松软煤层定向长钻孔钻进技术及应用

针对象山矿井3号煤层受采动影响,卸压瓦斯通过顶底板裂隙释放至保护层工作面及采空区,造成上隅角瓦斯浓度高的难题,结合突出矿井高应力软煤层等复杂地质条件,采用复合钻进与滑动定向钻进工艺,利用ZYL-6000D全方位千米钻机配套螺旋钻杆、YSX18矿用随钻测量系统,采用高压氮气钻进技术,在21315综采工作面施工定向长钻孔进行瓦斯抽采,抽采钻孔使用“三堵两注”两相封孔技术,最终形成松软煤层定向长钻孔钻进控制及钻探工艺技术。试验结果表明,ZYL-6000D全方位千米定向钻机配合高强度刻槽钻杆可提高钻进深度和效率,“三堵两注”两相封孔方法对钻孔周围裂隙进行有效封堵,瓦斯抽采浓度大幅度提升,实现松软煤层定向长钻孔瓦斯治理模块化抽采,为矿井安全高效稳定发展提供有力保障。

象山矿井12506工作面顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术

针对象山矿井12506工作面钻孔服务有效周期较短,钻孔瓦斯抽采浓度和抽采量不稳定的问题,研究采用顶板定向长钻孔来代替原有的瓦斯治理措施。通过确定高位顶板裂隙带抽采钻孔的最佳层位和有效控制范围,制定顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术应用方案。现场施工表明,在顶板定向长钻孔的瓦斯抽采模式下,1号钻场的抽采效果显著提升,抽采浓度在4%~25%,整体抽采浓度为12.7%,抽采纯量达到12.29 m^(3)/min;同样,2号钻场单孔抽采浓度在17%~22%,整体抽采浓度为20.3%,抽采纯量达到19.74 m^(3)/min。工作面上隅角瓦斯浓度降至0.4%,有效遏制了上隅角瓦斯超限事故,为矿井提供更有效的瓦斯管控,确保矿井安全运营,抽采效果达到预期目标。

“长掘长探”技术在TBM掘进巷道中的应用研究

针对韩城矿区所属煤矿普遍存在奥灰含水层积水、小窑积水等水害隐患对TBM掘进巷道安全构成严重威胁的情况,迫切需要一种适用于TBM掘进工程的新型水害超前探查技术。结合矿区实际情况,提出了一种适用于煤矿井下TBM掘进巷道的水害探查技术即“长掘长探”新技术。该技术将煤矿井下定向长钻孔钻进技术和井下孔内瞬变电磁技术进行有机地结合,分别对分支孔成孔技术和数据重构技术进行技术改良,通过优选工程技术方案,选取适配的设备及钻具,使用新型孔内瞬变电磁探测仪器,有效解决了韩城矿区TBM掘进巷道无法“随掘随探”的煤矿井下超前水害隐患探查技术难题,提高了巷道快速掘进地质超前的探测效率和成果精度。应用证明,该技术探测成功率高达95.11%,掩护成功率可达91.53%,同时节约了24%的工期,探得一处富水异常区误差最大仅有0.3 m,该技术适合在类似矿井巷道掘进中推广应用。

放顶煤工作面以孔代巷合理布孔参数

为了解决刘家梁矿2号煤层低含量赋存高强度开采引发工作上隅角瓦斯问题,缓解矿井因岩巷掘进造成采掘接替紧张的局面,提出了采用大直径高位走向长钻孔代替工作面低位岩石抽采巷的瓦斯治理技术,结合矿井2号煤层顶板煤岩物理力学参数,通过理论分析、UDEC、FLUENT数值模拟的方法,分别从工作面裂隙带发育、工作面采空区流场分布等不同的专业角度,分析、研究了瓦斯流通通道及赋存规律,为定向高位钻孔合理布孔层位选择提供理论支撑;结合1号钻场瓦斯抽采效果,修正工作面煤岩赋存资料,优化2号钻场抽采设计,调整钻孔布置参数,以工作面瓦斯抽采纯量、上隅角瓦斯浓度为指标,对不同条件下瓦斯治理效果进行对比,实践证明:走向高位长钻孔能够取代低位岩石抽采巷,用于低含量赋存、高强度开采的放顶煤工作上隅角瓦斯治理,治理效果显著,上隅角瓦斯浓度维持在0.6%以下。

近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究

为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究结果表明:首采层开采覆岩导气裂隙带最大发育高为10.3~23.2 m。设计超大直径顺层预抽钻孔高0.8 m,宽2.08 m;顶板定向长钻孔终孔最优抽采位置为垂直距离开采层顶板15.0~23.0 m,水平距离回风侧20.5~27.5 m;2条埋管抽采最佳错距为距底板高1.1,1.7 m,深入采空区11.3,20.8 m。优化后的布置参数应用于现场实践,试验工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数保持在0.7%以下。研究结果能够实现近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯高效抽采,保证矿井安全高效生产。

基于高位定向长钻孔的大佛寺煤矿卸压瓦斯抽采技术

陕西彬长大佛寺煤矿为高瓦斯矿井,绝对瓦斯涌出量190.4 m^(3)/min。矿井瓦斯治理工作坚持“超前预报、组织管理、综合研判、技术保障、效果评价”相结合的综合防治工作体系,采空区卸压采用“大孔径、多层次、高负压、大流量、密集抽”技术思路。以40204工作面、4034~上02工作面为研究对象,对工作面采动覆岩裂隙分布进行研究,模拟高位定向钻孔抽采下采空区瓦斯浓度分布,结合采空区“O”型圈模型的理论基础,针对大佛寺煤矿卸压瓦斯抽采的“高位钻孔设计、布置层位确定及抽采工艺”进行探讨,结合工程应用对瓦斯治理效果进行评判。结果表明,实施高位钻孔工艺后,工作面上隅角瓦斯稳定在0.15%~0.45%,回风瓦斯浓度稳定在0.2%~0.35%,证明高位定向长钻孔能够有效治理工作面卸压瓦斯,杜绝工作面瓦斯超限,确保矿井安全生产。

特厚煤层定向长钻孔水力压裂瓦斯抽采技术及应用

为解决大佛寺煤矿特厚煤层透气性和瓦斯赋存差异性较大而导致的矿井抽掘采接替问题,提出“分段压裂延展裂隙+整体压裂沟通网络”的定向长钻孔水力压裂技术,通过增加煤层渗透性来提高矿井瓦斯抽采效率,并在40103工作面进行工程应用试验。共完成4个定向长钻孔分段水力压裂施工,累计压裂工程量2190 m,最大泵注压力17.83 MPa,累计压裂注水量4535 m 3,总压裂时间10853 min。相比于未压裂的预抽钻孔,压裂后瓦斯抽采浓度提高了2.20~4.22倍,百米抽采流量提高了4.93~11.03倍。试验结果表明,通过水力压裂后煤层渗透特性增加,瓦斯抽采效果显著提升,初步证实了长钻孔水力压裂强化瓦斯抽采技术的适用性,为彬长矿区的矿井瓦斯高效抽采提供了技术支撑。

以孔代巷瓦斯抽采工艺技术应用

为解决新源煤矿12214工作面上隅角瓦斯超限问题,考察了该工作面顶板岩性,研究了顶板裂隙带范围及其对采空区瓦斯流动聚积的影响,对瓦斯涌出量来源进行了分析,确定在不同层位施工一组共7个顶板高位定向长钻孔进行瓦斯抽采,并与一段高抽巷瓦斯抽采效果进行对比。结果表明:历经5个月回采,顶板高位定向长钻孔组与高抽巷平均抽采瓦斯浓度分别为17.24%、21.32%,抽采瓦斯纯流量分别为3.71、3.37 m^(3)/min,回采期间上隅角平均瓦斯浓度分别为0.42%、0.49%。研究表明,顶板高位定向长钻孔影响范围比高抽巷大,抽采瓦斯纯流量提高了10.09%,施工成本比高抽巷低,且施工效率更高,极大地缓解了高抽巷掘进速度对采煤工作面投产的制约,证明顶板高位定向长钻孔能够有效替代高抽巷进行矿井瓦斯抽采。

采掘工作面定向长钻孔卸压效果数值模拟研究

钻孔卸压技术是一种通过改变围岩应力状态和控制巷道变形的安全高效卸压手段。本文以亭南煤矿402采掘工作面为例,在原有卸压钻孔的布设方案基础上,提出采用定向长钻孔的卸压防冲布置方案。通过FLAC3D软件建立数值模型,从垂直应力及塑性区角度对比3种方案的卸压效果。分析认为,普通定向长钻孔卸压与原有卸压方案的卸压效果大致相同,而在高应力集中区范围内加密补打定向长钻孔可以得到更好的卸压效果,为采掘工作面的防冲卸压提供了有效措施。

定向长钻孔孔内负压分布及其有效抽采半径研究

为了解决定向长钻孔孔内负压分布模型不准确,长钻孔瓦斯抽采参数理论依据不足等问题,通过分析抽采负压与煤层瓦斯流动的关系,构建了定向长钻孔孔内负压分布模型,利用COMSOL软件数值模拟了定向长钻孔孔内负压非定常分布的有效抽采半径,并提出了“压茬效应”这一概念。研究结果表明:孔口负压与定向长钻孔孔内负压大小呈正比。在不同孔口负压下,分支长钻孔孔内负压与钻孔长度均呈线性关系,负压损失量和百米负压损失均随钻孔长度的增大而增大。提出了“压茬效应”这一概念,将定向长钻孔末端100 m的钻孔作为压茬钻孔,在瓦斯抽采效果检验时不做检验。同时,将钻孔孔深700 m处的有效抽采半径作为定向长钻孔的最终有效抽采半径。最后,利用残余瓦斯含量法得出某矿定向长钻孔抽采180 d的有效抽采半径为5.0 m,与数值模拟结果保持一致。

底板定向长钻孔瓦斯抽采效果模拟研究

随着煤炭行业的持续发展,煤层瓦斯抽采技术成为了保障煤矿安全、提高资源利用率的核心手段。底板定向长钻孔作为1种先进的瓦斯抽采技术,在实际应用中展现了其独特的优势。然而,如何更加精确模拟其抽采效果,进而优化抽采效果,成为了煤炭领域亟待解决的科学问题。因此,通过对抽采技术的原理与方法进行系统分析,深入探讨底板定向长钻孔瓦斯抽采效果的模拟技术与方法,并对抽采效果进行系统评价,最终提出相应的优化建议,确保底板定向长钻孔瓦斯抽采效果得到有效提升。

程庄煤矿15301工作面走向低位长钻孔“以孔代巷”试验研究

针对程庄煤矿15301综放工作面现有瓦斯综合治理体系中低位抽采巷存在安全隐患且抽采效果不稳定的问题,寻找替代瓦斯治理措施。根据程庄煤矿15301工作面实际情况,对低位抽采巷替代措施方案进行了比选,最后确定采用定向钻机施工走向低位定向钻孔抽采,并对具体方案进行了设计研究。实践表明,设计的“以孔代巷”走向低位定向长钻孔试验方案有效解决了低位抽采巷存在的问题,初步实现了“以孔代巷”的瓦斯抽采效果,保证了煤矿安全高效开采。

千米定向长钻孔瓦斯抽采工艺研究及应用

为了探索千米定向长钻孔瓦斯抽采新工艺,提高瓦斯抽采效果,以枫香煤矿为工程背景,研究提出了定向长钻孔瓦斯抽采设计方案,设计钻孔19个,其中5个主孔和14个辅孔。通过实际应用,枫香煤矿高负压抽采系统瓦斯浓度由原来的10%~14%提高到18%~25%,瓦斯抽采纯量由原来的0.15~0.25 m^(3)/min提高到2.5~3.8 m^(3)/min,矿井瓦斯抽采率由原来的30%~45%提高到70%~80%,高负压日抽采瓦斯纯量约0.5万m3,瓦斯治理成本从2019年以前未使用定向钻机120元/t降至目前55元/t,验证了该设计方案的可行性,应用效果非常显著。

煤层顶板水综合治理技术研究

6503运输巷掘进工作面顶板上覆存在顶板砂岩含水层,巷道掘进期间容易出现涌水量大的问题,易引起顶板泥岩层失稳,增大围岩控制难度,影响巷道掘进效率。结合6503运输巷现场条件,提出综合采用超前定向长钻孔疏排+锚杆(索)全段锚注+围岩化学注浆+巷道围岩喷射WG防水剂及混凝土方式对顶板水进行综合治理。工程应用后,6503运输巷掘进期间围岩基本不淋水,巷道掘进基本不受顶板水影响,掘进速度保持在300 m/月以上,表明现场使用的顶板水综合治理技术效果良好。

厚煤层坚硬顶板工作面定向长钻孔区域压裂技术及应用

煤矿开采中常用全部垮落法管理工作面采空区顶板,当工作面上覆岩层存在坚硬顶板时,一旦顶板悬顶重量达到自身承载极限时,极易发生大面积冒顶事故,造成设备损毁和人员伤亡。针对雅店煤矿工作面回采时上覆坚硬顶板难垮落,长距离悬顶问题,采用定向长钻孔区域压裂技术,打破坚硬顶板在垮落时出现的整体性、瞬时性问题。结果表明,压裂后微震能量同比下降约15%,压裂中期、后期各自30 d内高能事件数量分别下降67%和11%;采动影响范围缩小,压裂区域整体来压步距明显降低,压裂区域的来压强度减小。保障工作面的安全高效生产,形成适合雅店煤矿地质条件下的区域卸压技术体系。

顶板定向长钻孔层位设计及瓦斯抽采效果分析

针对双柳煤矿32(3)15工作面回采期间采空区内及顶板裂隙瓦斯涌出量大的问题,采用煤层顶板定向长钻孔抽采采空区顶板裂隙带瓦斯及采空区瓦斯,充分发挥定向长钻孔钻进精度高、钻进距离长的优势,提高瓦斯抽采效果。结合32(3)15工作面现场情况确定钻孔合理布置位置,并制定钻孔钻进技术方案。新方案现场应用后,定向长钻孔瓦斯抽采浓度、纯量分别稳定在为18%、3.2~4.9 m^(3)/min,回风隅角位置瓦斯浓度降至0.4%,瓦斯治理效果显著。

长壁开采覆岩内水平定向长钻孔位置特征与卸压瓦斯抽采机理

长壁采空区卸压瓦斯抽采是煤矿绿色开采技术体系中煤与瓦斯共采的重要组成部分,在覆岩内布置水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯近年来应用较多;与高抽巷、普通高位钻孔不同,其在采动覆岩内布置抽采时,对覆岩破坏及瓦斯运移的响应与敏感性具有显著的特殊性。通过理论分析、数值模拟与工程实例验证等方法研究了采动覆岩内水平定向长钻孔的位置特征与卸压瓦斯抽采机理。阐述了水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯的技术原理,结合室内试验、数值模拟分析了水平定向长钻孔的3个位置特征:①钻孔布置位置区域瓦斯积聚程度高,为钻孔抽采瓦斯提供浓度条件;②钻孔布置位置区域裂隙较为发育,为钻孔抽采提供瓦斯源保障;③钻孔布置位置区域岩层受采动影响较小,为钻孔提供稳定性条件。在此基础上,从采动裂隙内瓦斯积聚程度、采动岩层渗透率和采动钻孔稳定性3个方面揭示了水平定向长钻孔布置抽采机理,提出了水平定向长钻孔的位置判据,给出了确定钻孔抽采位置的方法流程,并通过数值模拟、工程实例进行了合理性验证。研究结果表明:依据钻孔位置判据进行钻孔布置抽采的最大瓦斯抽采纯量达2.59 m^(3)/min,为其他对比钻孔的2.56倍;在定向长钻孔抽采作用下,回风巷最大瓦斯体积分数为0.11%~0.72%,风排瓦斯量为0.69~2.79 m^(3)/min,验证了按照钻孔位置确定方法进行钻孔布置抽采的合理性。研究成果可对矿井布置水平定向长钻孔抽采采空区卸压瓦斯提供技术依据,进而提高矿井卸压瓦斯抽采率、促进煤矿绿色开采技术发展。

基于COMSOL的顶板定向长钻孔布置参数研究

为了研究顶板定向长钻孔的布孔参数,以东庞矿21215工作面为工程背景,通过利用COMSOL数值模拟软件,建立了5种不同布置方式下顶板长钻孔的瓦斯抽采模型,根据模拟结果确定了“法向间距2 m、水平间距3 m”的钻孔布置方式。根据21215工作面裂隙带高度设计了钻孔的布置参数,同时利用钻孔水平位置理论确定公式验证了布孔参数的可行性。现场应用结果表明,工作面回采过程中顶板定向长钻孔抽采存在稳定阶段和衰减阶段,在衰减阶段钻孔抽采效果降低、上隅角瓦斯浓度提高,分析其原因是由于钻孔高度降低,钻孔完整性遭到破坏导致的。从整体来看,在回采期间上隅角瓦斯浓度为0.3%~0.4%,处于较低水平,说明顶板定向钻孔抽采效果较好,采用该布置方式有效解决了上隅角瓦斯浓度超限的问题。

高位定向长钻孔群高效抽采技术及效果评价

为解决采空区卸压瓦斯聚集造成工作面瓦斯治理困难的问题,对白坪煤业两带高度进行计算,并根据分析、计算结果设计高位定向长钻孔对采空区瓦斯进行抽放,根据钻孔的抽采浓度分析采空区裂隙发育情况,确定最佳抽放位置,并建立基于层次分析法的评价模型,对抽采效果进行评价。结果表明:白坪煤业覆岩垮落带和裂隙带发育最大高度范围分别为11.04~20.56 m和22.32~54.24 m;高位钻孔终孔位置控制在裂隙带网络核心位置抽采效果最佳,一般为距二_(1)煤顶板17~19 m;白坪煤业13031工作面抽采效果一级指标均为优秀。实践证明,采用高位定向长钻孔以孔代巷技术可以对采空区卸压瓦斯进行有效治理。

近距离煤层群定向长钻孔拦截卸压瓦斯抽采技术研究与实践

突出煤层的灾害治理和瓦斯抽采一直是困绕煤矿安全及高效生产的技术性难题。目前,突出煤层瓦斯治理多以开采保护层和钻孔预抽为主,但存在成本高、效果差的问题。平顶山矿区属于典型的多煤层近距离开采煤田,所采用区域治理措施多为开采保护层,存在开采层与被保护层受采动影响地应力相互传导激烈、回采期间瓦斯涌出量大的难题。针对这一问题,平煤四矿利用定向钻进技术能够实现钻孔轨迹精确可控、目标位置探测精准、抽采服务时间长等优点,在保护层工作面试验研究了煤层顶(底)板钻孔顺向梳状布置以钻代巷和岩层间拦截卸压瓦斯抽采技术,并通过钻孔全程下筛管、孔内进气循环排水等管理措施,使顶(底)板定向钻孔单孔瓦斯抽采纯量长期保持在1.5 m^(3)/min和5.0 m^(3)/min,达到了高效抽采的目的,为多煤层突出矿井保护层开采条件下的全钻孔瓦斯治理探索了新途径。