定向拦截钻孔技术在近距离煤层开采中的研究与应用

平煤八矿己15煤层和下伏己16.17煤层间距8~10 m,属于近距离煤层;己15煤层回采期间,受采动影响,己16.17煤层卸压瓦斯越流逸散,造成回采工作面瓦斯含量增加。以己15-15050工作面为试验点,在工作面中间低位巷采用“定向拦截钻孔+全程下筛管”技术,将拦截钻孔施工至工作面中部瓦斯抽采薄弱带、两层煤之间常规钻孔不易施工到的岩柱内,探究定向拦截钻孔抽采效果。结果表明:实际施工的48个定向拦截钻孔,按照设计施工至准确层位的成功率为94%,筛管覆盖率达到91%;定向拦截钻孔在工作面切眼前后60 m范围内,单孔抽采浓度在60%~99%;与常规拦截钻孔相比,定向拦截钻孔的最高单孔瓦斯抽采浓度可以提高48%~59%。

卸压增透下底板定向拦截钻孔瓦斯抽采模拟研究

杜儿坪矿68311工作面在回采时下邻近层瓦斯涌入量较多,为此采用在底板打定向拦截钻孔并进行瓦斯抽采的方法。为体现工作面回采对底板造成的卸压增透以及合理设计瓦斯抽采参数,首先使用FLAC3D模拟工作面回采不同距离下的底板有效应力变化,将其转换为渗透率变化并导入至COMSOL中,再通过建立流-固耦合数学模型完成不同抽采参数下的瓦斯抽采模拟。研究结果表明:工作面回采距离越大,卸压增透效果越好;钻孔层位由6 m降低至2 m,瓦斯抽采有效半径提高15.10%;钻孔直径由φ60 mm增加至φ120 mm,瓦斯抽采有效半径增加15.03%。

定向拦截钻孔施工技术研究及应用

定向钻孔孔内失稳严重影响着其抽放效率,会导致覆盖区域内瓦斯抽放不彻底、煤体残余瓦斯含量较高的问题出现,在巷道掘进过程中,煤体冒落导致大量瓦斯瞬间释放,会造成回风流瓦斯浓度升高,存在重大安全隐患。针对这一问题提出了定向拦截钻孔施工方案,即避开失稳区域重新施工定向钻孔对原有钻孔形成有效拦截,为瓦斯产出创造新的通道。在寺河矿东井区5310工作面设计了3种不同方案进行了试验,同时基于覆盖煤体瓦斯抽放效率、巷道风排瓦斯量等指标对施工方案进行了优选。结果表明,分支居于不同层位的定向拦截钻孔覆盖区域煤体瓦斯抽放效率增幅最大,达到12.29%;同时巷道掘进过程中风排瓦斯量降幅最大,达到20.6%,证实了这一方案为最优方案。

基于定向拦截钻孔的工作面瓦斯治理技术

以寺河矿5310工作面为研究对象,在定向长钻孔施工技术的基础上,结合现场实验研究方法,对比分析了普通拦截钻孔与定向长钻孔拦截的优缺点,并针对定向拦截长钻孔的设计施工、瓦斯流场、钻孔瓦斯参数、区域抽采达标时间、风排瓦斯浓度进行分析。实践表明,定向拦截钻孔提高了瓦斯治理效果。

祁东煤矿近距离煤层群瓦斯治理顶板拦截定向钻孔试验

针对现有近距离煤层群瓦斯治理方法存在工程量大、成本高、周期长的问题,以祁东煤矿94采区为研究对象,提出了采用顶板拦截定向钻孔进行瓦斯治理的方法:首先在开采煤层顶板施工带有多个上向分支孔的顶板拦截定向钻孔,然后利用上向分支孔提前对上邻近煤层瓦斯进行预抽,最后利用主孔在煤层回采过程中对上邻近煤层卸压瓦斯和开采煤层回采工作面及采空区瓦斯进行抽采,从采前预抽和采动卸压抽采2个方面提高了近距离煤层群瓦斯抽采效果,解决了瓦斯赋存参数测量、复杂破碎地层定向成孔与护孔等难题。针对顶板拦截定向钻孔设计与施工难题,采用定向钻孔煤层探查与保压密闭取芯技术、复合定向钻进与复合排渣技术、钢筛管完孔技术,实现了近距离煤层群中顶板拦截定向钻孔高效成孔和长距离精准瓦斯测定。在祁东煤矿94采区进行了现场试验,完成顶板拦截定向钻孔1个,主孔深度608 m,施工分支孔6个,密闭取芯测试瓦斯含量2次,下入护孔筛管485 m,进行瓦斯抽采试验207 d,初始瓦斯抽采纯量为0.35 m3/min,抽采30 d后逐渐下降至0.1 m3/min以下,抽采65 d后整体稳定在0.05 m3/min左右。试验结果表明,顶板拦截定向钻孔可有效预抽邻近煤层瓦斯,提前降低煤层瓦斯含量,从源头上减少后期工作面回采时的采动卸压瓦斯涌出量。