薄煤层采煤工作面顶板穿层钻孔瓦斯抽采试验研究

以凤凰煤矿1402采煤工作面为工程应用背景,针对煤层薄、瓦斯含量高、透气性差、地质条件差的特点,运用岩层移动理论,研究了采煤工作面采空区大流量、高浓度卸压瓦斯的运移路径和富集区域;借鉴了邻近煤矿瓦斯抽采经验,选择顶板穿层钻孔瓦斯抽采方法作为主要矿井瓦斯抽采方法之一,试验了该方法的合理瓦斯抽采参数;提高了采煤工作面瓦斯抽采率,消除了采煤工作面瓦斯积聚现象。

极薄煤层群顶板穿层钻孔瓦斯抽采技术研究

为解决四川盆地杨村铺煤矿采煤工作面瓦斯超限严重问题,运用岩层移动理论和顶板穿层瓦斯抽采方法现场试验,分析了卸压瓦斯的运移路径和富集区域,并优化了抽采参数。结果表明:由于上覆关键层对瓦斯运移具有明显的阻碍作用,最佳抽采位置在关键层下方,现场试验结果与理论分析基本吻合;试验确定了合理的瓦斯抽采参数,有效提高了瓦斯抽采率;消除了工作面瓦斯集聚不安全因素,并实现了瓦斯利用。

穿层钻孔瓦斯抽采半径研究

煤层瓦斯压力大、渗透率低等因素增加了瓦斯抽采工作的难度。针对煤层群条件下的穿层钻孔布置问题,以山西某矿为例,通过数值模拟,现场测试方法对瓦斯抽采半径与抽采效果进行了研究。运用COMSOL模拟软件,分析了φ75、φ94、φ113 m直径抽采钻孔与30、60、90、120 d抽采时间条件下的瓦斯压力演化规律。结果表明:φ113 mm直径钻孔的抽采效果最好,但考虑成本因素,最终选取瓦斯抽采钻孔直径为φ94 mm,极限抽采时间为120 d。通过压降法现场测定了山西某矿5#、8#、12#煤层的有效抽采半径随时间的演化趋势。经瓦斯抽采效果评判,消除了矿井煤与瓦斯突出危险性。

穿层钻孔结合顶板走向钻孔瓦斯抽放方法的研究

矿井开采由浅层向深层开采,随着煤层开采深度的加深,煤层瓦斯涌出量随之加大,一般机械通风无法解决工作面瓦斯超限问题。通过下层回风巷穿层钻孔结合轨顺钻场顶板走向钻孔抽放瓦斯来解决14-3煤层工作面及回风巷瓦斯超限问题,保证井下工作面人员的安全及回采工作的顺利进行。

穿层钻孔各煤层瓦斯抽采比例计算方法及应用

为了测定穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层瓦斯抽采比例及残余瓦斯含量,分别提出了相应的解决方法。计算穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层瓦斯抽采比例时,提出将煤层厚度、原始瓦斯含量、透气性系数的乘积作为瓦斯抽采相关量,将瓦斯抽采相关量归一化处理来计算,考虑了影响穿层钻孔瓦斯抽采的主要因素;预测穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层残余瓦斯含量时,利用原始瓦斯含量与吨煤瓦斯抽采量来计算,吨煤瓦斯抽采量与穿层钻孔瓦斯抽采总量、穿层钻孔在该煤层的瓦斯抽采比例及该煤层的质量有关。结果表明:提出的穿层钻孔多煤层瓦斯抽采各煤层瓦斯抽采比例计算方法,与贵州省青龙煤矿现场实测结果的最大相对误差仅为2.03%,能够满足工程实践的需要。

煤层顶板高位大直径定向钻孔瓦斯抽采技术研究

在煤层瓦斯抽采工程中,在钻场这些关键区域,布置了6个高位钻孔,这些钻孔布局合理位置精准,能最大限度地抽取邻近层和采空区中的瓦斯。充分考虑瓦斯运移规律,将钻孔层位选定在砂质泥岩与细砂岩的交界面,距离煤层顶板约30~65 m,以确保钻孔能够最大限度地抽取瓦斯。通过这一高位大直径定向钻孔技术,成功实现了对煤层顶板瓦斯的长期、稳定抽采,使采空区瓦斯涌出量得到了有效控制。在测试结果中,钻场内1#~6#孔平均抽采混量为9.76 m3/min,单孔的最大抽采混量为33.992 m3/min,得出高位大直径定向钻孔在瓦斯抽采过程中具有显著效果,对于提升煤矿瓦斯治理水平具有重要意义。随着煤化工行业的快速发展,提升其技术水平具有重要作用,因此需加强这方面研究,才可以更好地实际应用。

穿层钻孔协同定向长钻孔瓦斯抽采技术在盘城岭矿的应用

以盘城岭煤矿150106运输顺槽为研究背景,针对原来实施的单一顺层定向长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施所造成的瓦斯抽采效率低下、采掘失调等制约煤矿生产的问题,提出并应用高抽巷向下穿层钻孔协同定向长钻孔瓦斯抽采技术预抽煤巷条带煤层瓦斯,形成了“长抽+短抽”相结合的立体交叉瓦斯抽采模式。经试验论证,瓦斯抽采效果显著提升,能够保证矿井安全高效开采,同时也为其他高瓦斯矿井或瓦斯突出矿井的瓦斯抽采防突提供了技术参考及借鉴。

底板穿层钻孔瓦斯抽采技术优化

为提高3#煤层瓦斯抽采效率,优化底抽巷内穿层钻孔瓦斯抽采技术,具体通过注浆、优化封孔提升钻孔密封效果,优化排渣减少钻孔钻进期间瓦斯动力显现,使用常压水扩孔并合理调控抽采管网提升瓦斯抽采效果。工程应用后,3301回风巷底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采效率得以显著提高,为巷道掘进及后续采面回采创造了良好条件。

高瓦斯厚煤层穿层钻孔瓦斯抽采方案模拟优化

针对五阳煤矿02工作面钻孔布置盲目、瓦斯抽采效率低等问题。建立了含瓦斯煤体的气-固-损伤耦合数学模型,并将其导入COMSOL中,模拟了穿层钻孔瓦斯抽采时不同钻孔间距下瓦斯抽采效果。结果表明:钻孔间距为6 m时,在规定时间范围内的瓦斯体积分数和压力都能达到安全要求。现场应用后,瓦斯抽采体积分数和纯量呈现先上升后下降的趋势,在整个监测期间最大抽采瓦斯体积分数为49.15%,最大抽采纯量为5.95 m^(3)/min,瓦斯抽采效果良好,避免了02工作面回采过程中煤与瓦斯突出的危险。

土城矿回采工作面上、下巷顶板穿层钻孔瓦斯抽放技术的应用

通过对首采煤层采面瓦斯的涌出来源进行理论分析,结合实际,在14111采面首次应用上、下巷顶板穿层钻孔抽放方法抽放采空区邻近层的卸压瓦斯,取得了较好的瓦斯治理效果,保证了采面正常安全回采。

钻孔割缝网络化增透机制及其在底板穿层钻孔瓦斯抽采中的应用

针对底板穿层瓦斯抽采钻孔卸压不充分的主要问题,采用理论分析与现场试验相结合的方法,研究了钻孔割缝网络化卸压增透机制,提出了底板穿层钻孔割缝网络化增透技术,并且在国内相关矿井进行了现场应用。应用结果表明:采用该技术措施后,平均透气性系数提高了122倍,瓦斯抽采流量提高了3.5倍,瓦斯抽采浓度提高了2.3倍,预抽达标时间缩短50%以上。

多煤层穿层钻孔瓦斯抽采有效抽采半径测定

为了解决煤矿瓦斯抽采过程中,测定多煤层穿层钻孔瓦斯抽采在考察区域及整个煤层的有效抽采半径时遇到的问题,分别提出了相应的解决方法:确定多煤层穿层钻孔瓦斯抽采各煤层瓦斯比例时,提出将煤层厚度、原始瓦斯含量、透气性系数的乘积作为抽采相关量,将抽采相关量归一化处理来计算,考虑了影响穿层钻孔瓦斯抽采量的主要因素;由考察区域推算整个煤层的有效抽采半径时,煤层瓦斯参数发生变化,钻孔在各煤层的瓦斯抽采量也发生变化,依据钻孔瓦斯抽采量与对应的抽采相关量成正比,推算不同煤层瓦斯参数的钻孔瓦斯抽采量。结果表明:针对青龙煤矿的实际条件,得到了16号煤层穿层钻孔在考察区域及整个煤层的有效抽采半径,为合理布孔提供了依据。

基于流固耦合模型的穿层钻孔瓦斯抽采模拟研究

为研究钻孔瓦斯抽采渗流规律,为钻孔合理布置提供依据,提出了考虑气-水两相流的瓦斯抽采流固耦合模型。在多孔介质的有效应力原理基础上,考虑瓦斯吸附/解吸产生的应力,推导出煤体应力-应变本构关系;分析水和瓦斯运移的气-水两相流过程,以相对渗透率为桥梁,给出水渗流方程和考虑Klinkenberg效应的瓦斯渗流方程;构建作为耦合项的煤层孔隙率和渗透率动态演化方程,结合成庄矿4321工作面进行数值模拟。结果表明:成庄矿4321底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采预抽期定为90 d是合理的,抽采过程中瓦斯渗流速度具有阶段性,增大抽采负压对抽采效果影响不明显;穿层钻孔布置方式为终孔间距9 m,钻场间距9 m。工程实践表明,测得的煤层瓦斯压力变化情况与数值模拟结果基本吻合,抽采后煤层瓦斯含量为6.46~7.67 m^3/t,43212巷瓦斯浓度降低了37%,抽采效果良好。

平煤十矿底板巷穿层钻孔瓦斯抽采模拟研究

为了降低平煤十矿己15-16-24130工作面运输巷掘进中的突出危险性,基于实际工程背景,考虑瓦斯抽采中的瓦斯运移及煤岩变形等因素,建立了瓦斯抽采气固耦合模型,并利用COMSOL Multiphysics软件对平煤十矿己15-16煤层的底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行数值模拟,研究了瓦斯抽采对于降低掘进过程中突出危险性的影响。研究结果表明:在己18煤层开挖底板巷对己15-16煤层进行穿层钻孔瓦斯抽采,瓦斯抽采180 d后,己15-16-24130工作面运输巷附近煤层残余瓦斯压力及瓦斯含量分别降至0.315 MPa和3.84 m3/t;将底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行工程应用,实测抽采后的残余瓦斯压力及瓦斯含量在0.32MPa和3.17 m3/t,均小于平煤十矿煤与瓦斯突出防治规定的"双6"指标(残余瓦斯压力小于0.6 MPa,残余瓦斯含量小于6 m3/t),可有效降低运输巷掘进过程中的突出危险性。

底板岩巷穿层瓦斯抽采钻孔的优化布置

为了提高本煤层穿层钻孔的瓦斯抽采效果,采用COMSOL软件分别对阳泉矿区五矿8406工作面不同钻孔间距、钻孔直径、抽采负压条件下底板岩巷穿层钻孔的瓦斯抽采效果进行了数值模拟。结果表明：阳泉矿区五矿8406工作面穿层钻孔的合理布置间距为2~2.5m,并且钻孔间距对穿层钻孔的瓦斯抽采效果影响显著。研究结果为工程实践提供了理论参考依据。

瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究

随着我国煤矿开采逐渐向深部开拓,煤层瓦斯压力增大、含量增加,煤层渗透率普遍较低,增加了瓦斯抽采的难度。钻孔钻扩造穴卸压增透技术能提高煤层渗透率,是增加瓦斯抽采效率的有效手段。为解决寺家庄煤矿15号煤层渗透率低,瓦斯难抽采的问题,以寺家庄煤矿北翼辅助运输巷15号煤层抽采钻孔造穴为工程背景,以弹性力学应变软化模型和扩散-渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础,建立了穿层钻孔钻扩造穴后煤层渗透率演化方程和穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程。通过COMSOL Multiphysics多物理场数值模拟软件对方程进行解算,分析了钻孔造穴的增透机理和渗透率分布规律,得到了瓦斯抽采量、瓦斯压力分布以及渗透率等关键参数;结合模拟结论与现场条件,确定了钻孔钻扩造穴的最优造穴半径为0.6 m,最佳布孔间距为6.0~7.0 m,为现场施工造穴半径和钻孔间距的确定提供了指导。最后,在寺家庄煤矿15号煤层实施普钻钻孔与造穴钻孔,进行了瓦斯抽采效果对比。试验结果表明:实施水力钻扩造穴技术后,瓦斯抽采率、抽采浓度和抽采纯量相对普钻钻孔分别提高了约2.7、2.0、5.7倍;瓦斯抽采周期、钻孔施工工程量降低了约2倍,提高了瓦斯抽采技术经济效益,应用结果验证模拟结果可靠,抽采设计可行,可以指导现场施工。

祁南矿网格式上向密集穿层钻孔结合顺层钻孔抽采瓦斯技术

为消除祁南矿突出煤层危险性,从实施步骤到底板巷的选择、穿层孔和顺层孔的具体设计,详细阐述了网格式上向密集穿层钻孔结合顺层钻孔抽采瓦斯模式,在713工作面进行了效果考察,有效降低了煤层瓦斯含量,消除了72煤层的突出危险性,解决了突出煤层的安全开采问题。

基于因子分析的开采层瓦斯抽采方法选择

基于煤与瓦斯的七个基本参数,应用因子分析方法,得到了反应本煤层抽放难易程度、突出危险性及瓦斯涌出量(不考虑邻近层影响)的三个因子。依据因子得分对开采层瓦斯抽放难易程度及煤与瓦斯突出危险性进行了分类,进而对开采层瓦斯预抽方法进行判断。结果表明,采用因子分析的方法进行开采层瓦斯预抽方法的选择与现场抽放设计基本一致,并且对于传统方法无法分类的情况也给出了合理的分类判断。采用该方法可以较客观、合理的选择开采层瓦斯抽采方法。

“三软”突出煤层穿层钻孔水力压裂增透抽采瓦斯技术研究

告成煤矿为煤与瓦斯突出矿井,其主采二1煤层为突出煤层,且较难抽放。为有效解决低透气性突出煤层瓦斯治理难题,开展了穿层钻孔水力压裂增透抽采瓦斯技术研究。研究表明:穿层钻孔水力压裂可显著提高煤层透气性,并使瓦斯抽采浓度及纯量大大增加,有效解决了低透气性煤层瓦斯难以抽采的问题,可作为高瓦斯矿井、突出矿井瓦斯治理的常规手段之一。

下向穿层钻孔瓦斯抽采技术的应用

为了加大下保护层采煤工作面瓦斯治理力度,解决下保护层采煤工作面回采过程中瓦斯对安全生产的威胁,潘一矿在下保护层工作面开采过程中,利用在被保护层工作面底板抽采巷道内施工下向穿层钻孔抽采保护层瓦斯技术,提高了下保护层工作面的瓦斯抽采率,确保了工作面的安全生产,并对其取得的效果进行了分析总结。