基于摩尔-库伦准则以孔代巷上隅角瓦斯治理研究

为解决工作面U型通风上隅角瓦斯积聚问题,提出了以孔代巷的抽采工艺,根据摩尔-库伦破坏准则和采空区覆岩裂隙发育理论,分析了成孔过程孔壁变形和孔隙结构变化规律,得到了有效应力作用下孔壁煤体变形量;同时根据岩石力学公式,计算得到了高位钻孔的合理抽采层位。通过对比以孔代巷和普通钻孔的抽采数据表明:在钻孔终孔高度高于顶板43 m,负压20 kPa的条件下,以孔代巷抽采工艺下的单孔瓦斯抽采浓度达到58.92%,较普通钻孔提高了3.5倍;单孔瓦斯纯量达到0.045^(3)/min,相比普通抽放钻孔增加了8.5倍;采空区瓦斯涌出量降低到1.32^(3)/min,减少了29.03%,上隅角瓦斯浓度为0.14^(3)/min,降低了67.44%;采空区瓦斯抽采时间为45 d,比联络巷密封插管抽采减少了35 d,该研究对采空区上隅角瓦斯抽采提供了理论依据。

厚硬顶板隅角悬顶分段多次水力压裂技术研究

针对煤矿综采工作面厚层坚硬顶板隅角悬顶问题,建立了“弧三角形”悬顶结构模型,分析了隅角悬顶的形成机理。通过研究水力压裂弱化顶板岩层的作用机理,创新提出分段多次水力压裂技术并对顶板进行预裂切顶,在采空区采动压力与煤柱支承压力共同作用下,实现隅角顶板及时切落。现场试验结果表明,采用水力压裂后,隅角顶板及时垮落,最大悬顶长度控制在10 m以下。研究可为类似条件矿井提供借鉴和参考。

老空区瓦斯对小煤柱采面上隅角的影响与治理研究

为消除邻近老空区积存瓦斯对小煤柱回采工作面上隅角的影响,以山西三元煤业股份有限公司下霍煤矿2305回采工作面为原型,基于老空区瓦斯运移规律研究得出的结论,设计选用钻孔、并联现采采空区抽采支管、敷设专用管路3种方法进行抽采对比试验,分析不同抽采形式和抽采流量对老空区瓦斯的治理效果。结果表明:回采工作面进入8m小煤柱区域后,老空区瓦斯通过顶帮裂隙流向现采工作面,上隅角瓦斯体积分数明显上升;抽采前,老空区内瓦斯运移规律为回采工作面附近的瓦斯向现采采空区抽采口附近运移,抽采后,老空区内瓦斯运移规律为回采工作面附近的瓦斯仍有小部分向现采采空区抽采口附近运移,大部分由内侧向外侧抽采口运移;采用专用管路抽采老空区内积存瓦斯效果较好,可以明显改变老空区内瓦斯运移方向,现采埋管抽采瓦斯体积分数随老空区抽采管路瓦斯体积分数的下降而下降,两者具有强相关性,该抽采方式可有效消除小煤柱回采区域上隅角受老空区内积存瓦斯的影响。

松软煤层水力割缝与柔性封堵气墙隅角瓦斯治理关键技术参数及应用

为保证松软煤层安全开采,以天池煤矿为背景,通过采前预抽和高效封堵上隅角协同治理本煤层瓦斯超限.瓦斯防治参数细化能有效改善松软煤层水力割缝增透效果差,隅角封堵效率低等问题.对此,通过现场试验及数值模拟,分析不同割缝时间、水压下瓦斯抽采量及出煤量等参数,得出适用于松软煤层瓦斯防治技术工艺指标.结果表明:不同割缝水压总出煤量增幅呈下降趋势,随着割缝水压上升,总出煤量增幅减小趋于稳定.水力割缝钻孔平均瓦斯抽采浓度为常规钻孔的5.94~9.40倍,预抽孔初始抽采浓度大于30%.结合材料性能及现场实际,设计研发快速封堵气墙并应用于现场,封堵后上隅角最大瓦斯浓度降幅32.93%.

基于对比度 区域均匀性图分析的综放工作面上隅角瓦斯超限预警算法研究

综放工作面上隅角通风困难,瓦斯难以有效排出,容易导致瓦斯积聚。当浓度达到一定程度时,容易诱发瓦斯超限事件甚至瓦斯爆炸事故,对井下作业人员和设备造成严重威胁。为应对此问题,提出了基于对比度区域均匀性图分析的综放工作面上隅角瓦斯超限预警算法。该算法使用时空克里金插值法,构建综放工作面上隅角瓦斯数据点插值模型,利用综放工作面已知数据,获取瓦斯采样点的信息,根据时空变异函数、时空协方差函数表征各采样点间的时空相关关联性,估计瓦斯未知采样点的时空信息,利用马特隆模型拟合所有采样点,以得到综放工作面上隅角瓦斯对比度区域均匀性图,通过此图明确综放工作面上隅角瓦斯浓度,通过评估标准确定其风险等级,进而启动相应的防范措施。实验结果表明,对比度区域均匀性图分析可准确预测上隅角瓦斯浓度及其变化特征,且预警精度高。

综放工作面U型通风上隅角CO积聚原因及防治技术研究

以同安煤矿4101综放工作面为研究背景,对其上隅角CO浓度进行监测,分析CO浓度超标的问题源头,提出针对性防治措施并进行工业应用试验。研究发现,4101工作面上隅角CO主要来源于采空区,采用喷洒阻燃剂和采空区注氮的综合防治措施,并在应用实践阶段进行实测和分析,采空区φ(O_(2))可降至8%以下,有效惰化了采空区遗煤的氧化反应,上隅角φ(CO)降至0.0006%左右,有效解决上隅角CO超限问题,保障了工作面的安全生产。

大直径钻孔替代联络巷抽采隅角瓦斯技术

根据《煤矿安全规程》第153条“采掘工作面进风和回风不得经过采空区或冒顶区”的要求,寨崖底煤业有限公司9#煤层3910大采高(4.5 m)综采工作面大直径钻孔替代联络巷采空区瓦斯抽采技术试验成功。现场试验资料表明,大直径钻孔瓦斯抽采为类似高瓦斯矿井安全高效生产提供了强有力的技术保障,有效解决了上隅角瓦斯超限问题。

煤矿大直径定向高位长钻孔治理上隅角瓦斯技术研究

针对某矿上隅角瓦斯超限的问题,以2-208工作面为工程背景,结合理论分析、经验公式计算等确定了定向高位钻孔的空间位置,并通过现场施工实验分析了长距离定向高位钻孔和定向顺层钻孔的瓦斯抽采效果。结果表明:2-208工作面定向顺层钻孔抽采浓度15.05%~56.6%,抽采效果良好,有效治理了上隅角瓦斯超限问题。

上隅角坚硬厚砂岩直接顶L形水力切顶技术研究

李雅庄矿2-803工作面直接顶为平均厚度8.1 m的坚硬白砂岩,回采过程中上隅角垮落困难,导致上隅角空顶面积大、超前应力集中明显。为解决这一难题,采用水力压裂的方式弱化上隅角顶板,以白砂岩直接顶为主要压裂对象,利用综采工作面乳化液泵站供液作为高压水源,提出有利于上隅角垮落的L形压裂孔布置方式,孔间距和压裂间距均为1.5 m.根据上端头作业空间小的特点,通过加工改造,开发便捷的压裂装备,形成水力切顶成套技术措施,并进行了现场工程试验,取得了良好的应用效果。

岳南煤业大直径钻孔上隅角瓦斯治理技术研究

为有效降低岳南煤业工作面上隅角瓦斯体积分数,提出了大直径钻孔瓦斯抽采技术,通过数值模拟的方法确定出合理的钻孔直径为110 mm、抽采负压为-30 kPa、钻孔间距为5 m.现场应用结果表明,采用大直径钻孔瓦斯治理技术后,上隅角瓦斯体积分数明显降低,基本保持在0.2%以下,治理效果明显。

贺西矿3413综采面回风隅角综合瓦斯治理技术研究

由于贺西煤矿在上隅角处单独实施一种瓦斯治理技术时,无法达到工作面在高强度回采时上隅角瓦斯体积分数不超限,提出在工作面上隅角实施插(埋)管和高位定向钻孔联合抽采瓦斯的方案。现场试验结果表明:实施综合瓦斯治理技术后,总抽采纯量为3.38~6.19 m^(3)/min,平均抽采纯量为4.89 m^(3)/min;工作面上隅角瓦斯体积分数保持在0.31%~0.53%,平均瓦斯体积分数为0.41%,上隅角瓦斯体积分数明显降低,取得了良好的瓦斯治理效果。

组合封堵气囊治理回风隅角瓦斯技术

由于回风隅角采用垛袋封堵、风筒布吊挂封堵和充气囊袋封堵工艺无法满足快速全断面封堵的要求,同时柔性轻便气囊存在承载压力小、难以复用的难题,设计一种能多次重复利用、适用工作面范围广、承载性好的隅角新型组合封堵气囊。试验发现,刚开始时气囊发生较大的变形速率,当接近额定工作压力0.05 MPa时,变形速率开始降低同时逐步平稳;在矸石的外力冲击影响下,气囊的形变量随着矸石质量的增大而增大,矸石回弹高度随着气囊的形变量增大而减小,气囊吸收矸石动能的效果随着矸石回弹高度减小而增大。现场试验表明,安设此气囊对回风隅角封堵后,采空区瓦斯浓度明显增大,升高15.62%,瓦斯浓度保持在1.495%左右;回风隅角处瓦斯浓度减少,由0.807%下降到0.671%,降低16.85%;工作面回风巷瓦斯浓度由0.624%下降到0.568%,降低8.97%;同时回风隅角和回风巷瓦斯浓度浮动小,保持平稳,采空区局部漏风显著减小,解决了回风隅角瓦斯超限的难题。

高瓦斯矿井薄煤层开采工作面上隅角瓦斯治理技术

针对黄白茨矿0213上201薄煤层沿空留巷综采工作面回采期间容易发生上隅角积聚的问题,采用分析瓦斯来源方法,确定工作面瓦斯来源及含量,采取了一系列措施如:采前本煤层预抽,回采中本煤层倾向钻孔抽采同步进行、定向长距离高位钻孔抽采、上隅角插管抽采等方法,效果明显,解决了上隅角局部瓦斯超限问题,保证了矿井安全生产,并能够为其它类似矿井薄煤层开采上隅角瓦斯治理提供借鉴与参考。

倾斜厚煤层综放工作面伪斜长度与上隅角瓦斯浓度耦合机制研究

倾角煤层的开采,常伴随输送机上窜、下滑问题。一般通过增加伪斜长度来确保液压支架的正常移动,并为机头机位提供更多作业空间,但伪斜长度增加会影响架间和上隅角瓦斯变化,导致工作面出现瓦斯浓度异常现象。针对倾斜厚煤层开采中容易出现上隅角瓦斯超限的问题,应用Fluent数值模拟软件,分析不同伪斜长度下采空区瓦斯浓度分布规律,确定最优伪斜长度。为研究采空区瓦斯运移规律,应用Fluent数值模拟软件,在伪斜长度分别为20、25、30、35 m条件下对“U”型通风方式下的采空区瓦斯分布及流场情况进行研究。模拟发现:伪斜长度在一定程度上影响采空区内的风流,使得采空区内风流紊乱,瓦斯局部地区集聚严重,进而对采空区内的瓦斯分布及运移造成一定的影响。研究结果表明:工作面伪斜长度对于采空区瓦斯浓度分布有显影响,随着伪斜长度的增加,采空区内风流发生提前转向,导致采空区瓦斯提前向工作面涌出,瓦斯异常区从上隅角处逐渐向工作面偏移,上隅角瓦斯浓度逐渐降低。通过模拟结果对现场伪斜长度优化应用后,试验工作面在伪斜长度25 m左右时,上隅角、回风巷最大瓦斯体积分数均控制在1%以内,工作面未出现瓦斯异常积聚现象。模拟结果与现场观测结果吻合,得到最优伪斜长度为25 m。

响应面法优化综放面上隅角瓦斯治理参数

为综合考虑煤矿开采的安全性和经济性,探究风量、高抽巷抽采负压以及工作面两端头错距3个因素对综放面上隅角瓦斯浓度的交互作用,基于响应面法设计模拟方案,运用COMSOL对模型在上述3个因素变化下综放工作面瓦斯的分布情况进行数值模拟,根据模拟结果对上隅角瓦斯浓度进行多因素回归分析,得出上隅角瓦斯浓度最低时的各因素最优参考值,最后进行了现场验证。结果表明:各单因素对上隅角瓦斯浓度影响程度大小排序为高抽巷抽采负压>错距>风量;错距和高抽巷抽采负压的交互作用对上隅角瓦斯浓度的影响最为显著,风量和高抽巷抽采负压交互作用次之,风量和错距交互作用最小;当试验工作面错距为-2.22 m,高抽巷抽采负压为17.37 kPa,风量为1 045.45 m^(3)/min时,上隅角瓦斯浓度最低,优化参数后现场上隅角瓦斯浓度明显降低,矿井实现了安全高效生产。

综采工作面上隅角瓦斯综合治理技术应用

针对店坪煤矿204综采工作面回采期间出现的上隅角瓦斯浓度较高,严重制约工作面安全生产问题,对上隅角瓦斯浓度较高产生的原因进行了梳理分析,针对性应用了采空区埋管抽采瓦斯、顶板裂隙带布置高位钻孔抽采瓦斯以及在上隅角安装使用风水引射器等瓦斯综合治理技术。应用结果表明,采用瓦斯综合治理技术后,204综采工作面上隅角瓦斯浓度稳定在0.5%以下,瓦斯治理效果明显。

基于LoRa技术的煤矿上隅角瓦斯监测系统设计

随着煤矿开采力度的加大,瓦斯的浓度会急剧增加,对工作人员的生命安全产生威胁,尤其工作面上隅角环境复杂、通风极差,导致危险更大,会直接制约着煤矿的安全生产。为了避免瓦斯超限造成严重事故,针对煤矿工作面上隅角提出了一种基于LoRa技术的煤矿上隅角瓦斯监测系统。以STM32F103单片机为核心分别设计了监测节点和汇总节点,监测节点多点采集信息并通过LoRa无线通信技术将数据发送给汇总节点,汇总节点利用GPRS技术将数据上传至服务器。通过软件设计汇总节点对瓦斯的浓度实行分级报警,并且确定监测节点位置。测试结果表明系统可以长时间、稳定可靠地工作,解决了煤矿上隅角瓦斯监测布线困难的问题,实现了监测数据的无线传输,有效避免了煤矿生产事故的发生。

综采工作面上隅角瓦斯治理技术研究

为了解决上隅角瓦斯聚集威胁工作面安全生产的问题,本文利用现场实测和数值模拟相结合的方法对高抽巷布置层位及不同埋管埋深下上隅角瓦斯变化情况进行分析,确定了当埋管深度为30m~40m时,高抽巷距离煤层底板和回风顺槽20m时瓦斯抽采效果最佳,为矿井的安全生产提供了一定借鉴。

综采工作面上隅角瓦斯超限治理技术研究

根据3316瓦斯地质情况,对上隅角瓦斯来源进行分析,根据3316回采工作面上隅角瓦斯来源,采用有针对性的上隅角瓦斯治理措施,取得了良好的效果,上隅角瓦斯浓度始终保持在0.5%以下,解决了上隅角瓦斯超限难题,为矿井的安全高效生产创造了良好条件。

低瓦斯矿井高瓦斯区域上隅角瓦斯治理技术

在煤矿施工环境中存在大量的瓦斯,且不同煤层瓦斯含量也不同,即使是低瓦斯矿井中也存在高瓦斯区域。近几年经常在低瓦斯矿井中发生极其严重的瓦斯事故,这都是因为施工人员缺乏对低瓦斯矿井中的高瓦斯区域相关事故的处理经验,导致上隅角瓦斯含量超标,埋下安全隐患。对此煤矿企业在施工时应该建立井下临时瓦斯抽采系统和科学的瓦斯监测体系,并结合高位钻孔抽采等技术的使用对上隅角瓦斯问题进行有效治理,将瓦斯浓度降低并稳定在合理范围内。本文结合实际情况,对低瓦斯矿井高瓦斯区域上隅角瓦斯治理技术进行深入分析,并根据现有不足提出了具体的改良优化策略,以供参考。