基于“两带”探查技术的顶板水害危险性分析——以伯方煤矿为例

应用钻液漏失量观测、岩芯采取统计、钻孔电视观测和钻孔电阻率动态监测等多种“两带”探查技术方法,对伯方煤矿3煤开采的覆岩导水裂隙带发育特征进行研究,分析3煤采动影响下的顶板水害危险性。研究结果表明:3213工作面导水裂隙带发育高度为87.66 m,发育至K9砂岩含水层;垮落带发育高度为22.61 m,发育至2煤下部K8砂岩含水层。3313工作面垮落带最大高度为煤层顶板20~21 m,至2煤顶板砂岩含水层;导水裂隙带最大高度为煤层顶板83~87 m,至K9砂岩含水层。由此计算得出的垮落/采厚比为3.58~3.76,裂缝/采厚比为14.85~15.56。3煤回采产生的导水裂隙可造成二叠系下石盒子组和山西组砂岩含水层与3煤采空区的连通,含水层地下水岩导水裂隙向下渗流,增加了顶板水害的风险。建议矿井严格落实顶板水害防治的相关要求,降低采动裂隙对矿井正常生产的影响。

近距离煤层群卸压瓦斯联合抽采技术研究及应用

为解决煤层回采过程中下临近层卸压瓦斯涌入采场空间造成瓦斯超限问题,以平煤股份八矿己_(15)-15050工作面为研究对象,分析采动作用下煤层顶底板裂隙发育规律,确定了基于定向钻进技术的近距离煤层卸压瓦斯联合抽采方案。结果表明:(1)研究区域内己_(15)煤层顶板上部55.80 m,底板下部19.71 m范围内均有裂隙产生;(2)底板拦截钻孔抽采浓度均超过90%,单孔最大纯量为163.12 m^(3)/d;(3)采用联合抽采方案时,应优先将拦截钻孔布置在高位孔孔底附近来弥补前期抽采能力不足。

水力压裂弱化顶板护孔技术

煤矿工作面单翼布置顺序开采的情况下,工作面顺层钻孔容易受到邻近工作面采动支承应力影响导致钻孔失效。现阶段的护孔研究集中在增强钻孔本身强度,未针对影响钻孔稳定性的根本性因素提出解决措施。针对上述问题,提出了一种水力压裂弱化顶板护孔技术。通过水力压裂弱化顶板,减小作用在邻近工作面煤体上的采动支承应力峰值,阻断高支承应力向顺层钻孔周围煤体的传递,并在顺层钻孔内全程下筛管,保证煤体逸散出的瓦斯可以进入顺层钻孔。采用数值模拟分析了水力压裂弱化顶板前后顺层钻孔周围煤体垂直应力和塑性区变化规律,结果表明:通过水力压裂弱化顶板,顺层钻孔周围煤体的垂直应力峰值由21.2 MPa降低为9.1 MPa,煤体塑性区范围由19 m减小为11 m。根据数值模拟结果确定的水力压裂参数进行了现场测试,结果表明:采用水力压裂弱化顶板护孔技术后,钻孔瓦斯抽采体积分数平均值由3.6%提高到14.1%,瓦斯抽采混合流量平均值由1.28 m^(3)/min降低为0.464 m^(3)/min,未出现大范围顺层钻孔内发生煤体氧化而产生CO的情况。因此,水力压裂弱化顶板护孔技术可有效避免钻孔失效漏气,提高钻孔抽采效果,保证钻孔抽采安全。

大孔径高位钻孔瓦斯抽采技术在王庄煤矿的应用

煤层开采过程中,覆岩受采动影响破断、运移,使得裂隙纵横交错分布形成空间裂隙场,为卸压游离瓦斯富集提供空间。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,提出了一种钻场结合顶板大孔径(Ф203 mm)的长钻孔采空区抽采技术。采用理论分析、钻孔探测的研究方法,结合潞安王庄煤矿8105工作面的施工应用情况,对采空区垮落带、裂隙带范围进行了确认,并参考此范围为对大孔径高位定向钻孔进行优化设计。结果表明,大孔径高位定向长钻孔在王庄煤矿的应用中表现出明显的优势,其延伸距离长、抽采能力强,单孔抽采纯量和浓度最高分别达到了6.8 m^(3)/min和34.8%;优化后的钻孔位置设计实现了长距离定向高效瓦斯抽采。

井下定向长钻孔水力压裂顶板冲击地压防治研究

彬长矿区孟村煤矿的中央大巷受DF29断层和褶曲构造影响,曾多次发生冲击地压。为了消除冲击地压危险,通过实施远距离定向长钻孔压裂坚硬顶板,取得较好的防治效果。本文主要介绍了压裂层位选取原则、压裂施工流程、压裂效果检验方案,在压裂区域增设微震、地音探头,并安设锚杆(索)测力仪持续监测顶板压裂前、压裂过程中及压裂后整个过程煤岩体震动活动性及巷道支护力等。压裂结束后,中央大巷复合构造压裂区内再没有发生过冲击显现或4次方以上高能事件,大幅降低了冲击危险,达到保障安全生产预期目的,可为类似条件巷道冲击地压防治提供借鉴。

上覆硬厚岩层破断运动及断顶控制

硬厚覆岩的破断与结构将发生显著的变化。针对汝箕沟煤矿二2煤层上覆厚层石英砂岩条件,采用现场实测、数值模拟、理论分析及现场试验等方法,研究了硬厚覆岩裂隙发育特征、破断运动、矿压显现特征及断顶控制技术,为硬厚覆岩工作面灾害防治提供了依据。研究表明,硬厚石英砂岩的微观结构致密完整,呈现大面积悬空、大步距破断运动,引起强烈的支架动载,甚至导致工作面风流逆转、沟通上部采空区隐形火区;硬厚岩层破断运移后产生明显的离层空间,并在开切眼上部和工作面上部及采空区中部形成覆岩主裂隙带,且发育高度大于经验计算数值,甚至与上方采空区沟通诱发灾害;实施开切眼深孔断顶爆破及降低工作面采高,有效缩短了硬厚岩层的初次破断步距,降低了支架动载及主裂隙带高度。

深孔爆破切顶条件下巷旁支护墙宽度研究

为消除悬臂梁顶板对留巷的旋转挤压影响和确定合理宽度的巷旁支护墙,通过深孔爆破预裂切落巷旁采空区侧断裂带以下顶板,根除悬臂梁形成的条件,人为致使巷旁支护墙只承载其上覆静止平衡的岩体质量。在此静力学模型计算中,由巷旁支护墙支护阻力和巷旁断裂带以下悬露顶板长度的关系研究,分析了侧向悬露顶板对巷旁支护墙的破坏影响;由采用深孔爆破切顶后巷旁支护墙支护阻力和断裂带高度的关系研究,得出切顶后顶板对巷旁支护墙的挤压破坏明显减少,进而维护了留巷的稳定。推导出巷旁支护墙宽度的力学计算方程,计算得出C30混凝土材料巷旁支护墙的合理宽度范围,采用动压系数1.2,得到切顶条件下巷旁支护墙的1.5m宽度值解析解,将这一参数成功在工程实践中应用。南阳煤矿3207工作面运输巷矿压观测结果表明,切落断裂带高度以下的巷旁采空侧顶板有助于留巷的稳定,在此条件下确认的巷旁支护墙宽度是合理和可行的。

浅埋煤层综采面覆岩破坏规律的钻探实测研究

为研究浅埋综采工作面上覆岩层破坏规律,准确判定采空区冒落带和导水裂隙带的发育高度,以哈拉沟煤矿22208工作面浅埋煤层开采为背景,利用钻孔探测技术对其进行了探测分析。在哈拉沟煤矿22208工作面布置采前、采后钻孔共计8个,利用钻孔冲洗液消耗量观测法和彩色钻孔电视观测法对钻孔进行实测研究,得出切眼中部冒落带发育高度为7.22 m,切眼两端区域冒落带发育高度为13.42 m,切眼中部导水裂隙带发育高度至少为49.32 m,切眼两端区域导水裂隙带发育高度至少为50.82 m。“三元沟”沟底冒落带发育高度为10.1 m,导水裂隙带发育高度至少为25.8 m,“三元沟”出沟区域冒落带发育高度为21.2 m,导水裂隙带发育高度至少为51.6 m。实测结果表明:工作面进回风巷附近和“三元沟”沟底导水裂隙带较发育,是工作面防治水、防溃水溃砂的重点区域,需现场提前采取措施并实时重点监测防护。

综放开采覆岩导水裂隙带高度研究

为了对某工作面3煤层综放开采后的顶板水害防治提供理论依据,分别采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的经验公式预计、数值模拟和井下仰孔分段注水法实测3种方法对回采工作面的覆岩导水裂隙带高度进行了研究,所得经验公式预计值为51.1,59.0m,数值模拟计算值为63.5m,实测值为65.4m;综合比较分析得出该地质条件下开采覆岩导水裂隙带高度为63.5~65.4m,山西组砂岩含水层位于导水裂隙带范围内,属于直接充水含水层,但裂隙带未波及石盒子组砂岩含水层与新近系松散含水层,正常综放开采不会对工作面涌水产生直接影响。

高位钻孔抽放瓦斯技术研究

新疆焦煤集团1890煤矿在生产中受上隅角瓦斯超限的影响很大,根据1890煤矿6#煤层的实际情况,结合高位钻孔抽放卸压瓦斯的技术原理,利用COMSOL Multiphysics软件模拟和经验公式,确定了适合16122-1工作面高位钻孔的终孔点高度、钻场间距、钻孔抽放半径、钻孔控制范围等设计参数,解决了回采工作面上隅角瓦斯超限的难题。

对深孔大口径取心钻探工艺的一些认识——以WFSD-2号孔0～897.66m段施工为例

深孔大口径取心钻探,钻孔口径大、地层复杂、钻孔结构复杂、深孔段效率低,钻进工艺尚不成熟,钻探工程难度较大。结合WFSD-2号孔0～897.66 m段施工情况,介绍了施工中存在的主要问题及采取的主要技术措施;对各种施工工艺、技术方法进行了对比分析,提出了建议。

采动影响下穿层钻孔围岩裂隙封堵新技术在芦岭煤矿的应用

针对芦岭煤矿地压大、底板巷穿层钻孔预抽时间长及穿层钻孔瓦斯抽采浓度偏低的情况,在分析目前国内外瓦斯抽采钻孔常规封孔技术特点后,提出了一种穿层钻孔围岩裂隙封堵新技术,用以解决封孔技术问题。并通过理论研究和Ⅱ817集中巷12号钻场工业性测试,大幅度提高瓦斯抽采浓度及抽采纯量;有效延长钻孔的瓦斯有效抽采期,大大缓解采掘抽接续紧张的局面;拓展了瓦斯治理的时间和空间,为矿井瓦斯治理和抽掘采平衡提供了有力的保障。

高位钻场瓦斯抽采技术在高瓦斯复杂煤层回采中的应用研究

通过对李雅庄矿多个回采工作面瓦斯来源的现场测试及理论分析,得出采场围岩瓦斯涌出是导致该矿回采工作面高瓦斯的主要来源,其涌出量占到总涌出量的60%以上。针对该矿煤层顶、底板多为沙质泥岩,其孔隙、裂隙相当发育的特点。提出了高瓦斯复杂煤层回采工作面瓦斯治理新思路。即:采取了在本煤层和邻近层瓦斯抽采技术与顶板钻孔和高位钻场底板高位裂隙钻孔的瓦斯联合抽采方式,并确定了瓦斯抽采的基本参数。从该矿2-602工作面采用高位钻场14个月的瓦斯抽采效果来看,抽采率达到了60.87%,有效地降低了工作面的瓦斯涌出量,为安全高效开采高瓦斯复杂煤层提供了技术保障。

基于大直径顶板高位定向长钻孔的瓦斯抽采关键参数研究

为进一步降低瓦斯抽采风险和成本,提高瓦斯抽采效率,以山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿28210工作面为研究对象,采用理论计算、数值模拟和现场试验相结合的分析方法,探讨了综采工作面采空区覆岩运移特性,在此基础上确立了利用大直径顶板高位定向长钻孔抽采卸压瓦斯的关键性参数。研究结果表明:高位大直径定向钻孔的合理布设位置为顶板上36~50 m,深入采空区距离以15~45 m为宜。施工后回采过程中工作面上隅角的瓦斯浓度始终在0.4%以下,而钻场平均抽采浓度和平均抽采量均随工作面推进呈现一定的规律性,实践验证了大直径顶板高位定性长钻孔可有效保障煤炭安全生产,促进煤与瓦斯共采,为矿井灾害防治与资源合理利用提供了技术方向。

西山煤田区域瓦斯抽采深孔定向钻进技术

在对西山煤田地质条件和瓦斯抽采理论依据进行分析的基础上，采用深孔定向钻进技术打设顺层钻孔和高位顶板裂隙带钻孔的区域瓦斯抽采综合技术，并对5个高瓦斯矿井进行了定向钻孔的参数设计和施工。采用顺层钻孔区域瓦斯预抽的3个矿井，抽采量均值稳定在1．0～1．5m3／min，在规定预抽时间内，残余瓦斯含量低于7m3／t；采用高位顶板裂隙带瓦斯抽采的2个矿井，高位孔的平均瓦斯抽采体积分数为30％～50％，当回采工作面推进距离大于极限垮落步距后，回风巷瓦斯体积分数稳定，均低于临界值0．5％。

永莲隧道大型承压含水体探查及处治方法研究

江西永莲隧道施工穿越断层破碎带时多次发生突水突泥灾害,严重影响隧道施工与运营安全。文章通过采用地球物理探测法与超前钻孔探查法确定承压不良地质含水体的空间位置、展布形态以及富水性等,并根据探测结果采取左洞重点涌水钻孔的小偏角原位扫孔注浆、含水体区域的左洞加密钻孔注浆、重点区段的帷幕加固圈加厚处理以及右洞工作洞室钻孔泄水释能并注浆的方法进行左右洞联合处治。注浆效果评价以及实际开挖效果表明,采用左右洞联合处治方法,承压含水体处治效果良好,含水体区域岩体的强度、稳定性及渗透性均得到了较大的提高,隧道顺利安全地通过了F2断层破碎带。

被保护层开采存在的问题及对策

新庄孜矿五二采区B10煤层作为下保护层开采后,在被保护层B11b煤层进行回采过程中顶、底板破坏以及采空区裂隙瓦斯涌出,一直困扰安全生产。通过对B11b煤层顶、底板片帮及掉顶原因分析,采取措施后有效地解决了回采过程中顶板冒顶事故发生;同时利用风巷顶板倾向钻孔技术抽放裂隙带卸压瓦斯,上隅角和回风流中瓦斯体积分数也得到有效降低,确保安全回采。

扎赉诺尔矿区水害隐蔽致灾因素普查及治理技术

扎赉诺尔煤田为白垩系陆源碎屑岩区,岩性多为“软岩”,开采年限久远,存在未封闭钻孔、顶板承压水、地表水、老空水等水害隐蔽致灾因素。对这些隐蔽致灾因素进行了全面普查,并对其危险性进行了评估;提出顶水开采与疏干或疏降开采相结合、先疏后采与边采边疏相结合、钻孔疏干或疏降与回采疏干或疏降相结合的综合水害“三结合”治理措施,实践证明可以有效降低水害隐患,保证安全生产。最后指出煤矿水害领域的主要研究方向。

煤矿采空区钻孔注浆治理工艺

钻孔注浆充填固结处理煤矿采空区塌陷是一种经济快捷的有效方法，本文就其施工工艺方法进行简单分析，期望能为其它类似工程提供参考。

裂缝带顺层长钻孔瓦斯抽采技术研究

为进一步提高采空区裂缝带瓦斯抽采效果、降低矿井瓦斯治理成本,保证工作面安全回采,曙光煤矿引进大直径顶板定向长钻孔技术对工作面覆岩裂缝带瓦斯进行抽采,同时对高位定向钻孔布置层位及施工工艺进行了研究。现场工业性试验表明,垂直方向上定向钻孔层位布设于裂缝带中下部瓦斯聚集区域17.1~22.8 m;水平方向上钻孔分布范围距回风巷15~35 m,钻孔间距为10 m。与普通高位钻孔抽采技术相比,该套技术不仅大幅减少高位钻场数量和钻孔进尺量,显著缩短施工工期和降低施工成本,而且瓦斯抽采效果明显优于常规钻进技术,平均单孔瓦斯抽采纯量由0.15 m^(3)/min提高到1.55 m^(3)/min,提高了9倍;钻孔抽采寿命由18~33 d提高到146 d以上,提高了4倍以上。