顺层瓦斯抽放钻孔渗流场数值模拟及应用

切实可行的瓦斯抽放方式是预防煤矿瓦斯事故灾害的重要方法之一。为了能准确合理地确定顺层瓦斯抽放钻孔的布置参数,基于煤层瓦斯流动理论,建立钻孔抽放瓦斯渗流场数学模型,运用有限元分析软件COMSOL-Multiphysics,以董家河煤矿22518工作面为例,对工作面顺层钻孔瓦斯抽放过程进行数值模拟,研究抽放钻孔周围瓦斯渗流场分布规律,确定22518工作面顺层瓦斯抽放钻孔的布置方式。结果表明：瓦斯抽放初期,瓦斯抽放量较大,持续时间较长,抽放瓦斯卸压作用使得钻孔周围一定范围内的煤体渗透率显著提高,在钻孔中心位置,瓦斯渗流速度达到最大值,煤体孔隙率随着抽放时间的推移逐渐降低,设计钻孔直径90 mm,抽放负压20 k Pa,钻孔有效抽放半径确定为3～4 m时抽放效果较好。该研究结果对提高瓦斯抽放效率,预防瓦斯事故灾害,保障煤矿安全生产具有重要的指导意义。

顺层钻孔抽采瓦斯有效半径数值模拟与实测研究

为准确地确定顺层钻孔抽采瓦斯的有效半径,结合实际阳泉矿区某矿煤层赋存参数条件,运用FLUENT软件对单个钻孔和多个钻孔抽采下的煤层瓦斯渗流场进行了数值模拟分析。结果表明:该工作面抽采时间60 d的单个钻孔理论瓦斯有效抽采半径为1.73 m;多钻孔抽采条件下相邻钻孔的间距对瓦斯渗流场的影响具有一定的规律;数值模拟结果与实测结果具有较好的一致性。

低透气性煤层顺层密集钻孔抽采及并管提压系统研究

针对高瓦斯低透气性煤层的瓦斯预抽难题,提出顺层密集大直径钻孔布置和并管提(负)压的瓦斯强化抽采技术,阐述了顺层密集大直径钻孔布置实现全区域增透的抽采原理。根据流体流动的连续性方程和能量方程,建立了区段主管路中流体能量变化的表达式,并得出相应的能量坡度线。结合预抽钻孔的"负压-流量"特性曲线,阐明采用并管方式连接主管路提升抽采负压和增加抽采量的作用机理,并根据实践经验综合确定瓦斯强化抽采技术参数。现场实践表明,该技术治理瓦斯效果显著,工作面瓦斯抽采率达55%以上,生产能力由1. 2 Mt/a增加到1. 8 Mt/a,上隅角瓦斯浓度无超限现象,实现了复杂地质条件下的安全高效开采。

深孔预裂爆破技术在煤巷掘进中的应用

为解决低透气性突出煤层煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出指标值经常超限、掘进速度慢等问题,提出了深孔预裂爆破增透技术。结果表明,五轮山煤矿1805运输顺槽采用该技术后,大大提高了矿井生产效率,实现了快速安全掘进。

顺层钻孔分段复合水力化增透技术应用研究

水力化增透技术是低渗煤层瓦斯强化抽采的重要手段,在分析水力割缝技术高压水喷射作用及水力压裂技术高压水压入作用特点的基础上,以增大钻孔卸压范围、联通孔周裂隙网络、提高瓦斯抽采效果为目的,提出顺层钻孔分段复合水力化增透技术,并在霍尔辛赫煤矿进行了现场试验。结果表明:在实施顺层钻孔分段复合水力化增透技术后,钻孔孔径提高3~4倍,卸压范围显著增大;单孔日抽采瓦斯纯量较对比钻孔提升幅度明显,抽采初期提高3~4倍;单孔抽采出现大幅度衰减迹象由10 d提高到20 d,抽采30 d单孔累积抽量提高4~6倍;抽采30 d单孔瓦斯抽采率提高3~5倍,增大了钻孔抽采有效控制范围。

顺煤层随钻测量定向钻进技术在金泰煤矿的应用研究

针对金泰煤矿待掘区域普通钻孔瓦斯治理存在的钻孔深度浅、轨迹不可控和抽采效率低等问题,基于煤矿井下随钻测量定向钻进技术,集成了有线随钻测量技术、双动力复合钻进技术和缓升倾角探顶技术等关键技术,配套了定向钻机、液动螺杆马达、随钻测量装置、中心通缆钻杆和定向钻头等装备,提出了顺煤层随钻测量定向钻进技术。在金泰煤矿10605运输顺槽开展了现场试验,共施工9个顺煤层定向钻孔,最大进尺232 m/d,最大孔深552 m;单孔抽采瓦斯浓度最高可达96%,单孔抽采瓦斯纯量最大可达0.66 m^(3)/min,分别为普通钻孔6倍和20倍;主管路瓦斯抽采浓度提高到50%以上,抽采纯量提高到4 m^(3)/min以上。应用顺煤层随钻测量定向钻进技术显著提高了本煤层瓦斯抽采效果,达到了超前掩护巷道掘进的目的,可为矿井瓦斯治理提供一种新的技术途径。

顺煤层超长定向孔滑动减阻钻进关键技术研究

煤矿井下大盘区瓦斯治理客观上要求顺煤层超长定向钻孔长度达到3000 m以上,受制于目前煤矿井下定向钻进技术与装备,顺煤层钻孔滑动定向钻进最大孔深不超过2000 m;从定向钻进工艺角度出发,对超长定向钻孔滑动钻进过程中钻进阻力影响因素进行分析,并从理论分析和实钻数据统计的基础上揭示了超长定向钻孔滑动钻进阻力随孔深的变化规律,得出钻具与孔壁之间摩擦阻力随孔深增加加速上升是制约钻进深度的根本原因;基于此开发出煤矿井下水力加压减阻钻进技术及正反扭转减阻钻进技术,分别从改善孔底钻具受力状态和孔口钻具滚动摩擦替代滑动摩擦出发,有效缓解超长定向钻孔钻具托压问题;在保德矿二盘区81210工作面进行了现场应用。试验结果表明:水力加压钻进将钻进阻力缓慢线性增长区域从1000 m以内提升至1500 m以内,正反扭转钻进将2000 m以后滑动钻进压力降低了2~4 MPa,通过水力加压钻进及正反扭转钻进技术结合成功将滑动定向钻进深度提升至2700 m,有效提升了超长定向钻孔轨迹控制精度及钻孔长度,为大盘区瓦斯抽采提供技术保障。

芦河煤矿区域防突技术研究

山西兰花集团芦河煤矿为煤与瓦斯突出矿井,针对该矿3号煤层厚度大,瓦斯含量高等特点,提出并确定了矿井掘进工作面、回采工作面区域防突措施及主要设计参数,形成了一套综合防突技术体系。对矿井瓦斯治理,确保以后安全生产具有重要的指导作用。

矿井瓦斯综合抽采作业分析

长期以来,瓦斯作为威胁矿井生产安全的主要因素之一,是矿井生产安全管理的重点,特别是随着矿井回采深度的持续增加,井下回采中遭遇高突煤层的风险大幅增加,探索积极有效的瓦斯综合治理技术至关重要。以此为着手点,针对矿井瓦斯综合抽采作业开展探究,结合工程实际,在分析采动裂隙场瓦斯抽采机理的基础上,对瓦斯综合抽采作业进行全面分析。结果表明,综合抽采作业效果良好,实现了对矿井瓦斯危害的有效防治。

基于COMOSOL的顺层钻孔有效抽采半径的数值模拟

为了能够准确地确定顺层瓦斯抽采钻孔的有效抽采半径,以煤层瓦斯赋存及瓦斯流动理论为基础,根据达西定律和质量守恒定律,以钻孔周围煤体瓦斯流动场为研究对象,建立了顺层瓦斯抽采钻孔的瓦斯流动方程,并以沁新煤矿为例,利用COMOSOL软件对抽采钻孔在不同的抽采负压和抽采时间下的瓦斯流动方程进行了数值模拟,确定出了合理的抽采负压、抽采时间及有效抽采半径。