低渗透性煤层注水数值模拟与工程应用

基于Comsol Multiphysics 5.4模拟软件对不同煤体特征参数与注水工艺参数对低渗透性煤体的力学特性和湿润效果的影响规律进行模拟分析,并将模拟结果应用于工程实际。模拟结果显示,注水压力越大,距钻孔距离越小,孔隙压力就越大,三者之间存在一定数学关系,注水压力对湿润半径呈指数式增长趋势;注水孔长度对湿润效果基本无影响;而孔隙度越大,煤体孔隙压力越小,煤体钻孔水质量流量和湿润半径越大,一定范围内煤体更加湿润。应用结果表明,采用数值模拟对湿润半径进行预测可以对工程现场低渗透性煤层的注水工艺参数设计提供引导。现场应用发现煤体的湿润性及工作面的降尘效果显著,对粉尘的产生及控制均起到积极影响,有效改善了井下工作环境。

瓦斯抽放孔“一孔两用”注水降尘技术研究

为了解决潞安集团郭庄煤业3308工作面粉尘浓度高的问题,基于煤层注水降尘技术,开展工作面瓦斯抽采孔进行动静压联合注水降尘实验研究。实验结果表明,煤层注水过程中,距离钻孔越近增水量越大,平均增水率为55.6%,煤层注水前后粉尘质量浓度最大降幅可达78%,“一孔两用”钻孔布置以及注水方式能够减少煤层注水二次打孔周期及投资,取得一定的经济效益。

三软煤层条件下工作面浅孔注水钻孔设置方式探索

针对告成煤矿三软煤层生产过程中,煤尘比较突出、劳动作业环境恶劣和容易诱发煤尘事故等问题,在23041综采工作面进行了工作面浅孔注水伪斜钻孔设置方法的试验和探索,并将该方法与现用的注水垂直钻孔设置方法进行了对比试验。实践证明,工作面浅孔注水伪斜钻孔设置方法可减少综采工作面生产过程中粉尘的产生量,对促进安全生产具有重要意义。

综采工作面煤层注水工艺的应用

针对盛泰煤矿15203工作面回采期间因粉尘浓度高严重制约着工作面安全高效回采的情况,提出对工作面采取长孔低压以及短孔中压联合注水工艺技术措施。通过实际应用效果来看,采取联合注水工艺后,实现了煤层减尘的目的,工作面后期回采期间粉尘质量浓度降低至23 mg/m^(3),取得了显著应用成效。

燕子山煤矿工作面煤层注水降尘工艺应用

以燕子山煤矿8202工作面为工程实例,拟采用煤层注水提高煤层含水率的方法力图降低工作面生产时的粉尘浓度。根据燕子山煤矿煤层赋存条件,在8202工作面实施长孔低压、短孔中压及二者综合的注水工艺,并对不同工艺的降尘效果进行了现场验证。应用表明,综合注水工艺下的煤层含水率为5.52%,较未注水原煤含水率增加了125.3%;综合注水工艺下的工作面粉尘浓度为22 mg/m^(3),较短孔中压或长孔低压注水分别降低了66.7%、58.5%,降尘效果显著。

煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔爆破中的研究与应用

针对高瓦斯低透气性煤层,从理论上探讨了煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔中爆破时,炸药爆炸冲击波初始峰值压力和传播到孔壁处的入射压力以及孔壁煤面上的透射冲击压力。建立了炮孔周围煤体中的动态应力场,分析了爆源区径向裂隙区的形成和扩展半径。最后将裂隙区半径应用于煤层爆破孔和抽采孔布置参数设计,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破孔和瓦斯抽采孔的合理间距,并进行工程实践。结果表明该方法为高瓦斯低透气性煤层增透,进而为解决煤层瓦斯抽采提供了一条有效的解决方案。

预防冲击地压煤层掘进注水钻孔布置与参数的确定

针对以预防冲击地压为目的的煤巷掘进预先注水问题,结合京煤公司木城涧矿北6178工作面8槽煤的实例,通过现场单孔等压注水试验,以打钻方法测定注水钻孔两侧煤体水分增值,用可变容差最优化搜索方法对模型参数进行反演,得到煤体的导水和贮水特征参数,得出该煤层属低湿润饱和,导水性差,适合高压注水(9～12MPa).用数值模拟方法详细描述了在各压力下的注水动态过程,给出了注水的压力、时间、湿润范围三者的动态变化关系.分析了单、双孔布置与注水参数的变化关系,提出双孔同时注水方法、设双掘进面、掘进和注水工作交叉作业的注水设计方案,既提高了注水湿润范围,又使注水不影响掘进工作.给出了合理注水参数的确定方法.

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。

高位钻场煤层注水防尘技术

针对松软、低透气性、底板起伏大煤层注水防尘效果差的问题,提出了高位钻场煤层注水防尘技术方案.根据11 071工作面煤层实际特点,确定了合理的钻场间距.每个钻场设计了20个钻孔,分为主要钻孔和辅助钻孔,其中主要钻孔湿润工作面前方大部分煤体,辅助钻孔主要湿润高位钻场周围煤体.此外,根据理论分析、计算及实践经验,确定了钻孔技术参数和注水工艺参数.通过分析现场测定注水前后粉尘浓度的数据表明:实施高位钻场煤层注水技术后,工作面各工序产生的粉尘量大幅降低,工作面及平巷的劳动环境显著改善.该成果对松软低透煤层注水防尘具有一定的参考价值和指导意义.

三软煤层防煤壁片帮中压深孔注水技术

在分析研究中压深孔注水技术的基础上,提出了适合登封三软煤层特点的相关注水参数及注水工艺：注水压力为5~12 MPa,每个注水孔采用反复注水,每次注水以煤壁淋水为标准。通过对采煤工作面注水,测算出湿润半径为8~12 m,大大降低了工作面粉尘浓度,减小了三软煤层回采工作面煤墙片帮的危害。

深井煤岩瓦斯动力灾害防治研究

针对深井煤岩瓦斯动力灾害防治难题,综合事故调研、理论分析和现场实测方法,研究深井煤岩瓦斯动力灾害的发生机制、防治技术及其危险性的分区分级评价方法。研究结果表明:煤岩瓦斯动力灾害诱发因素主要有煤岩固有的突出和冲击属性、地应力、开采深度、活动地质构造、外界动力、开采技术条件以及这些因素的叠加;煤岩瓦斯动力灾害的发生机制是煤岩体在弹性能和瓦斯内能共同作用下破碎并抛出;煤岩瓦斯动力灾害的防治方法为开采前进行评价,预处理危险区,开采过程中实施动力灾害危险性监测,采用超前钻孔卸压、强化局部瓦斯抽采、煤层注水、卸压爆破、改善支护等措施降低危险性。研究结果在某矿17200工作面进行应用,取得了良好效果,可有效防治煤岩瓦斯动力灾害。

采煤工作面煤层注水工艺优化与应用

针对目前煤层注水存在的施工钻孔效率低、钻孔深度达不到要求、注水钻孔封孔不严、封孔器回收困难等问题,研究注水工艺的改进优化,对钻机、钻具及封孔器进行重新设计选型,形成了一整套的注水装备。该装备的应用提高了施工效率,为降低工作面粉尘危害、抑制工作面瓦斯涌出、防治煤炭自然发火等危害探索出了更加高效的途径和方法。现场应用表明,煤层注水有效地改善了工作面作业环境,为工作面实现高产高效奠定了基础。

基于动力属性的深井灾害防治技术研究与应用

为了有效防治深井动力灾害,基于煤与瓦斯突出、冲击地压等的表现形式,在分析矿井动力灾害发生条件及孕育发展过程的基础上,构建了深井动力灾害属性鉴定体系,分别提出了应力主导型和应力、瓦斯复合型深井动力灾害防治技术,并在千米深井口孜东矿111303首采工作面进行了工程应用。应用效果表明:针对应力主导型深井动力灾害,在抽采达标的基础上确定了深孔静压注水区域防冲措施,区域措施评价指标预抽率达到35%,可解吸瓦斯含量降到3 m3/t以下,含水率增量超过2%,通过采取提高支护加强、控制回采速度、加大两巷超前支护距离和强度等局部措施,有效防止了动力灾害事故发生。

含水围岩下向深钻孔两级套管堵水测压技术研究

赵庄矿测试下邻近8号煤层瓦斯压力时,需要穿越2个含水层,钻孔涌水难以封堵且垂直深度较大、难以定向施工,影响煤层瓦斯压力测试。为此,试验应用了两级套管高压注浆堵水的技术方法。通过研究下向钻孔深孔定位打钻、深孔套管安装施工和两级套管高压注浆固结堵水及合理技术参数等,突破了含水围岩条件下的下向深钻孔封孔测压问题。经现场试验,成功测得了煤层原始瓦斯压力。研究结果表明,穿越围岩含水层的下向深孔测试瓦斯压力时,两级套管高压注浆堵水测压是一种有效的技术途径。

薄煤层长短钻孔联合注水技术的应用

为了控制煤炭开采过程中产生的煤尘,采用煤层注水降尘技术这种相对主动的、积极有效的降尘措施,应用于煤矿生产实践中,改善工人的作业环境及保障矿井的安全生产.通过分析煤层注水机理及注水效果影响因素,结合垞城煤矿92103综采工作面煤层硬度大、注水困难等复杂条件,选择长、短钻孔联合注水方式确定注水参数后进行试验研究,考察煤层注水降尘效果.结果表明:煤层注水后煤样全水分平均为4.10%,煤层新增水分1.32%,工作面主要工作场所降尘率超过65%,同时工作面回风隅角瓦斯浓度下降约20%,后期钻孔煤粉量明显减少,降尘效果显著.

大倾角松散厚煤层高压深孔注水围岩控制技术优化实践

为提高石炭井焦煤公司4#煤层大倾角综放开采试验面松散厚煤层顶煤整体稳定性,确定了煤层注水的技术方案。通过理论分析和现场实测对注水参数和工艺进行了优化,确定了合理的湿润半径和注水压力,同时又改善了施工机具。通过现场实践,可在顶梁1.5m范围内能形成较硬的粘结层,顶煤稳定性显著提高,工作面开机率由原来的28%提高到了43%。

“三软”厚煤层深孔注水防尘机理及应用研究

为治理"三软"厚煤层综放工作面开采过程中的煤尘灾害,分析了粉尘颗粒间作用力、注水防尘机理,并结合平禹一矿"三软"煤层条件,对其进行深孔注水的防尘措施进行了研究。研究结果表明:液桥力是煤尘防治的关键因素,深孔注水后二1-13110工作面煤层的含水率由注水前的3%增加到了5%~7%,工作面不同地点的煤尘含量均下降了50%以上,注水防尘效果明显,为治理"三软"煤层煤尘灾害提供了参考。

三软不稳定煤层局部高瓦斯治理技术

永煤公司龙王庄煤矿为典型的三软不稳定煤层,在掘进过程中煤层赋存不稳定且煤层及顶底板软,局部区域瓦斯涌出量异常,极大地影响了正常掘进。采取了深孔注水与浅孔注水相结合、增大供风量、松帮让压等行之有效的措施进行综合治理,消除了瓦斯隐患,确保了掘进施工的安全和进尺。

深孔高压注水技术在教学二矿的应用

为了减少煤炭生产过程中的产尘量,通过对传统煤层注水防尘技术的改进,运用煤层高压注水机理,提出在教学二矿31141采煤工作面回风巷进行试验。详细介绍了注水参数的确定依据、封孔工艺的选择、封孔材料的选用,并对深孔注水效果进行对比分析。实践证明,利用深孔高压注水技术可以达到降尘、减尘效果,对改善煤矿工作环境、安全生产有着积极作用。

三软不稳定煤层深孔注水防尘与注浆防片帮技术

为降低综放工作面煤尘浓度及控制煤壁片帮,针对白坪煤矿三软煤层情况,对工作面煤层进行了深孔注水防尘与注浆加固煤壁。首先采用ZDY-3200钻机施工60～80 m深的注水孔;然后在注水孔周围6 m内使用ZBQ-6/2.5型钻机施工深9 m、间距0.6～1.2 m、排距0.8～1.0 m的煤壁注浆孔;选用MRB125/31.5型注水泵用12～14 MPa压力对煤层注水压裂,再用5～8 MPa压力反复间歇式注水。现场应用效果表明,采用该技术能够使煤层水分由4%增至5%～6%,回风巷煤尘平均质量浓度269 mg/m3降至108 mg/m3;工作面煤壁片帮范围由占煤壁总长的50%～70%减少到10%～30%,有效地解决了煤壁片帮问题。