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。

定向高位长钻孔抽采位置确定及瓦斯治理效果

为了有效治理采空区上隅角瓦斯,针对九里山矿16041工作面采用定向高位长钻孔抽采上隅角瓦斯的现状,利用UDEC软件对工作面上覆岩层塑性区进行模拟,并结合现场试验,确定了定向高位长钻孔最佳抽采位置应为距离顶板13~25 m内。抽采结果表明:工作面上隅角平均瓦斯体积分数从0.78%下降到0.31%,回采工作面推进速度从3.6 m/d提高到4.8 m/d,提高了约1.33倍,保证了工作面回采安全。

定向高位长钻孔上隅角瓦斯治理技术

针对常规顶板高位钻孔因钻孔方位及倾角无法控制而难以钻进至设计层位,且有效抽采孔段较短、易出现抽采盲区、抽采不连续等问题,以王家岭煤矿上隅角瓦斯治理为研究背景,在20103综采工作面回风巷布置1组定向高位长钻孔与4组常规高位钻孔进行瓦斯抽采,对比分析了这2种高位钻孔的瓦斯抽采效果,结果表明:定向高位长钻孔有效抽采孔段长,抽采盲区少,能实现连续抽采;定向高位长钻孔单孔平均瓦斯抽采纯量为2.11m^3/min,最大可达2.9m^3/min,与常规高位钻孔相比平均瓦斯抽采纯量提高了约2.77倍,工作面瓦斯抽采率提高了近2倍,有效抽采时间提高了约3.15倍;仅接抽常规高位钻孔时上隅角瓦斯体积分数为1.0%以上,仅接抽定向高位长钻孔时降至0.6%以下,表明定向高位长钻孔治理工作面上隅角瓦斯具有明显优势。

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。

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。

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。

高位定向长钻孔在综采工作面裂隙瓦斯抽采中应用

针对综采工作面回采后采空区顶板裂隙中瓦斯集聚、容易导致回风隅角瓦斯超限问题,提出采用高位定向长钻孔对裂隙瓦斯进行抽采。依据30902综采工作面现场情况,通过理论计算以及瓦斯抽采经验,确定高位钻孔合理层位为9#煤层顶板20~26 m,水平方向上与回风巷间距为10~22 m;对高位定向长钻孔施工方案进行设计。现场应用后,高位定向长钻孔瓦斯抽采纯量、接抽时间较常规高位钻孔分别增加约3.72倍、4.15倍,通过裂隙瓦斯高效抽采可显著降低回风隅角瓦斯浓度,接抽期间回风隅角瓦斯浓度控制在0.56%以内,实现了裂隙瓦斯高效抽采,可为采面煤炭安全高效回采创造良好条件。

高位定向长钻孔抽采技术在上隅角瓦斯治理中的应用

为了更好地解决曹家山矿井下采空区瓦斯超限问题,本文以80105工作面为工程背景,基于理论分析和公式计算明确了定向高位钻孔的空间位置,并经现场实践分析长距离定向高位钻孔和定向顺层钻孔的瓦斯抽采效果。实践结果表明:80105工作面施工高位定向钻孔抽采浓度29.5%~69.2%,单孔混合量4.9~7.2m^(3)/min;80103工作面施工定向顺层钻孔抽采浓度15%~52.3%,单孔混合量0.368~0.815m^(3)/min,体现显著的社会与经济效益,保证矿井的安全生产。

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。

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。

青龙煤矿11615工作面高位定向长钻孔瓦斯抽采分析

为解决青龙煤矿11615回采工作面上隅角瓦斯浓度超限难题,结合该工作面实际瓦斯赋存情况,采用高位定向长钻孔瓦斯抽采技术方法开展瓦斯抽采。对比了瓦斯抽采效果与钻孔距回风巷距离远近的关系,研究了瓦斯抽采效果与回采里程的关系,总结了高位定向长钻孔的瓦斯抽采规律。研究结果表明:回采过程中,通过高位定向长钻孔抽采采空区上覆岩层瓦斯,回采工作面上隅角瓦斯浓度降低到0.25%~0.35%,解决了该采空区上隅角瓦斯浓度超限问题;钻孔距回风巷距离为40m时,抽采瓦斯浓度基本稳定在18.5%左右,抽采效果最佳;随着回采里程的增加,钻孔抽采效果呈上升趋势,但在抽采末期有所下降。说明高位定向长钻孔对降低采空区及回采工作面上隅角瓦斯发挥了一定作用,提高了回采过程中瓦斯治理效率。

近距离煤层群高位定向长钻孔瓦斯抽采实践

为有效解决青龙煤矿21602工作面采煤期间上隅角瓦斯浓度超限问题,利用定向钻进技术的轨迹可控、覆盖区域广等优势,在21602工作面布置高位定向长钻孔抽采采动卸压瓦斯。介绍了高位定向长钻孔瓦斯抽采技术原理,分析了钻孔布置层位及设计方案,通过现场实践确定了21602工作面高位定向长钻孔优先布置在顶板距离煤层16~28 m区域。实践表明,21602工作面采煤期间上隅角瓦斯浓度由抽采前的最高值0.72%降低到抽采期间的0.20%~0.40%,单孔抽采瓦斯纯流量达1.58 m 3/min,有效保证了工作面的高效安全回采,可为近距离煤层群上隅角瓦斯治理提供经验。

复杂岩层高位定向长钻孔成孔技术应用研究

为解决高位定向长钻孔大深度、大摩阻、岩层复杂、排渣难等钻进难题,通过定向钻进装备优选、泥浆脉冲随钻测量系统应用、高韧性螺旋钻杆提高钻杆柱强度和有效排渣、定向钻进轨迹设计和控制技术优化、以及复合定向钻进工艺降摩阻等方法,有效提高高位定向长钻孔的钻孔深度,增强了高位定向长钻孔成孔技术的钻具适配性和地层适应性。该技术应用在桃园矿Ⅱ8221高位定向长钻孔施工中,成功实现最大956m的高位钻孔深度记录,后期钻孔瓦斯抽采浓度高、纯量大,有效解决了回采工作面的瓦斯问题,取得了良好的效果,为高位定向长钻孔成孔技术应用研究提供了宝贵经验。

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。

基于高位定向长钻孔的采空区瓦斯抽采技术研究

为了研究高位定向长钻孔抽采采空区瓦斯效果,以吉宁煤矿2102工作面为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的手段确定顶板高位定向长钻孔布置层位及钻孔结构,现场设计了五个高位定向长钻孔进行采空区瓦斯抽采。研究结果表明:煤层开采后,覆岩垮落带高度为20m,导水裂隙带高度为66m;裂隙区和压实区所呈嵌套关系的外侧梯形底角61°,内侧梯形底角50°,内外梯形之间宽度约为8.4m;高位钻孔应布置在煤层顶板以上40~60m,帮距15~48m,有效解决采空区上隅角瓦斯超限问题,瓦斯抽采效果良好,在保证安全生产的同时,实现了高效稳定治理采空区瓦斯的目的。

老厂矿区高位定向长钻孔“以孔代巷”瓦斯抽采技术研究

云南老厂矿区无烟煤瓦斯含量高、衰减性强、透气性系数低、瓦斯难于抽采,采用常规顺层钻孔和普通顶板高位钻孔方式难以解决上隅角瓦斯和回风流瓦斯超限问题,而采用顶板高抽巷方式面临工程量大、经济成本高、工期长等问题。通过使用定向大直径钻机施工高位定向长钻孔替代顶板高抽巷的方法,利用FLAC^(3D)数值差分软件分析煤层顶板断裂带高度。结果表明:老厂矿区8#煤层垂向18~35 m区域为最佳抽采层位,使用高位定向长钻孔对8#煤层顶板裂隙抽采后平均抽采瓦斯浓度(甲烷体积分数,下同)可达16%左右,平均抽采瓦斯纯流量为9.05 m^(3)/min,工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.60%以下,回风流瓦斯浓度控制在0.40%以下,与采用高抽巷方法的瓦斯抽采效果相当,验证了高位定向长钻孔"以孔代巷"技术的合理性和可行性,可为云南老厂矿区无烟煤瓦斯抽采提供参考。

缓倾斜高瓦斯煤层工作面高位定向长钻孔瓦斯抽采技术研究

为解决下石节煤矿缓倾斜工作面采空区和上隅角瓦斯超限问题,提出了用高位定向长钻孔代替高位抽采巷进行瓦斯抽采的方法,首先通过FLAC3D数值模拟软件分析获得了下石节矿覆岩三带分布规律,并以此为依据选择层位布置钻孔,在下石节煤矿2305综采工作面施工高位定向长钻孔对工作面涌出的瓦斯进行抽采,并在抽采期间持续观测分析抽采效果。通过分析获得的钻孔在垂向及倾向上瓦斯浓度及抽采纯量的部分规律,提出了缓倾斜工作面高位定向长钻孔瓦斯抽采的布孔优化方案,预期研究结果对于缓倾斜工作面以高位定向长钻孔瓦斯抽采技术研究具有重要意义。

综放工作面高位定向长钻孔瓦斯抽采技术

为解决综放工作面上隅角瓦斯治理难题,提出高位定向长钻孔瓦斯抽采技术方法。以王家岭煤矿为试验对象,通过理论计算、数值模拟方法,确定高位定向钻孔布设合理层位,并以此指导高位定向钻孔施工。工业试验表明:上隅角瓦斯浓度由原0.56%~0.98%降至0.42%~0.68%,解决了上隅角瓦斯超限问题,实现了综放工作面的高效、安全生产。

高瓦斯油气伴生矿井高位定向长钻孔合理布设参数研究

针对黄陵矿区高瓦斯油气伴生矿井采空区瓦斯涌出量较大的现状,建立了以含气层分布为主,结合地质地层、采空区裂隙带高度预测、普通高位钻孔布置参数分析等多因素相结合的高瓦斯油气伴生矿井高位定向长钻孔合理布设方法,综合确定黄陵二号煤矿205工作面高位定向长钻孔施工层位为七里镇砂岩、施工高度距煤层顶板20~21 m、水平位置距回风侧11~23 m。以此为基础,在205工作面施工了1组顶板高位定向长钻孔,最大孔深774 m,钻孔平均瓦斯抽采浓度28%、最高83%,工作面上隅角瓦斯由0.81%下降到0.48%,钻孔利用率高达87%。