高瓦斯中硬煤层超高压水力割缝卸压增透技术及应用

为了提高高瓦斯中硬煤层卸压增透及瓦斯抽采效果,研究了顺层长钻孔超高压水力割缝技术,分析了其卸压增透机理,开展了超高压水力割缝现场试验,确定了等效割缝半径和有效瓦斯抽采半径,考察了超高压水力割缝技术的应用效果。研究结果表明:超高压水力割缝技术具有切割速度快、切割半径大等特点,相当于在钻孔周围煤体开采极薄保护层,平均单刀割缝时间9 min,单刀出煤量0.32~0.42 t,等效割缝半径为1.55~1.78 m;超高压水力割缝组单孔平均抽采浓度76.5%,单孔平均抽采纯量为0.089 m^(3)/min,分别是普通钻孔的4.58倍和4.05倍,是水力冲孔的1.2倍和1.43倍,可见该技术可以大幅度提高卸压增透及瓦斯抽采效果。

彬长矿区中硬煤层长钻孔分段水力压裂瓦斯抽采技术

针对中硬煤层水力压裂区域超前抽采压裂施工过程中存在的工期长、孔内事故率高、风险大、经济性差等问题,以彬长矿区4号煤层为研究对象,采用试验分析、数值模拟和系统优化等方法,研究出4号煤层分段压裂合理泵注压力、排量以及新型节流器,采用改进后压裂工艺在大佛寺煤矿完成了3个长度500 m以上钻孔的分段水力压裂施工,累计压裂段数23段,泵注压力为7.56~9.70 MPa,排量为18.63~22.11 m3/h,均未出现孔内事故。改进后,单孔水力压裂工期由12 d减少至7~8 d,压裂钻孔初始瓦斯抽采量是常规方式的1.29和1.38倍,瓦斯抽采量衰减系数是常规方式的9.1%和6.8%,压裂钻孔抽采效果得到大幅提升。

中硬煤层下掘进机截割载荷研究

在当前的煤矿生产中,掘进机发挥着重要作用,通过了解掘进机的截割载荷,能更有效地提高掘进机的截割效率,满足煤矿开采的需要。结合传统截割载荷计算方法存在的缺陷,需要使用有限元模拟法对掘进机的动态截割过程进行模拟,从而帮助煤矿企业了解掘进机的截割载荷。基于此,分析了掘进机截割头的载荷计算,通过有限元完成截割过程的仿真,在中硬煤层下分析不同性质煤岩对截割载荷的影响,以期该研究可以帮助煤矿企业更好地选择截割头型号,进而提高掘进机的截割效率。

硬煤层顺层长钻孔分段水力压裂强化瓦斯抽采技术及应用分析

为解决常规压裂技术下瓦斯抽采效率不高等实际问题,在分析水力压裂技术下硬质煤层微观结构变化情况的基础上,总结水力压裂装备与工艺流程,研究水力压裂关键技术。结合实际工程中的水力压裂试验以及监测数据,得出水力压裂技术下的硬煤层裂隙拓展延伸度较高,可为瓦斯抽采提供充足的空间,有助于硬煤层瓦斯超前治理的顺利开展。

底层大采高综放全厚开采20m特厚中硬煤层的物理模拟研究

根据酸刺沟煤矿6–1#煤层的赋存条件,运用1∶30的大比例物理模拟试验,研究底层4.5m大采高综放全厚开采20m特厚煤层顶煤和顶板垮落特征、采空区垮落矸石的碎胀特性和堆积角、支架的工作阻力、煤炭回收率以及煤壁前方支承压力作用特征等。研究结果表明:(1)底层大采高综放全厚开采20m特厚中硬煤层,在技术上是可行的。(2)根据顶煤、顶板垮落特征,工作面的开采过程可分为初采阶段、过渡阶段和正常放煤阶段。在初采与过渡阶段,煤炭回收率n随工作面推进距离L的增加呈对数规律提高。(3)进入正常放煤后,顶煤放出率可以达到70%,工作面采出率可以达到75%。顶煤放出率随顶板岩梁的垮落呈周期性变化。(4)在支架后方会出现大厚度顶煤悬伸,顶板周期性垮落时会发生大高度切顶现象,要求支架有足够的抵抗顶煤、顶板断裂产生的向后旋转作用力。(5)为确保安全和顶煤及时垮落,应实施预爆破或预注水弱化顶煤措施。

层理发育硬煤层煤壁片帮机理及防治技术

为了分析层理发育硬煤层煤壁片帮机理,通过现场调研、试验室试验和理论分析的方法研究了煤体物理力学性质、节理裂隙分布对煤壁稳定性的影响,并提出了超高压注水防片帮技术。现场应用结果表明:横向层理发育硬煤层煤壁片帮发生在层理面,破坏形式以拉伸破坏为主;增大注水压力可增大硬煤湿润半径,缩短注水时间,增大注水孔距。应用过程中大块煤明显减少、开机率提高显著、煤壁片帮有效减缓,工作面推进速度得到提高。

特厚硬煤层综放开采合理区段煤柱尺寸研究

水帘洞煤矿3801综放工作面地质条件极其复杂,合理确定区段煤柱是实际遇到的工程难题。文章通过采场前后方侧向应力场与位移场在线观测,获得了综放沿空实体煤侧向应力分布规律及变形情况;通过数值模拟得到了不同煤柱尺寸沿空实体煤侧向应力分布变化规律。综合分析得到了合理煤柱留设尺寸,为彬长矿区同煤系特厚硬煤层综放开采确定合理煤柱尺寸提供了科学依据。

两软一硬煤层突出控制因素与发生规律

针对两软一硬煤层特殊的瓦斯地质条件,以云盖山井田一矿二1煤层为例,探寻了两软一硬煤层煤与瓦斯突出的控制因素,分析了掘进工作面掘进期间突出预测指标的分布特征,总结归纳了"两软一硬"煤层煤与瓦斯突出发生规律.研究结果表明,由于地质构造变动,云盖山一矿二1煤层产状变化较大,煤层倾角发生急剧变化的地带,地应力集中;受层间滑动构造的影响,煤层厚度变化较大,具有突然增厚、变薄以至尖灭、挤灭现象;二1煤层构造软煤呈连续层状发育.因此,在煤层薄、厚交接处(煤层急剧变化带),小断层附近,应力集中,瓦斯积聚,煤体破坏严重,易发生突出.此项研究,可为地质条件类似矿井开展瓦斯地质研究和瓦斯灾害防治工作提供方法借鉴和理论指导.

特厚硬煤层综采技术应用现状及发展趋势

针对特厚硬煤层不同的地质条件,对比分析了4种特厚硬煤层开采方法的优缺点,介绍了适用特厚硬煤层开采的综合弱化技术及特厚硬煤层大断面巷道快速掘进技术与装备,以解决特厚硬煤层开采难题,提高生产集约化和机械化程度。最后,针对特厚硬煤层综采工作面所面临的灾害,提出了综合安全保障技术,并对厚煤层开采技术研究的重点和发展方向进行展望。

软、硬煤层残余瓦斯含量区域效果检验临界值研究

针对软、硬煤层瓦斯含量区域突出危险性效检指标临界值存在较大差异这一工程实际。建立软、硬煤样相关参数关系模型,对基于残余瓦斯含量的区域防突措施效果检验指标临界值进行研究。结果表明:同一煤质软煤和硬煤瓦斯吸附量差别不大,但随着煤的变质程度降低,软、硬煤瓦斯吸附量差值先减小后增大。对存在软、硬分层的煤层,建议采用0.74MPa时软、硬煤瓦斯含量测值的小值(取整)作为煤层残余瓦斯量指标的临界值。此研究因地制宜地确定符合矿井实际的突出预测指标临界值和区域措施效果检验指标临界值,对降低防突成本具有重要意义。

两软一硬煤层巷道支护技术

为解决云盖山煤矿一矿21203综采工作面回风巷道两帮和底板变形大、支护困难问题,以现场实测资料为基础,结合该矿"两软一硬"煤层上覆岩层移动规律、垮落特征及超前支承压力分布规律,将巷道原锚杆+锚索+锚网的矩形断面支护形式改进为马蹄形U形钢缩性支架支护形式。基于围岩单轴压缩实验参数,进行FLAC^(3D)数值模拟。结果显示:改进后的支护形式有效改变了巷道应力特征。现场应用结果表明:马蹄形U形钢支护形式能够有效控制两帮移近量和底板臌起量,解决回风巷道变形量大的问题。该研究为矿井掘进相似巷道提供了支护设计依据。

两硬煤层下分层火区启封与安全复采技术研究

为了确保两硬煤层下分层开采时火区的安全启封和工作面的安全复采,基于煤峪口矿307盘区的发火特征,探讨了盘区发生内因火灾的成因,分析了封闭火区的燃烧状态,采用气体组分比率RT定量分析法,研究了火区启封复燃的可能性。结果表明:盘区内各密闭气体的组分比率均超过1,表明火区启封有复燃的可能性,火区启封后必须采取防复燃措施。同时,现场确定了"先缩封、后启封"的均压缩封火区法,制定了火区启封和两硬煤层下分层工作面复采的安全保障措施,保障了大区域复杂条件下火区的成功启封和工作面的安全复采。

三硬煤层顶煤破碎机理的探讨

本文采用理论分析及实验室相似材料模拟试验方法，对顶煤的破碎机理进行了详细的论述，阐明了顶煤破碎是在支承压力、老顶回转及支架反复支撑三者共同作用下的结果，同时结合三硬煤层的矿压显现情况进一步说明其难放的原因。

坚硬顶板及硬煤层开采方法研究

通过七采区十三层煤 7130 6 - 7130 7E工作面坚硬顶板、及硬煤层的开采方法研究 ,为防止采空区坚硬顶板来压时的动压冲击 ,提出使用打移动木垛和垒矸石堆防范措施 。

两硬煤层大采高工作面煤壁片帮机理及防治研究

基于大采高工作面更易于发生煤壁片帮,进而引发端面冒顶的普遍现象,分析了大采高工作面影响煤壁片帮的主要因素,包括采高、支承压力、支架工作阻力、煤壁前方裂隙带分布等,得出了大采高工作面煤壁片帮的机理。结合大同四老沟煤矿两硬煤层8406大采高工作面的具体条件,提出了预防两硬煤层大采高工作面煤壁片帮的技术措施,保障了工作面的安全生产。

硬煤层综采放顶煤液压支架性能改进的技术研究

针对硬顶、硬煤层综采放顶煤顶煤难破碎、破碎块度大、采出率低、支架损坏严重等问题，详细研究了顶煤的破碎特点及硬煤层综采放顶煤支架应具备的架型和结构。通过对生产试验情况分析，说明了只要液压支架的技术参数和结构选择得当，硬煤层综采放顶煤同样可取得较好的放煤效果。

硬煤层深孔孔径对松动爆破技术影响应用研究

针对黑龙江龙煤集团双鸭山东荣二矿硬质煤层内工作面回采压力大,瓦斯含量高,开采困难等问题,通过分析研究深孔松动爆破在硬质煤层中的工作机理,不同爆破孔径产生爆破效果,研究煤体破坏单元的范围和受爆破作用的抽放影响区域,最终确定最佳爆破孔径。实践证明,采用最佳孔径深孔松动爆破有利于降低煤层硬度,增透卸压,提高机械切割效率,有效解决了东荣二矿硬质煤层开采问题,同时防止煤与瓦斯突出,达到瓦斯综合治理的效果。

浅埋中硬煤层综放开采顶煤冒放性论证

晋普山煤矿3号煤层回收大巷保护煤柱拟采用综采放顶煤工艺开采,为对其冒放性进行论证和分类,以331工作面浅埋中硬煤层为工程背景,现场取芯进行了煤岩物理力学参数测试,将煤层埋深、煤体抗压强度、顶板岩性、采放比、煤层节理裂隙发育程度、夹矸层的厚度与强度等作为影响因素,运用破坏系数分类法和模糊综合评价法对顶煤的冒放性进行了理论计算,结合现场实际地质情况,得出属于IV~Ⅲ类冒放性差~中等的煤层。

煤矿井下硬煤层顺层长钻孔分段压裂强化瓦斯抽采技术及应用

针对硬煤层瓦斯抽采衰减快,抽采周期长、效率低等问题,提出了中硬煤层顺层长钻孔分段压裂增加煤层透气性瓦斯强化抽采技术。以陕西彬长矿区4号煤层为研究对象,在实验室采用SEM高分辨率电子显微镜对比分析了水力压裂前后煤体微观孔隙结构变化特征;利用Abaqus软件模拟了封隔器受力特征及钻孔的稳定性;在彬长矿区大佛寺煤矿井下4号煤层进行水力压裂工业性试验。结果表明:煤层在加载压力15 MPa,保压48 h,煤体的孔隙、裂隙数量增多,孔径尺寸增大,且连通性增强,裂隙间的连通性明显提升。压裂过程中,封隔器同时受到内压和外压载荷产生膨胀变形,内压15 MPa、外压10 MPa时,可保持硬煤钻孔结构完整同时,产生最大的封隔摩擦力。工程试验完成3个顺煤层定向长钻孔分段压裂施工,孔深540~568 m,每孔分8段压裂,单孔注液量910~1154 m^(3),累计注液量3011 m^(3);压裂后,利用孔内瞬变电磁测试确定压裂影响半径34~46 m。压裂钻孔平均瓦斯抽采纯量0.72~1.73 m^(3)/min,平均抽采瓦斯体积分数42.60%~67.48%;对比试验区常规钻孔,瓦斯抽采体积分数提高1.20~2.49倍,百米钻孔瓦斯抽采纯量是3.93~10.03倍,实现了试验区域瓦斯超前增透和预抽,该工艺技术为类似地质条件大区域瓦斯超前治理提供技术借鉴。

中硬煤层瓦斯穿层钻孔无泵式双通道机械掏穴钻头设计与应用

为了解决随钻式掏穴技术钻进中需要配套泥浆泵调节流量以切换钻进、掏穴状态,控制效果不甚理想等问题,开发了无泵式双通道机械掏穴钻头,该钻头配套双通道钻杆及双通道送水器使用,在钻具内形成2套互不连通的水路,环空水路用于冷却钻头携带岩粉进行正常钻进,中心水路用于控制刀翼开合,大大提高了刀翼开合的控制精度,同时无需配套泥浆泵,提高了随钻掏穴技术应用范围。通过钻头结构设计、齿轮齿条计算以及水路结构优化等,提高了钻头可靠性,采用设计的钻头在淮北朱仙庄煤矿进行了现场试验,试验共完成了?120 mm的钻孔101个,施工总进尺2 861.5 m,钻孔平均深度28.3 m,出煤量0.20~0.69 t/m,单孔平均出煤量0.22 t/m。采用双通道造穴技术可将原常规施工?120 mm钻孔直径扩大至4.1倍。试验证明:设计的双通道机械掏穴钻头,能够满足无泵式机械掏穴的需求,大大提高了施工效率。本研究为低透煤层瓦斯抽采增透提供了钻具支撑,为本行业类似掏穴钻孔施工提供了技术方案。