长钻孔抽采条件下顶板瓦斯运移规律及减涌机理研究

顶板长钻孔瓦斯抽采是实现“以抽代巷”,实现顶邻近层瓦斯抽采,减少开采空间瓦斯涌出量的重要手段。结合顶邻近层瓦斯抽采减少回风顺槽上隅角瓦斯浓度工程实践,研究抽采条件下顶板瓦斯运移规律及其对工作面、回风顺槽瓦斯浓度涌出量减少作用机理,发现采用斜向高位钻孔群抽采造成的瓦斯压力降低区相互搭接,在回风顺槽顶板上方及左右两侧迅速形成1个沿巷道分布的低瓦斯压力区,该区域有效阻隔顶板瓦斯向回风顺槽的涌出;靠近采空区侧的顶板斜长钻孔对采空区瓦斯流动也有影响,可有效降低上隅角顶板附近瓦斯压力,降低瓦斯涌出量;抽采稳定后,工作面中部偏轨道顺槽一侧,仍会保有较高瓦斯压力区域,在工作面回采过程中应予以关注。

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。

大直径顶板裂隙带走向长钻孔瓦斯抽采层位研究

为解决高河能源高强度开采导致综放工作面瓦斯涌出量大的问题,采用理论计算和相似材料模拟相结合的方法在E2306工作面进行了大直径顶板裂隙带走向长钻孔瓦斯抽采技术的研究。研究结果表明:裂隙带发育高为18~89.63 m,并结合煤层顶板岩性,确定钻孔最佳布孔层位在18~38 m;将优化层位在现场设计施工钻孔,钻场稳定阶段平均抽采纯量为7.64 m^(3)/min,最大抽采纯量达到10.72 m^(3)/min,平均抽采体积分数为3.49%,最大抽采体积分数达9.22%,大直径顶板裂隙带走向长钻孔累计抽采瓦斯911200 m^(3);通过对单孔抽采数据进行分析,进一步优化大直径顶板裂隙带长钻孔参数,垂直方向为煤层上方20~25 m,水平位置宜布置在30~50 m内,抽采后工作面隅角瓦斯平均体积分数为0.24%,瓦斯治理效果较好。

煤层顶板瓦斯抽放水平长钻孔的设计与应用

为了更高效地抽放煤层覆岩裂隙及离层的瓦斯,对煤层顶板水平长钻孔的层位选择,参数确定,布置形式,钻场的设计要求,钻机、钻杆、钻头的选择以及钻进工艺参数的合理控制进行了试验研究。试验证明走向长钻孔的抽放效果很大程度上取决于钻孔所处的层位,只要保证钻孔在工作面采空区的裂隙带延伸,并采用合理的钻进工艺参数,尽量延长有效抽放长度和采取有效的抽放参数,就能取得理想的抽放效果。这可以解决上邻近层和采空区的瓦斯抽放问题。

综采面顶板走向大直径长钻孔瓦斯抽采技术参数的研究

通过对采场上覆岩层运移规律的研究,分析了关键层、"O"形圈与瓦斯抽采最优汇集区域的关系,建立了瓦斯运移规律的数学模型,运用UDEC软件对该模型进行了数值模拟解算,确定了顶板大直径长钻孔瓦斯抽采的钻孔布置方式及合理参数,为实现煤与瓦斯高效、安全共采奠定了基础。

新集二矿顶板定向长钻孔瓦斯抽采效果试验研究

为研究顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术的效果及投资成本,针对新集二矿煤层赋存条件及瓦斯抽采需求,结合该矿210100工作面现场试验的观测结果,分析了顶板定向长钻孔瓦斯抽采效果,并与其他顶板瓦斯抽采技术进行了对比。现场试验数据分析表明:在同等瓦斯治理效果条件下,顶板定向长钻孔治理回采工作面瓦斯技术,其投资比顶板高抽巷节约44.8%、工期缩短30.0%,比顶板高位钻孔投资略少、工期缩短47.5%。试验表明,布置顶板定向长钻孔治理回采工作面瓦斯的技术方案性价比较高。

近距离煤层群瓦斯异常区综采面瓦斯综合治理技术

为了解决镇城底矿综采面瓦斯浓度经常超限影响生产的难题,通过现场考察,分析了形成瓦斯异常区域的原因,对22611综采面上隅角瓦斯积聚的机理进行研究,据此提出优化通风系统、顶板走向水平长钻孔抽放、上隅角双埋管抽放相结合的综合治理措施,并安装监测设备进行监控。现场监测结果表明:该综合措施治理综采面瓦斯积聚效果明显,确保了瓦斯异常综采面的安全高效生产,为类似条件下低瓦斯矿井综采面瓦斯的防治提供了借鉴。

大直径顶板定向长钻孔替代高抽岩巷的瓦斯抽采效果分析

为进一步提高采空区裂隙带瓦斯抽采效果以保障工作面回采期间安全,提出了一种大直径顶板定向长钻孔(?203 mm)进行采动区裂隙带瓦斯定向抽采技术,并对其施工工艺、钻孔布置合理层位及抽采效果进行了研究。结果表明,钻孔布置的合理垂直高度45~50 m,钻孔与工作面回风侧的水平间距40 m。与高抽岩巷、普通顶板高位钻孔等常规采动区瓦斯治理方法相比,大直径顶板定向长钻孔的抽采量与高抽岩巷相当,是普通顶板高位孔抽采量的2.04倍;工程量大幅度降低,大直径顶板定向长钻孔既能实现高效率抽采,又达到节约工程量、降低施工成本等效果。大直径顶板定向长钻孔的成功应用为以孔代巷及传统顶板高位孔工艺的改进提供了实践基础和发展方向。

顶板岩层水平长钻孔抽放瓦斯新技术

采用顶板岩层水平长钻孔抽放邻近层和采空区瓦斯是一项新技术 ,全面介绍了该技术研究的最新进展。研究中综合运用了矿山压力和岩层移动理论、有限元数值分析方法、瓦斯越流理论以及试验研究的方法。这一新技术的研究填补了国内空白 ,该成果对高产高瓦斯工作面的瓦斯治理具有普遍的指导意义。

采空区高位钻孔瓦斯抽放技术应用与分析

小青矿采空区采用高位钻孔抽放瓦斯,介绍了高位钻孔抽放原理、斜交钻孔、顶板水平钻孔的钻场布置形式及具体参数,取得了较明显的抽采效果。并分析了影响抽放效果的因素,主要有钻孔布置位置、长度、裂隙带高度、煤壁支撑影响长度等,合理确定钻孔位置及参数,利于取得理想的抽放效果,解决上邻近层和采空区的瓦斯抽放问题,也为以后瓦斯抽采钻孔参数制定提供了依据。

煤矿井下长钻孔分段水力压裂技术研究进展及发展趋势

“十三五”以来,围绕“我国煤矿井下煤层区域增透瓦斯高效抽采和坚硬顶板岩层弱化区域治理”两大难题,将定向长钻孔与分段压裂技术结合,通过技术攻关与装备研发及工程试验,在煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂技术和装备研发及工程示范应用等方面均取得了明显进展。主要表现在如下4个方面:(1)开发了适合于煤矿井下煤岩层裸眼定向长钻孔不动管柱和动管柱两种分段水力压裂工艺技术与工具,不动管柱分段压裂工程应用钻孔长度突破了500 m,单孔压裂实现了5段;动管柱分段压裂钻孔长度工程应用突破了800 m,单孔压裂实现了17段。(2)研发了煤矿井下低压端加砂压裂泵组和高压端加砂压裂装置,低压端加砂泵组压力达到了70 MPa,排量达到90 m^(3)/h,携砂比达到20%;高压端加砂压裂装备耐压能力达到55 MPa,一次连续加砂压裂的砂量达到750 kg;低压端和高压端加砂装备均在现场进行了工程应用,应用结果表明装备均具有较好携砂压裂能力。(3)建立了碎软煤层围岩分段压裂和硬煤顺层钻孔分段压裂区域增透瓦斯高效抽采技术模式,前者在山西阳泉矿区和陕西韩城矿区应用钻孔瓦斯抽采纯量均值分别达到了2811 m^(3)/d和1559 m^(3)/d,后者在陕西彬长矿区应用钻孔瓦斯抽采纯量达到了2491 m^(3)/d。(4)探索出了坚硬顶板强矿压煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂主动超前区域弱化治理的新模式,工程应用钻孔长度突破了800 m,坚硬顶板分段水力压裂治理后,顶板来压步距、动载系数和最高压力值较未压裂区分别下降了18.9%~70.6%,5.8%~7.9%,13.7%~19.4%,有效治理了工作面坚硬顶板引起的强矿压灾害。随着煤矿井下分段水力压裂技术改进和煤矿智能开采发展的实际需要,提出了煤矿井下大排量高压力智能压裂泵组、井下长钻孔裸眼分段压裂智能工具等装备和煤矿井−地联合分段水力压裂技术研发方向,以更好地推动煤矿井下水力压裂技术与装备发展,为煤矿安全高效绿色智能开采提供技术和装备支撑。

煤层顶板水平长钻孔布置高度对抽采效果的影响

通过对水平钻孔布置在煤层顶板不同高度时的抽采效果进行研究可为采空区瓦斯抽采时的水平钻孔布置高度选择提供理论依据.利用Fluent软件对钻孔与煤层不同距离时的钻孔抽采纯量与抽采混量、采空区瓦斯分布、上隅角瓦斯浓度变化进行数值模拟,并且研究了钻孔抽采纯量与抽采混量、采空区瓦斯分布、上隅角瓦斯浓度变化与钻孔布置高度的关系.研究结果表明:随着钻孔与煤层之间的距离增大,钻孔的抽采瓦斯纯量基本逐渐增加,抽采混量呈现减小趋势,抽采瓦斯浓度逐渐增大;采空区内部瓦斯浓度靠近进风巷侧和采空区深部逐渐降低,靠近回风巷侧呈现先减小再增加再减小规律,竖直方向上在顶、底板附近瓦斯浓度逐渐降低;上隅角瓦斯浓度先减小再增加再减小最后趋于平衡.

定向高位长钻孔上隅角瓦斯治理技术

针对常规顶板高位钻孔因钻孔方位及倾角无法控制而难以钻进至设计层位,且有效抽采孔段较短、易出现抽采盲区、抽采不连续等问题,以王家岭煤矿上隅角瓦斯治理为研究背景,在20103综采工作面回风巷布置1组定向高位长钻孔与4组常规高位钻孔进行瓦斯抽采,对比分析了这2种高位钻孔的瓦斯抽采效果,结果表明:定向高位长钻孔有效抽采孔段长,抽采盲区少,能实现连续抽采;定向高位长钻孔单孔平均瓦斯抽采纯量为2.11m^3/min,最大可达2.9m^3/min,与常规高位钻孔相比平均瓦斯抽采纯量提高了约2.77倍,工作面瓦斯抽采率提高了近2倍,有效抽采时间提高了约3.15倍;仅接抽常规高位钻孔时上隅角瓦斯体积分数为1.0%以上,仅接抽定向高位长钻孔时降至0.6%以下,表明定向高位长钻孔治理工作面上隅角瓦斯具有明显优势。

黄白茨煤矿9^#、10^#近距离煤层综合瓦斯治理技术

针对黄白茨煤矿9#和10#近距离煤层开采时的瓦斯超限问题,在分析9#煤层开采底板破裂规律、对其开采顶板三带进行数值模拟以及确定工作面瓦斯来源的基础上,提出9#煤层采前定向长钻孔预抽、开采期间顶板走向高位水平长钻孔抽采,10#煤层卸压拦截抽采、采面采掘期间上下顺槽上向钻孔抽采及两煤层采空区埋管抽采的综合瓦斯治理技术方案。效果分析结果表明,正常通风情况下,9#煤层回风巷、上隅角瓦斯体积分数分别保持在0.36%和0.50%左右。该方案有效解决了9#和10#近距离煤层开采时的瓦斯涌出问题,为类似矿井的瓦斯治理提供了参考。

高突矿井大采高工作面瓦斯抽采实践研究

以寺河矿高突矿井为例,基于其现实条件,为解决大采高工作面瓦斯超标的问题,对高突矿井大采高工作面瓦斯抽采实践进行了研究。通过对3种瓦斯抽采方式的对比分析,发现最为有效的是顶板走向长钻孔抽采。该措施落实后,瓦斯体积分数控制在了安全范围之内,为矿井工作的安全开展提供了有效保障。

高瓦斯矿井分层开采工作面的瓦斯治理实践

为有效解决高瓦斯矿井岳城煤矿厚煤层分层开采时,回采工作面上、下分层及周边围岩裂隙中的瓦斯问题,上分层采用地面采动井、顶板走向长钻孔及上隅角抽排的综合瓦斯治理技术;下分层采用上隅角埋管的瓦斯治理技术。通过实施本煤层和采空区“多位一体”瓦斯抽采后,上隅角瓦斯浓度基本保持在0.5%以下,有效解决了瓦斯超限问题,确保了工作面的安全生产。

顶板走向长钻孔抽采卸压瓦斯技术研究与应用

文章基于岩层移动理论与综采工作面瓦斯涌出来源的分析,提出了顶板走向长钻孔抽采卸压瓦斯的技术,并阐述了其抽采工作面卸压瓦斯的作用原理。现场的工程实践表明:顶板走向长钻孔有效区域内抽采瓦斯纯量2~4m^3/min,工作面上隅角瓦斯浓度未发生超限,实现了近距离高瓦斯煤层群条件下工作面的安全高效回采。

顶板走向长钻孔与高抽巷瓦斯治理技术分析

以屯兰矿为例,分别运用顶板走向长钻孔及高抽巷两种方法抽采瓦斯的两个2#煤层工作面为研究对象,在研究煤层特性、瓦斯参数、地质特征、通风条件等基础上,对两种抽采方法治理回采工作面上邻近层瓦斯的效果进行对比分析,得出高抽巷瓦斯治理技术抽采效果更好,但成本高,对矿井抽采系统整体要求较高,顶板走向长钻孔抽采瓦斯施工周期短。

采空区高位钻孔瓦斯抽放技术应用与分析

主要就采空区高位钻孔瓦斯抽放技术的具体应用,展开了相关的分析与研究工作。详细介绍抽采技术的原理予以阐述,重点分析了顶斜交钻孔抽采、顶板水平长钻孔抽采、高位钻孔参数影响因素等内容。在实际的开采作业过程当中通过应用此项技术,取得了十分显著的抽采效果。希望能够对今后的瓦斯抽采钻孔研究提供一些必要的参数依据。

顶板走向长钻孔瓦斯抽采效果的数值模拟分析

为进一步降低工作面瓦斯含量影响其安全生产的问题,在对山西焦煤下属煤矿9号综采工作面地质条件、瓦斯涌出及运移规律分析的基础上,结合数值模拟软件对顶板走向长钻孔瓦斯抽采钻孔位置及抽采负压进行优化确定,为顶板走向长钻孔瓦斯抽采工艺的实际应该奠定理论基础。