局部正压通风方法解决采面低氧问题的试验及模拟研究

针对浅埋近距离煤层群工作面易产生低氧现象的难题,以山西某矿3105工作面低氧问题为研究背景,采用理论分析、相似模拟及数值模拟方法进行了研究。分析得出煤层地质条件、工作面通风方式、大气压力变化和自然风压是工作面产生低氧现象的主要原因,并探究了采用局部正压通风方法解决采面低氧问题的可行性。结果表明:采用负压通风时,增加风速不能明显提高工作面上隅角区域的氧气体积分数,仍低于20%;采用局部正压通风时,采场内20%氧气体积分数等值线在通风风速达到1.6 m/s时,与工作面呈平行状态,增加风速能有效提高采面上隅角的氧气体积分数;采用局部正压通风回风巷增阻时,相较于单一的局部正压通风能够在更小的风速条件下解决采面低氧的问题,且一定程度上有利于防范采空区遗煤自然发火。利用COMSOL仿真软件,建立工作面采场气体运移模型,开展了不同通风方法、不同风速条件下的采空区氧气体积分数分布及运移规律研究,数值模拟结果与试验测定结果基本一致。3105工作面现场实践表明,采用局部正压通风回风巷增阻的技术措施能够有效解决工作面低氧问题,工作面上隅角及回风流的氧气体积分数由15%上升到20%以上,并始终保持正常水平,确保了工作面的安全生产。

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。

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。

浅埋近距离煤层上部采空区自燃危险区数值模拟研究

浅埋近距离煤层群开采下部煤层时,地表裂隙经过二次发育连通上部老采空区,造成采空区内漏风增加,自燃危险性相应增大。以苏家沟煤矿5-1_(上)煤层至地表空间为研究对象,借助Fluent数值模拟软件,研究地表漏风对复合采空区,特别是上部4-2_(中)煤层采空区的自燃危险区域的影响。研究结果表明:采空区内氧气浓度随着与工作面距离得增加而逐渐降低,连通上部采空区与地表的裂隙对采空区内的氧化带分布产生影响,依据自燃危险区的划分标准,结合风流场及氧化带的分布云图确定自燃危险区域的位置和范围。

官地矿瓦斯综合治理方案设计与应用研究

针对官地矿M煤层瓦斯超限问题频发、生产效率不高、安全隐患大的问题,设计瓦斯综合治理方案。重点分析了本煤层瓦斯治理、邻近煤层瓦斯治理和采空区瓦斯治理的措施和方法,最后在官地矿M煤层进行工业性试验。试验结果表明,设计并实现的瓦斯综合治理方案可将该煤层上隅角瓦斯体积分数稳定于0.22%,回风巷瓦斯体积分数稳定于0.17%,平均生产原煤由1 050 t/d提升至1 980 t/d,有效解决了该煤层瓦斯超限频发的问题,提升了生产效率,降低了安全隐患。

综放开采下组煤首采面上覆老空水探查及突水危险性评价

为了探究左权五里堠煤业上组煤老空区富水性及其对下组煤首采工作面突水的危险性,以下组煤首采面为研究背景,系统分析了研究区上下2组煤层顶底板岩性组合及水文地质条件;根据物探探测结果,在下组煤首采面巷道先后施工了20个探放上组煤老空水钻孔,发现上组煤老空水存在局部水量大、水压高、富水性分布不均的特点。在此基础上,建立了上下组煤层开采顶底板的工程地质数值模型,采用数值模拟方法对上组煤和上下组煤开采完毕后的应力场及塑性区场变化特征进行了对比分析,得到上组煤层开采后底板破坏深度为11 m,下组煤开采后导水裂隙带高度为112 m,没有波及上组煤底板破坏深度范围,与首采面实测涌水量反映的规律是一致的。根据首采面及附近2个钻孔的资料,采用2种相关经验公式类比计算了下组煤开采导水裂隙带高度,优选了可靠性较高的经验公式。

沿空留巷工作面新老采空区瓦斯综合抽采技术

近年来沿空留巷应用愈加普遍,但在应用中挡矸支架在方便挂模注模的同时,形成抽屉式的半封闭空间,容易积聚瓦斯。此外,由于无煤柱隔离,首采面到末采面会逐渐形成一个大采空区。老采空区瓦斯受到二次甚至多次采动影响,连通新采空区积聚瓦斯一并快速涌出,导致瓦斯超限风险频发,甚至酿成瓦斯事故。为此,进一步优化了长钻孔瓦斯治理技术,一方面,采用走向高位钻孔抽采裂隙带瓦斯;另一方面,施工倾向高位钻孔至老采空区顶板裂隙带,持续抽采新老采空区瓦斯,最大限度降低采空区及其顶板裂隙带瓦斯存量。通过新老采空区瓦斯综合抽采,工作面瓦斯治理效果显著。

王家岭煤业厚煤层工作面“以孔代巷”瓦斯抽采技术应用

为了解决传统瓦斯高抽巷造价高、难度大的问题,采用定向长钻孔技术达到“以孔代巷”治理瓦斯的目的。结合理论对工作面采动卸压瓦斯富集区域进行了分析,并得出钻孔布置垂直高度为15~60 m,水平范围为0~48 m,钻孔数量为6个。现场应用表明,1号定向钻场15 kPa负压抽采钻孔内的平均瓦斯抽采体积分数约6.0%,抽采期间工作面上隅角瓦斯体积分数均控制在0.60%以下。“以孔代巷”取得了较好的瓦斯治理效果。

基于UDEC的顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术研究

为有效解决主焦煤业2301工作面采空区瓦斯涌出量大、易造成上隅角瓦斯超限等问题,设计使用顶板超长定向高位钻孔对采空区瓦斯进行抽采。高位钻孔的层位选择直接影响瓦斯抽采效果,基于UDEC数值模拟软件研究了采空区垂向“三带”分布,计算出顶板裂隙带高度为17~35 m,且在顶板上方8~17 m处为关键层,在顶板上方17~35 m区域内布孔有助于保护成孔不受破坏。顶板定向高位长钻孔抽采瓦斯能够有效提高抽采效率,瓦斯抽采效果明显,实现了“以孔代巷”的目的。通过考察顶板定向长钻孔瓦斯抽采纯量、瓦斯浓度以及与底板穿层钻孔抽采效果进行对比,并实测抽采后残存瓦斯含量变化情况,验证了顶板定向长钻孔瓦斯抽采了优势,保障了矿井安全生产。顶板定向高位长钻孔替代高抽巷技术具有较强的可行性及广阔的应用前景。

成庄矿大采高工作面瓦斯分区段抽采方法研究

针对成庄矿3号煤层4323工作面回采过程中存在的瓦斯浓度高问题,采用理论分析与现场监测现结合的方法,研究了该工作面瓦斯存在的风险性及其综合抽采方法。结果表明,目前工作面实际供风量不能满足工作面实际需风量要求,有可能发生瓦斯突出风险,必须对瓦斯进行抽采。研究提出了地表钻井瓦斯抽采、采空区布设管理及裂隙带钻孔抽采、工作面顺层及穿层抽采相结合的分区段瓦斯抽采方法。通过现场实践,工作面瓦斯平均有效抽采量达到涌出量的86%;工作面上隅角最大瓦斯浓度变化范围为0.55%~0.72%,平均瓦斯浓度变化范围为0.17%~0.46%,没有出现瓦斯超限情况,对上隅角进行瓦斯抽采取得了良好的效果;在采空区瓦斯总体涌出量一定的条件下,采空区布设管路及裂隙带钻孔瓦斯抽采表现为互补关系,能够实现对采空区瓦斯的有效抽采,保证工作面回采安全。

高抽巷层位变化对采空区瓦斯分布规律的影响研究

为研究高抽巷在采空区瓦斯抽采和上隅角瓦斯治理方面的应用,以及探究高抽巷抽采层位对采空区瓦斯分布规律的影响,以李阳煤矿15302综放工作面为研究对象,运用Fluent数值模拟软件对采空区未抽采和不同层位高抽巷抽采时的瓦斯分布进行模拟,通过对比瓦斯抽采浓度和上隅角瓦斯浓度的数据,分析高抽巷在不同层位的瓦斯抽采效果,将模拟结果与现场实际相结合,设计适合的高抽巷抽采层位方案,并用现场实测数据进行验证。结果表明:高抽巷瓦斯抽采浓度随抽采位置距顶板垂直高度的增加而升高,随着距回风巷水平距离的增加先升高后降低,上隅角瓦斯浓度随垂距和平距的增加均先降低后升高;理论最佳抽采层位为垂距30 m,平距32 m,工作面上隅角瓦斯浓度在0.19%以内,设计抽采层位为垂距40 m,平距35 m,工作面上隅角瓦斯浓度维持在0.63%~0.65%.选取合理的高抽巷抽采层位不仅有利于提高瓦斯抽采效果,而且能有效解决上隅角瓦斯超限的问题。

基于偏Y型通风条件下采空区瓦斯抽采技术研究

为了研究综放工作面上隅角瓦斯超限原因及提高工作面上隅角瓦斯超限治理效果,以保德煤矿81505工作面为研究对象,结合工作面回采工艺参数,提出了偏Y型通风方式,利用有限元软件FLUENT模拟研究了工作面采空区瓦斯流场分布特点,在此基础上提出了大直径水平钻孔抽采采空区瓦斯工艺:即在备采工作面上顺槽通过施工水平钻孔接通采空区,进行采空区瓦斯抽采。研究结果表明:在保证工作面足够配风量条件下,大直径水平钻孔瓦斯抽采浓度3.2%~10.2%,抽采量5.4~23.6 m^(3)/min,工作面上隅角瓦斯浓度不超过0.58%,回风巷瓦斯浓度不超过0.49%。确保了工作面安全高效生产。

梁北煤矿定向高位长钻孔瓦斯抽采技术研究

采空区瓦斯涌入工作面易造成瓦斯超限,在特定条件下甚至会引发瓦斯爆炸,威胁煤矿安全高效生产。梁北煤矿在采用传统抽采方式治理采空区瓦斯时,存在成本高、抽采效率低、影响生产接替等问题。为此,结合矿井开采及地质条件,利用定向钻孔能精准控制钻孔轨迹、使钻孔有效延伸至裂隙带指定层位的特点,在32051工作面设计施工2个定向高位钻孔抽采工作面采空区瓦斯,同时对实际钻孔轨迹和瓦斯抽采效果进行分析评价。研究结果表明,钻孔瓦斯抽采浓度3.3%~18.6%,瓦斯抽采纯量0.11~0.49 m^(3)/min,回采工作面上隅角瓦斯浓度由原来的0.3%~0.4%降低至0.1%以下。该技术降低了工作面上隅角瓦斯浓度,提高了抽采效率与瓦斯抽采钻孔的经济性,促进了煤矿安全高效开采。

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。

基于漏风规律的采空区瓦斯的治理

为进一步提升综采工作面生产安全性,针对1504工作面采空区上隅角瓦斯积聚而导致的煤炭自燃的问题,在对1504工作面地质条件、瓦斯以及水文条件分析的基础上;基于FLUENT软件对1504工作面的漏风规律进行分析;结合漏风规律制定了瓦斯治理方案,并通过实践生产验证了瓦斯治理方案的可行性和有效性。

低位巷瓦斯抽采条件下采空区遗煤自燃规律研究

煤层顶板布置低位巷抽采瓦斯是解决工作面上隅角瓦斯超限问题的重要技术措施,但低位巷大流量混合抽采造成采空区漏风严重,增加遗煤自燃风险。目前针对低位巷布置与抽采流量协同影响采空区遗煤自燃方面的研究较少。针对贾家沟煤矿10106工作面布置低位巷抽采采空区瓦斯的实际情况,采用COMSOL软件建立了非均质采空区三维流-固-热多场耦合数值模型,通过数值模拟分析了低位巷抽采瓦斯诱导采空区遗煤自燃规律,结果表明:低位巷瓦斯抽采能够降低工作面上隅角瓦斯浓度;瓦斯抽采流量与自燃氧化带最大宽度、采空区最高温度呈正比,抽采流量增加,则自燃氧化带最大宽度和采空区最高温度增加,但过高的抽采压力导致上隅角附近空气“回流”至采空区,增加采空区遗煤自燃风险;当低位巷瓦斯抽采流量一定时,内错距越小,则采空区自燃氧化带最大宽度和最高温度越大。结合数值模拟结果与工程实践,确定贾家沟煤矿低位巷内错距为15 m,瓦斯抽采流量为45 m^(3)/min,此时上隅角瓦斯体积分数为0.875%,采空区自燃氧化带最大宽度为59.14 m,有效解决了上隅角瓦斯浓度超限问题,且未显著增大采空区遗煤自燃危险区域。

浅埋煤层工作面上隅角低氧隐患形成规律及防治技术

为解决沙坪煤业工作面上隅角有害气体积聚及低氧现象频发的问题,综合分析了上隅角低氧隐患形成的原因,通过设置测点取样,检测上覆采空区及本煤层工作面的气体组分变化,从而揭示出采空区气体的分布规律。结果表明,煤层原生赋存及采空区浮煤常温氧化是低氧气体的主要来源,由于地表裂隙供氧,上覆煤层采空区的浮煤氧化生成大量低氧气体,通过裂隙进入8号煤层采空区,再通过工作面的漏风通道涌出到工作面,风流汇集到上隅角,导致低氧现象的发生。提出井上下封堵漏风通道和优化通风管理方面的措施,减少向采空区供氧,阻断低氧气体的运移途径,可有效防止上隅角低氧及有害气体积聚。

U形通风工作面采空区上隅角瓦斯治理技术

以平顶山煤业（集团）有限责任公司一矿戊８－１０－２１１３１综采工作面为例，探讨了Ｕ形通风工作面采空区上隅角瓦斯治理技术．研究结果表明，治理采空区上隅角瓦斯的有效措施有２种方式，即增加漏风汇和减少采空区漏风；前者可采用加尾巷或上隅角瓦斯抽放；后者则可采用均压的措施进行，其中采用局部通风机压风法是一项可行措施，但压风量必须达到总风量的１／４左右，才能有显著的效果．

地震作用下废弃采空区引起地表沉降模拟与研究

为了解充填开采并废弃后的采空区遇地震时引起的上覆岩层变化,进而保证上部地表处路基不因地震产生附加沉降而影响正常使用,对充实率为0.85,0.9,0.95,地震加速度为0.2 g,0.3 g,0.4 g时的采空区及上覆岩层进行模拟。模拟使用PFC3D作为平台,对复杂的岩层进行建模,并引入充填开采和地震的模拟方法,得到了采空区上覆岩层运移、应力,及地表路基沉降特征。研究得到了地震引起地表附加沉降的定性规律,定量地分析了充实率、地震加速度和附加沉降的关系及原因,并确定符合公路路基正常工作的沉降参数。

采动卸压瓦斯抽采以孔代巷技术研究与工程实践

为解决“U”形通风工作面上隅角及回风流瓦斯治理难题,在分析采动卸压瓦斯抽采以孔代巷技术原理与优势的基础上,根据工作面上覆岩层垮落规律确定了采动卸压瓦斯富集区,在平煤股份八矿己_(15)-15050工作面里段520 m施工顶板高位定向长钻孔代替高抽巷,进行采动卸压瓦斯抽采。试验结果表明:定向钻孔在3个月抽采期内,工作面上隅角及回风流瓦斯浓度均保持在0.4%~0.6%,工作面顶板裂隙带高浓度瓦斯区在垂向距煤层顶板25 m以上,瓦斯治理成本比高抽巷节约67.9%,治理工期可节省2/3,实现了矿井安全生产和降本增效的目标。