穿层钻孔喷孔周围煤体应力与变形数值模拟研究

依据煤与瓦斯突出机理,在全面分析低透气性突出煤层穿层钻孔喷孔原因及其煤体移动变形基础上,利用FLAC3D软件及相关理论对喷孔孔洞周围煤岩体的应力场分布规律、位移场分布规律等进行数值模拟研究。研究表明,在突出孔洞形成后,孔洞周围煤体内形成卸压区、破裂区、弹性应力区,煤体内部裂隙萌生、扩展、贯通,周围煤体产生指向孔洞中心的径向位移,位移大小与喷孔孔洞距离、蠕变煤体对后续煤体的流变变形的阻碍卸压有关;喷孔的影响范围与喷孔孔洞半径、煤层埋藏深度、煤层厚度正相关;卸压质量比与喷孔空洞半径正相关,与煤层埋深负相关。

深部条件下的煤岩钻孔喷孔试验研究

为了研究深部条件下的煤岩体动力显现特征规律,运用钻孔喷孔试验系统进行了不同载荷作用下的钻孔喷孔试验,测试并分析比较煤试样在试验过程中的应力、应变、钻屑量、声发射等参数。结果表明:只有当煤样加载压力超过某一临界值后,才会发生钻孔喷孔现象;加载压力越大,煤试件的钻屑量越多,钻孔喷孔次数越多;同时,喷孔时伴随较大煤岩颗粒喷出,钻孔喷孔是一个能量瞬间释放的过程,侧向应力和应变在能量释放瞬间会经历突然减小或经过短暂的增加后骤然减小的过程,与钻孔喷孔事件相对应;声发射事件除在钻孔周围分布比较密集外,每个试件也有呈条带状分布的区域。声发射事件数、振铃数、能量等都随着加载时间的增加而增加,在喷孔阶段更加明显。试验结果有效揭示了钻孔喷孔过程。

水力诱导穿层钻孔喷孔煤层增透技术及工程应用

依据煤与瓦斯突出机理,在分析低透气性突出煤层穿层钻孔喷孔煤体增透提高瓦斯抽放机理基础上,对煤体穿层钻孔的诱导喷孔工艺及瓦斯抽放钻孔布置进行了优化设计,并在淮北矿业集团祁南煤矿7煤层工作面进行了现场试验。结果表明:水力诱导穿层钻孔喷孔煤层增透可使孔群范围煤体透气性提高150余倍,单孔平均瓦斯抽采流量增加4倍以上;消除突出危险性煤层采用综合机械化掘进,月掘进进尺平均达200 m,较传统瓦斯治理方法下放炮掘进进尺可提高4～5倍。

压裂区域降低钻孔喷孔瓦斯超限技术研究

我国是世界第一大产煤国,煤炭在我国一次能源消费中约占70%左右,因而煤炭行业是关系我国国家经济命脉的重要基础产业。然而,煤炭行业又是我国安全生产形势最为严峻的行业之一,预防和控制煤矿重特大事故的发生,促进煤矿安全生产形势的根本好转已成为国家和政府层面上急需解决的重大问题,也是我国安全生产工作的核心任务。

突出煤层穿层钻孔喷孔周围煤体应力应变规律

依据煤与瓦斯突出机理,在分析低透气性突出煤层穿层钻孔喷孔原因及煤体移动变形基础上,利用FLAC3D软件及相关理论,对喷孔孔洞周围煤岩体的应力场分布规律、位移场分布规律等进行数值模拟研究,获得了喷孔孔洞周围煤体应力场分布规律及煤体移动变形规律。

高压水射流割缝诱导钻孔喷孔机理及防治措施

针对高压水射流割缝技术在煤层增透的运用中极易发生喷孔的动力现象,对其喷孔机理进行了理论分析,并提出了相应的喷孔防治措施。最后在中国平煤神马集团十矿己15-24080工作面中间底位巷进行现场应用,结果表明:喷孔防治措施具有良好的适用性,能有效地防治高压水射流割缝过程中出现的喷孔等动力现象,使钻孔喷孔次数比例由64.7%降为15.0%,抱钻孔数由35.3%降低为1.7%,正常孔数比例由35.3%增加到85.0%,保证了现场施工的安全有序进行。

云盖山煤矿穿层钻孔水力冲孔防喷孔装置

底抽巷穿层钻孔水力冲孔施工排粉方式为水排粉,由于煤体中瓦斯含量高、瓦斯压力大,钻头在穿煤期间容易造成钻孔喷孔,钻孔喷孔会瞬间涌出大量的瓦斯和煤泥。大量瞬间涌出的瓦斯可能会造成瓦斯浓度超限,同时高压煤泥瞬间冲向钻机和现场施工人员,极易造成机毁人伤[1-10]。为了有效防止伤人事故和瓦斯事故的发生,保证矿井正常采掘接替,云盖山煤矿在Ⅰ代防喷孔装置基础上通过改进集尘箱和孔口捕尘器装置,增设缓冲气囊,最终加工制作成了水力冲孔防喷孔整套装置,简称Ⅱ代防喷孔装置。

屯兰矿钻孔施工防喷孔经验分析

为了有效解决钻孔在施工过程中出现喷孔等瓦斯动力现象,通过对矿井地质条件复杂、瓦斯压力大、煤层酥软及煤层透气性系数差的区域内钻孔施工安全问题进行研究,从钻孔喷孔的原理、危害及预兆、发生喷孔的因素等方面进行综合分析,并结合屯兰矿实践经验,总结得出了在钻孔施工过程中从地质情况分析、抽采系统管理、钻孔防喷安全装置、现场标准化、钻孔施工工艺及钻孔质量等方面预防及治理喷孔,从而形成了以优化钻孔施工工艺、完善钻孔施工安全设施及抽采钻孔抽排一体化系统为基础的一套瓦斯抽采管理模式。

刻槽阻尼钻具孔内降阻防喷钻进技术研究

针对突出煤层瓦斯抽采钻孔易发生喷孔瓦斯超限的问题,围绕在钻孔内削弱瓦斯喷出压力的研究思路,设计了刻槽阻尼钻具,进行了组合钻具实验室阻尼效果分析,同时使用R780地质管材加工钻具,对钻具强度进行了仿真校核,并在屯兰矿18407轨道巷开展了现场钻进工业性试验。结果表明:通过刻槽阻尼钻杆一次卸压,扩孔钻头消耗剩余瓦斯气流携带能量可以有效降低瓦斯喷孔压力,瓦斯压力变动主要受刻槽阻尼钻杆参数设计及扩孔钻头物理形状影响。实验室钻具阻尼效果分析得出,瓦斯稳定流过钻具刻槽阻尼段风压降低约73.5%.钻具强度校核表明,各项安全系数大于1.现场使用刻槽阻尼钻具施工,钻具在钻孔内削弱瓦斯喷出压力的作用明显,未出现喷孔瓦斯超限。

含水率对煤层喷孔影响的试验研究

开展不同含水率状态下的喷孔物理试验,以探讨煤层含水率状态对喷孔动力现象的影响规律和作用机理。结果表明:煤层含水率的增加会降低其抗剪强度,削弱了煤体抵抗喷孔过程中剪切破坏的能力;含水率的增加减小了煤层喷孔倾向性,并降低了喷孔过程中的喷孔强度、喷出煤粉的破碎程度和煤体温度的降低量。

防范松软煤层喷孔卡钻技术研究

在深部高瓦斯松软煤层打瓦斯抽采钻孔过程中极发生成喷孔、卡钻等情况,严重影响打钻进度,致使工作面内出现钻孔空白盲区,制约瓦斯抽采效果。为彻底解决此问题,潞安矿业集团针对性地开展了防范松软煤层喷孔卡钻技术研究。试验研究选择在余吾煤业公司S2206胶带巷和N2202回风顺槽两个构造发育、煤层松软区域进行,取得了很好的效果。

孔底组合钻具瓦斯喷涌阻尼机制及工程应用

为解决抽采钻孔喷孔瓦斯超限的技术难题,提出将钻孔瓦斯喷涌压力在孔内进行削弱的思路,构建了孔底组合阻尼钻具结构模型,通过建立气流阻力力学方程、孔底组合钻具阻尼效果数值模拟,分析孔底组合钻具瓦斯喷涌阻尼机制,研制了孔底组合阻尼钻具,包括揭露钻头、熔涂阻尼钻杆、扩孔钻头,并在屯兰矿8号煤层18407轨道巷开展了现场钻进工业性试验。研究结果表明:①降低钻孔孔底揭露面积和增加喷孔源高压气体流动的阻力是削弱瓦斯喷涌压力技术的关键,采用小直径钻头钻进、大直径钻头扩孔分层、分段逐渐增大钻孔,通过合理设计阻尼钻具“降压间隙”β,改变钻具相对粗糙度,提高沿程阻力系数,增加风阻,能够将喷出的瓦斯压力降低到初始的25%以下。②数值计算表明:孔底组合钻具能够大幅削弱喷孔的气流压力,降低了高压气流在孔口高速喷出的风险;揭露钻头与阻尼钻杆形成的“降压间隙”对阻尼效果起决定作用。③现场使用孔底组合阻尼钻具施工,钻具供水阀门开度全开,钻进速度略有降低,同时在钻孔孔口处检测到2次明显瓦斯波动现象,钻孔揭露到高压瓦斯富集区,未出现喷孔瓦斯超限,表明孔底组合阻尼钻具对钻孔瓦斯涌出压力具有显著的削弱作用,降低了孔口防喷装置的防喷压力。

穿层钻孔防瓦斯异常涌出成套装置的研制

为了有效解决底板巷穿层钻孔冲孔时喷孔和防止瓦斯异常涌出问题,经过长期试验和摸索研制出穿层钻孔防瓦斯异常涌出成套装置。通过在新安矿14230中、下部底板巷和切眼底板巷近8个月试验应用,共计施工穿层钻孔1 358个,总钻孔工程量达30 109.8 m,冲煤量6 829 t,有效解决了瓦斯喷孔或异常涌出造成的伤人和瓦斯超限问题。

平顶山矿区丁组煤区域瓦斯防治技术研究

以平顶山矿区丁组煤瓦斯防治为工程背景,采用现场试验和理论分析,研究了钻孔喷孔实验、突出危险性预测分级技术等。在瓦斯地质规律研究及区域突出危险性预测分级、防治技术的基础上,论述了不同突出危险性区域瓦斯安全高效开采模式的效果与应用。

突出矿井非突出区域抽采评判效果分析

针对底板巷穿层钻孔冲孔时出现喷孔等异常现象,以及防止瓦斯异常涌出,通过长期摸索和试验设计出穿层钻孔防瓦斯异常涌出成套装置,该装置主要包括孔口瓦斯收集器及其固定装置、煤水瓦斯处理器、瓦斯喷孔缓冲收集器、钻尾瓦斯收集器等5部分,通过在新安矿14230中部底板岩巷以及下部底板巷、切眼底板巷近8个月试验应用,共计施工穿层钻孔1358个,总钻孔工程量达30109.8m,冲煤量6829t,有效的解决了由于在打钻过程中出现瓦斯异常喷出及涌出而造成冲孔地点瓦斯超限甚至可能造成的伤人事故的问题。