孔代巷”技术适用性研究试验,确定合理的钻孔孔径、布设高度、平面控制范围等参数。试验表明,利用大直径定向长钻孔施工技术装备,可以实现钻孔深度600 m,终孔孔径φ193 mm钻孔施工,定向钻孔轨迹在平面上与剖面上均可达到80%以上控制精度,高位钻孔布孔层位符合“O”型圈理论,2#、补4#钻孔显示了良好的抽采效果。