沿空留巷开采覆岩裂隙演化规律及卸压瓦斯抽采技术

沿空留巷开采是我国煤炭可持续发展的重要方向之一,其采动覆岩卸压瓦斯运移储集区演化与传统开采方式有所不同。为进一步准确辨识沿空留巷开采覆岩卸压瓦斯运移储集区,通过数值模拟及物理相似材料模拟,研究了切顶侧与未切顶侧的裂隙特征,分析了采动覆岩裂隙动态发育过程及应变分布规律,提出了沿空留巷开采卸压瓦斯抽采靶区位置判别方法,并进行了现场工程实践。研究结果表明:低位覆岩受切顶影响,易发生破断垮落;高位覆岩区域未切顶侧覆岩裂隙较为发育,切顶侧与非切顶侧裂隙发育高度相同。采动裂隙形态、覆岩应变形态均呈梯形,随覆岩周期破断,采动裂隙呈跃进态势向上发展。不同区域采动离层裂隙角度集中在0°~10°,竖向破断裂隙区角度主要集中在80°~120°。基于关键层判别、采动裂隙角度及数量、覆岩应变特征等,结合通风方式,提出沿空留巷开采卸压瓦斯抽采靶区判定方法,将抽采钻孔布置在“采动裂隙锐角发育区+高瓦斯体积分数”区域,判定得出试验工作面抽采靶区为与煤层顶板垂距30~46m、与辅运巷平距30~55m的区域。试验工作面开采期间整体瓦斯抽采效果良好,说明基于沿空留巷开采卸压瓦斯抽采靶区判定方法设计的抽采钻孔具有合理性,可为沿空留巷开采“Y”型通风方式下卸压瓦斯抽采钻孔设计提供一定参考。

黄陵一号煤矿110工法下瓦斯储运特征及卸压瓦斯抽采参数设计

为深入研究110工法下覆岩层采动裂隙分布规律,指导采空区卸压瓦斯抽采,基于黄陵一号煤矿1010工作面,采用物理相似模拟与数值模拟结合的方法,研究了卸压瓦斯储运区形态特征,对110工法下卸压瓦斯抽采钻孔进行参数优化。研究结果表明:不同覆岩区域采动裂隙均以水平离层裂隙为主,竖向破断裂隙区及垮落裂隙区范围内破断裂隙角度主要集中在80°~120°。上覆岩层距开采层越近时,下沉位移越大,顶板下沉的响应时间越短。覆岩位移云图总体呈现出梯形,开切眼位置断裂角为55°~61°,工作面位置断裂角在59°~62°范围内变化,梯形框架,左右两腰的应变区宽度约为22~27 m。根据采动覆岩裂隙形态特征,设计后巷高位钻孔布置参数,保障工作面的安全回采。

煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,引入煤体孔隙变形与透气性演化的耦合作用方程,建立了考虑煤层吸附、解吸作用的含瓦斯煤岩固-气耦合作用模型。应用该模型模拟研究了不同压力影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,其结果对于深入理解瓦斯抽放作用机制并采取相应的瓦斯预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义。

确定卸压瓦斯抽采钻孔合理层位的试验

卸压瓦斯抽采技术的关键在于根据采动裂隙场分布规律合理布置瓦斯抽采孔。针对富含水厚煤层大采高工作面快速推进,依据采动裂隙时空演化特征与瓦斯运移规律,在亭南煤矿实施了确定卸压瓦斯抽采钻孔合理层位的工业试验。通过对不同层位钻孔抽采浓度统计分析,卸压抽采钻孔终孔布置在裂隙带离层区抽采效果最好,从而确定卸压瓦斯抽采钻孔的合理层位。

地面钻井抽放上覆远距离卸压煤层气试验研究

通过模拟及实测，对下保护层开采后其上覆远距离煤层的卸压效果进行了研究，并在淮北桃园矿开展了地面钻井抽放上覆远距离卸压煤层气试验．结果表明，下解放层开采后其上覆远距离煤层能充分卸压，将地面抽放钻井打到采动裂隙“Ｏ”形圈内，可将其卸压煤层气大面积抽放出来，为我国煤层气开采提供了一条新途径，具有推广应用前景．

低渗透性煤层卸压瓦斯抽采机理研究

针对高瓦斯、低渗透性松软煤层的赋存条件,通过相关力学理论研究,建立了煤层变形与瓦斯运移耦合的动力学模型,研究了当煤层变形时,瓦斯气体在孔隙内非Darcy渗流的特点,并引入了非Darcy流β因子和加速度系数2个参量,有效地揭示了煤层瓦斯运移规律的客观本质.根据卸压瓦斯渗流及运移特点,在淮南矿区顾桥矿实施了保护层卸压、地面钻井抽采卸压瓦斯的工程实践,初步建立了适合淮南矿区的卸压瓦斯抽采模式.

卸压抽放瓦斯技术在瓦斯治理中的应用

文章首先对卸压瓦斯抽放进行了分析,依据卸压抽放技术的原理,以张集矿1111(1)综采工作面为例,对不同卸压瓦斯抽放方式进行了应用研究,结果表明,在低透气性煤层中采用卸压瓦斯抽放技术是可行的,具有抽放浓度高、稳定性好的优越性,为综采工作面的瓦斯治理提供了经验。

淮南矿区保护层开采卸压范围及瓦斯抽采地面井部署

以保护层卸压开采和卸压瓦斯地面井抽采工程实践取得的大量资料为基础,结合采区上覆岩层变形变位检测和煤岩层力学性质实验室测试结果,总结了煤与煤层气开采地质条件,讨论了确定保护层开采有效卸压范围的方法,得到了淮南矿区保护层开采有效卸压范围的结果,分析了其对卸压瓦斯地面井部署的影响,提出了淮南矿区卸压瓦斯地面井部署的建议。研究结果表明:淮南矿区11-2保护层的最大有效保护距离为117 m,11-2保护层的开采对13-1被保护层的保护是有效的;走向有效卸压保护角为64°,倾向有效卸压保护角下方为77°、上方为83°,被保护层的卸压范围相对于保护层下部内错15.4 m,上部内错8.2 m;地面井应部署在走向上距始采线37 m外,倾向上靠近回风巷13～30 m之间的位置。研究结果对实现煤层气高效、持续、稳定的抽采和煤与煤层气共采意义重大。

基于关键层运动的邻近层卸压瓦斯抽采优化设计方法

瓦斯抽采巷(孔)的合理布置是实现邻近层卸压瓦斯精准抽采的基本前提。在深入分析覆岩关键层运动对邻近层瓦斯卸压运移控制机制的基础上,提出了基于关键层运动的邻近层卸压瓦斯抽采优化设计新方法。研究结果表明:邻近层卸压瓦斯抽采巷(孔)的合理布置层位为垮落带边界至导气裂隙带最大发育高度之间的空间范围,导气裂隙带最大发育高度可按基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法来确定;邻近层卸压瓦斯抽采巷(孔)的合理层面位置为导气裂隙带内的“O”形圈裂隙区中部,“O”形圈裂隙区宽度可按其与煤层采高、覆岩关键层结构及采深的函数关系式进行预计。该方法在阳泉矿区邻近层卸压瓦斯实践中得到了应用和验证,邻近层卸压瓦斯抽采率稳定在92%,能较好地指导煤层群开采条件下煤与瓦斯共采实践。

地面钻井抽采采动卸压瓦斯来源分析

为了考察地面钻井对上覆远距离煤层卸压瓦斯的抽采效果,通过淮南潘一矿地面钻井抽采采动卸压瓦斯的现场试验,对地面钻井抽采瓦斯来源进行了分析。结果表明:运用地面钻井抽采多煤层卸压瓦斯时,地面钻井具有抽采采空区瓦斯和上覆远距离煤层卸压瓦斯的双重作用,但以抽采上覆远距离煤层卸压瓦斯为主,以抽采采空区瓦斯为辅,地面钻井抽采13煤卸压瓦斯量占总抽采量的75.0%,对在采动影响范围内的13煤的瓦斯抽采率达到了27.5%,局部区段的瓦斯抽采率达到了35.3%;运用保护层开采和地面钻井抽采采动卸压瓦斯相结合的技术,对上覆远距离被保护煤层的卸压瓦斯起到良好的抽采效果,为后期上覆煤层的安全高效开采提供保障。

深部煤巷条带预掘底板岩巷卸压抽采防突技术研究

为了防止深部煤巷地应力主导型煤与瓦斯突出,分析了应力、瓦斯对煤岩体力学性质的影响规律,以及深部动力灾害发生机制,研究了深部煤巷掘进煤与瓦斯突出的力学特点及深部巷道围岩分区破裂的非单峰应力分布及演化过程,给出了深部巷道破裂区内、外边界及卸压影响范围的表达式,提出利用预掘卸压底板岩巷对上覆煤岩体进行卸压、穿层钻孔抽排煤巷条带瓦斯的区域防突方法,运用数值模拟方法确定卸压底板岩巷的合理空间位置,并进行了成功应用。实践表明:将卸压底板岩巷布置在煤巷正下方底板8~12 m位置,上覆煤岩层卸压效果显著,煤巷条带区域卸压抽采防突效果明显,实现了煤巷安全快速掘进。

低透气煤层群首采关键层卸压开采采空侧瓦斯分布特征与抽采技术

通过对首采关键层留巷采空区边缘岩体结构变形破坏和裂隙演化规律的分析,揭示了"Y"型通风工作面采空侧卸压瓦斯富集区域、运移通道、瓦斯分布特征及卸压瓦斯运移规律,提出了留巷钻孔法煤与瓦斯共采新技术和新方法;在留巷内布置上下向高低位抽采钻孔直达卸压瓦斯富集区域,实现连续抽采卸压瓦斯与综采工作面采煤同步推进,通过连续高效抽采上下被卸压层的瓦斯,实现了煤矿井下直接抽采卸压瓦斯的重大突破.

淮南矿区瓦斯卸压抽采理论与应用技术

基于淮南矿区高瓦斯煤层群开采条件,运用卸压开采及采场采动裂隙O形圈卸压瓦斯抽采理论,提出了一系列钻孔或巷道抽采卸压瓦斯方法;研究分析了开采卸压层时瓦斯抽采技术、上向卸压瓦斯抽采技术、下向卸压瓦斯抽采技术,采用煤层气开采消突试验方法有底板岩巷穿层钻孔条带预抽瓦斯、顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、地面钻井压裂预抽瓦斯,这些方法广泛应用于淮南矿区生产实践,建立起了卸压开采瓦斯抽采工程体系。结果表明:自1998年以来矿井杜绝了瓦斯爆炸事故发生,百万吨死亡率由4.01降低到0.18,2009年瓦斯抽采量达3.2亿m3,矿井瓦斯抽采率达到53%,采煤工作面瓦斯抽采率达到90%以上;使高瓦斯突出煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层,同时抽采出的瓦斯作为绿色能源,减少大气污染。

冲孔卸压抽采技术在中马村矿突出煤层中的应用

针对中马村矿存在高瓦斯煤层的问题,采用了水力冲孔技术,介绍了水力冲孔增透机理,通过在中马村矿开展水力冲孔卸压抽采技术工业性试验,初步确定了水力冲孔最优冲煤量和有利于冲孔的钻孔倾角。结果表明:单孔冲煤量在0.4~1.3 t/m范围内上下浮动,冲煤量主要以0.8 t/m居多,即最优冲煤量为0.8 t/m;钻孔的倾角对水力冲孔的冲煤量有一定的影响,钻孔倾角在40°~70°之间最有利于冲孔。采取水力冲孔增透抽采措施后与普通钻孔相比,抽采瓦斯初始流量平均提高5倍以上,衰减系数降低50%以上。

新大地煤矿本煤层瓦斯超前卸压抽采试验研究

对新大地煤矿15101综放工作面利用工作面超前支承压力作用提高低透气性煤层瓦斯抽采效果进行了现场实测研究,结果表明:本煤层瓦斯抽采效果受工作面超前支承压力的影响十分明显,根据本煤层瓦斯抽采钻孔所处位置,其抽采效果可以大致分为4个时期:原始抽采期(工作面前方50 m以外)、抽采减弱期(工作面前方50~20 m)、抽采增长期(工作面前方20~7.38 m)及抽采衰减期(工作面前方7.38 m以内)。其中,抽采增长期和抽采衰减期钻孔瓦斯抽采纯量分别为原始抽采期的7.03倍和6.19倍,是本煤层瓦斯卸压抽采的最佳时期,该时期内钻孔抽采量占本煤层瓦斯抽采总量的57.83%。

地面钻井抽采远距离上覆被保护层煤层卸压瓦斯实践研究

根据潘一煤矿11_(-2)煤保护层工作面回采时利用地面钻井抽采上覆13_(-1)煤被保护层卸压瓦斯的实践,分析了地面钻井抽采卸压瓦斯的相关影响因素,总结了地面钻井布置必须尽可能远离采空区,必须根据地面钻井抽采量衰减规律合理确定抽采时间。

卸压带抽放煤层瓦斯技术在回采工作面的应用

突出煤层开采前采取的预抽瓦斯技术往往由于各种技术原因,无法满足回采期间的瓦斯治理要求。通过对回采工作面超前卸压带的考察分析,合理采取走向卸压抽放技术措施,经过现场应用,取得了显著的效果。

保护层开采卸压抽放瓦斯技术探究

以李二矿保护层6222B9工作面作为试验地点,为了解决煤层开采期间面临的瓦斯治理问题,结合工作面的实际情况,提出风排瓦斯、风排加采空区埋管抽放瓦斯、回风顺槽倾斜穿层钻孔瓦斯抽放、煤层巷道和穿层钻孔瓦斯抽放的治理技术方案。

综放面顶板覆岩走向长钻孔卸压抽放瓦斯研究

通过理论分析和现场实际考察分析了煤炭开采顶板覆岩垮落变形动态变化规律 ,分析了覆岩关键层的层位及岩体特性对煤层回采后顶板岩层的垮落区、裂隙区的扩展影响特征 ;结合现场工程实际 ,提出了针对低渗透性煤层提高煤层瓦斯抽放率的一种新的顶板覆岩卸压抽放技术 ,分析影响瓦斯抽放量的因素 ,给出了顶板卸压钻孔的合理布置区域。

上保护层开采卸压瓦斯抽采技术试验研究

以新庄孜矿保护层66109工作面为研究对象,针对开采过程中遇到的瓦斯治理问题,进行理论分析,提出了上、下向穿层钻孔瓦斯抽采、沿空留巷埋管瓦斯抽采、下向顺层钻孔瓦斯抽采的卸压瓦斯抽采技术方法。现场试验结果表明,结合卸压瓦斯抽采技术,9煤层保护层的开采有效地消除了8煤层煤与瓦斯突出危险性,实现了8煤层的安全高效开采。