突出煤层分层切削钻孔瓦斯释放特征及应用研究

【目的】突出煤层钻进过程中的喷孔瓦斯超限是威胁矿井高效生产的安全隐患,分层切削钻进方法有助于在孔内削弱喷孔瓦斯压力,但分层切削形成的梯形钻孔周围瓦斯释放特征不明,限制了分层切削钻具结构设计和应用效果。【方法】以不同层间距、层厚差的分层切削钻孔为研究对象,建立数学模型分析钻孔周围瓦斯流动规律,并定量描述了分层切削钻孔瓦斯流量与层间距、层厚差之间的关系,在此基础上,通过数值模拟分析了分层切削钻具瓦斯释放调控机制,优化了分层切削钻具结构,并开展了现场钻进工业性试验。【结果和结论】结果表明:(1)多次切削成孔方式使钻孔的揭露面积逐渐增大,有效控制了瓦斯释放面积,进而调控了瓦斯释放流量,通过合理设计钻孔层厚差Hj与层间距Li,能够将瓦斯释放流量降低18.3%以上。(2)在一定层间距范围内,双层切削钻具调控效果将优于三层切削钻具,直径为63.5 mm刻槽阻尼钻杆在推力140 kN和扭矩4600 N·m作用下,最小安全系数为3.009,满足强度设计要求。(3)优选双层切削钻具,其揭露直径73 mm,终孔直径113 mm,层间距0.8 m,通过工业性试验,钻遇高压瓦斯富集区时,孔口瓦斯体积分数降低了37.7%,孔口瓦斯体积分数均未超过0.5%。表明分层切削钻具调控钻孔周围煤体瓦斯释放量、削弱瓦斯释放强度的作用显著,为预防钻孔喷孔瓦斯超限问题提供了新的解决思路。

库车前陆冲断带构造分层变形特征

库车前陆冲断带地震资料信噪比低,具有多解性。利用高分辨率三维地震、钻井、油气分析化验等资料,对库车前陆冲断带地层组合进行系统描述,精细解释构造模型,深入剖析油气成藏体系,认为库车前陆冲断带发育古近系和新近系膏盐岩层及三叠系和侏罗系煤层2套滑脱层,具有分层滑脱、垂向叠置、多期变形的特征,浅层构造发育盖层滑脱褶皱,深层发育基底卷入式叠瓦状逆冲构造,膏盐岩层和煤层发生滑脱塑性变形,发育加里东运动期、海西运动晚期—印支运动期和燕山运动期—喜马拉雅运动期3期断裂,海西运动晚期—印支运动期构造控制中生界沉积,由北向南具有超覆减薄的特征。库车前陆冲断带分层构造变形控制油气分层运聚,煤层以上的油气主要来自侏罗系烃源岩,煤层之下的油气主要来自三叠系,三叠系烃源岩生烃量占60%,大量油气仍保存在煤层之下。

河流下多煤层开采安全性及保护技术

我国新疆地区干旱缺水,艾维尔沟河作为新疆一条具有重要地理特征和环境影响的河流,其对于流经区域的经济、生态都具有重要意义,因此在艾维尔沟河下进行煤炭开采时,既要保证矿井安全也要保证河流的正常使用。采用理论分析、数值模拟等方法对河流下多煤层开采安全性及河流保护技术进行研究,通过理论计算得到多煤层开采条件下,覆岩导水裂隙带发育高度(11401工作面为41.9 m、1502工作面为110 m、11401工作面为113.8 m)并绘制剖面示意图;同时,采用数值模拟方法对覆岩导水裂缝发育形态及高度进行确定,最终基于导水裂隙带高度(117.8 m)与最小煤层埋藏深度(191.5 m)的相互关系,确定河流下开采是安全的可行的。在保证河流下煤层安全开采的前提下,通过分析离层注浆原理,并结合采动影响特征参数及工程现场,提出了以离层注浆为主,河道防渗及优化开采设计为辅的多手段对采动影响范围内地表特定目标的精准保护技术。根据实际采矿地质条件,采用概率积分法计算试采工作面开采前后河道位置处地表移动变形,计算结果显示:采用离层注浆精准保护技术后,河道的最大水平变形值(2 mm/m)未超出允许坝体的极限变形值(2.5 mm/m),所以采用离层注浆精准保护技术可以实现,井下安全开采的同时,保证河道的正常使用。通过对河流下多煤层开采的安全性及保护技术的分析研究,为矿山绿色开采提供参考和借鉴。

厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律研究

为探究厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律,以古城煤矿1305工作面为研究对象,采用理论分析、参数计算及地表下沉预计等方法,基于等价采高理论建立了适用于膏体充填开采的等价采高模型,修正了非充分采动条件下的膏体充填开采预计参数,预计并揭示了厚煤层膏体分层充填开采后的地表移动参数变化规律。结果表明:膏体分层充填开采后地表最大下沉值270 mm,地表建筑物损坏等级在Ⅰ级允许变形以内,保证了地表建筑物的正常使用,为类似膏体充填后地表沉陷预测提供借鉴。

包扎及合缝工艺对多层绝热性能的影响

利用静态液氮蒸发量热法测试了4种材料包覆工艺方案下的多层绝热结构低温绝热性能,探究了包扎工艺和合缝工艺耦合作用对多层绝热性能的影响。结果表明:采用贝壳式包扎更有利于绝热性能的提升;对比其它合缝工艺,插接式合缝避免了不同反射层间的干涉,实现了同层等温,因而绝热效果最佳;采用贝壳式包扎、插接式合缝的20反射层多层绝热结构的性能最优,其热流密度为1.840 W/m^(2),表观导热系数为6.699×10^(-5)W/(m·K);采用螺旋式包扎、搭接回折式合缝的20反射层多层绝热结构的性能最差,其热流密度和表观导热系数分别为3.775 W/m^(2)、1.266×10^(-4)W/(m·K)。包扎及合缝工艺对多层绝热性能影响显著,应按实际需求对材料的包覆工艺进行合理有效选择。

特厚煤层垂直分层区段窄煤柱围岩稳定性及控制技术

针对特厚煤层垂直分层区段窄煤柱大变形失稳控制难题,采用理论分析、数值模拟及现场试验相结合的方法,对内蒙古老公营子煤矿特厚煤层窄煤柱围岩稳定性及控制技术展开研究。笔者在对窄煤柱内三向应力计算的基础上,基于摩尔−库伦破坏强度得到窄煤柱平面应变的屈服准则,定性分析了窄煤柱破坏特征及损伤程度演化规律,进一步分析了区段窄煤柱失稳机理及其尺寸效应影响规律,最后给出区段窄煤柱围岩控制关键技术,并通过数值模拟及现场试验进行验证。研究成果表明:①窄煤柱中部破坏程度大于两帮,中部自顶端向下煤体破坏程度由严重向轻微发展。随着宽高比增大窄煤柱内破坏程度及严重破坏区域占比逐渐减小,当宽高比大于1∶1,窄煤柱中下部开始出现大范围的轻微破坏区,当宽高比大于5∶3,轻微破坏区占比超过50%。当黏聚力C≥3 MPa,或内摩擦角φ≥20°时,窄煤柱两帮破坏程度转变为轻微。②工作面回采巷道一侧为窄煤柱低强度承载区,在上部高应力作用下,大范围的低应力承载区煤体向巷道位移,造成两帮持续性大变形,进而影响顶板的稳定性。煤柱高度是中、底分层区段窄煤柱稳定的主控因素,窄煤柱宽高比增大,对高强度承载区承载强度影响程度较小,而低强度承载区承载强度增加较明显,合理的窄煤柱宽高比可平衡煤柱内高、低强度承载区比例,并提高承载强度。③分层窄煤柱留设需考虑工作面两侧采空时围岩稳定性,保证煤柱内部高强度承载区范围大于煤柱宽度及高度的一半,并通过联合加强支护措施使煤柱内形成由浅入深的多重联合控制区,共同维护煤柱的自稳能力。

贵州省方兴煤矿地质特征与可采煤层对比研究

为了解方兴煤矿可采煤层赋存位置及厚度变化规律,确定其可采煤层的连续性,采用了标志层法进行对比,同时辅以岩、煤层物性特征、曲线的幅度异常、形态异常及特殊形态组合关系、煤层层间距、煤质特征等进行综合对比。结果表明,区内标志层特征明显,含煤地层发育比较稳定的灰岩及底部铝土质泥岩的岩性特征可建立4个岩性标志层对煤层进行对比,区内可采煤层在含煤岩系中的赋存位置虽有变化,但煤层的总体特征清楚,连接性好,标志层稳定,煤层对比可靠。

近距煤层合层综放工作面矿压显现规律研究

针对近距煤层合层综放开采覆岩移动破坏与矿压显现规律等问题,以涡北煤矿842首采综放工作面为工程背景,采用相似模拟试验和数值分析手段对工作面开采过程进行研究。结果表明:相似模拟试验下覆岩冒落带高度为38 m,开切眼附近裂隙带的高度为103.8 m,停采线附近裂隙带的高度为95.4 m,基本顶初次来压步距为28 m,周期来压步距为17.5 m。由数值分析得到采场围岩位移场与应力场的变化颇为相似,分析采场前方支承压力分布特征与相似模拟试验的结果相吻合。研究结果可为近距煤层合层综放工作面煤柱宽度、工作面支护参数设计提供技术指导。

双层加强缝合法联合皮肤轮匝肌切除治疗老年性睑内翻的疗效观察

目的 探讨双层加强缝合法联合皮肤轮匝肌切除治疗老年性睑内翻的临床疗效。方法 选取2021年1月至2024年 3月在郑州市第二人民医院就诊的60例老年性睑内翻患者,共75眼,采用双层加强缝合法联合皮肤轮匝肌切除治疗,分析手术效果和手术并发症发生率。结果 60例患者75眼中,显效52眼,有效21眼,欠矫、过矫各1眼;未见术后复发者;手术效果优良率为97.33%;术后发生血肿、皮肤松弛各1眼,并发症发生率为2.67%。结论 双层加强缝合法联合皮肤轮匝肌切除治疗老年性睑内翻疗效较好,可有效改善睑内翻和眼部功能,手术安全性较高,具有临床应用价值。

高瓦斯厚煤层分层充填开采中瓦斯运移规律研究

以高河煤矿E1302工作面为例,系统研究了高瓦斯厚煤层分层充填开采过程中煤层瓦斯的运移方式及涌出规律。研究结果表明:煤体孔隙率为5.3%,充填体孔隙率为2.1%,充填体的孔隙率远低于煤体;相较于煤体,充填体更为密实,但其渗透率却远高于煤体,充填体相对于煤体更易于瓦斯流动;工作面瓦斯涌出的主要来源是下分层煤体;开采60 d内,煤层的绝对瓦斯涌出量由开采初期的0.997 0 m^(3)/min下降到0.112 5 m^(3)/min。

煤层群上下保护层开采围岩应力及裂隙演化规律研究

为实现煤层群上下保护层开采过程中被保护层卸压瓦斯的高效抽采,采用数值模拟方法研究上下保护层开采后围岩应力、裂隙分布及演化规律,探明上下保护层开采的卸压瓦斯富集区。研究结果表明:下保护层开采后,被保护层工作面上侧覆岩卸压高度明显大于下侧覆岩卸压高度,次采上保护层后,增大了被保护层卸压范围。下保护层开采后被保护层走向卸压角为63°,倾斜上下边界卸压角为87°、72°。上保护层开采后被保护层走向卸压角为59°,倾斜上下边界卸压角为76°、79°。经过保护层卸压后,被保护层抽采卸压瓦斯纯流量相比卸压前呈现10余倍增大,卸压瓦斯抽采具有明显的时空效应。

急倾斜煤层群保护层开采条件下采场应力演化规律

急倾斜煤层群开采存在复杂的岩层运移过程并易导致强矿压事故的发生。为保障兴安煤矿煤层群的安全开采,采用保护层开采技术对主采煤层进行卸压优化,依托FLAC^(3D)数值模拟软件建立急倾斜煤层开采数值模型,探究保护层开采条件下的采场应力、位移与被保护煤层应力、位移的分布演化规律,利用理论计算方法分析了有效卸压保护范围,验证保护层开采技术的可靠性。研究结果表明:急倾斜煤层保护层开采条件下会出现位移与应力扩展的不共轴现象;保护层推进过程中,采场应力与位移演化呈现出初始增长、快速增长、逐渐稳定的3阶段演化规律;保护层开采的有效卸压范围超过80%。

小保当煤矿风积沙松散层三维地震地质特征研究

小保当一号矿井地形起伏较大,地质构造复杂多变,传统勘探技术难以满足该矿井全方位勘查的需要,严重制约矿井的安全高效生产。以该矿井首采区地质条件为研究背景,综合应用理论分析、现场试验以及现场勘探等方法,判定矿井风积沙松散层首采区为地震勘探地质一般区,得出了影响该区域内三维地震勘探的影响因素为地形因素、激发因素以及接收因素,制定了适用于风积沙松散层三维地震勘探方案,查明了勘探区内风积沙松散层厚度在50~115 m之间变化,南部最厚达到115 m;勘探区内各煤层厚度整体表现为由西北向东南逐渐变厚的变化趋势,煤层总体呈向北西倾斜的单斜形态;勘探区内2^(-2)、5^(-2)煤层共有9条断层且均为正断层,其中落差大于5 m的断层2条。

考虑顶板赋存变化的近距离采空区下巷道变形机理及控制

针对近距离采空区下巷道围岩变形严重问题,以钱家营矿2097W工作面为背景,采用数值模拟阐明了顶板赋存变化下巷道矿压显现特征。结果表明:顶板下沉量与直接顶泥岩的厚度呈正相关,与直接顶岩石强度呈负相关,随着直接顶泥岩厚度变薄顶板受剪切与拉伸破坏交替影响,顶板稳定性随直接顶强度减弱而降低,应力扰动下岩体内部裂隙向上扩展,于层间弱面处产生分区破坏,塑性圈范围增大,整体破坏模式复杂;进一步提出采用高预紧厚层锚固技术维控顶板,构建低损伤、小变形的稳态锚固岩梁,设计支护参数并开展了工业性试验,矿压监测结果表明巷道控制效果良好。

低渗煤层瓦斯抽采顺层钻孔水力造穴卸压增透效果研究

为了揭示水力造穴参数对钻孔瓦斯抽采效果的影响规律,指导煤层水力造穴增透技术施工参数的合理选择。建立了煤层损伤-应力-渗流耦合模型,分析了不同造穴参数下煤层卸压增透效果,展开了顺层钻孔水力造穴现场工程试验,考察了不同造穴参数下钻孔瓦斯抽采效果,结果表明:采用水力造穴技术形成的孔穴能够有效降低其周围煤体应力,提高煤层渗透率,增加瓦斯钻孔抽采效果;造穴半径越大煤层的卸压程度越大,进而煤层渗透率增幅就越大,但在实际工程中过大的造穴半径会使得孔穴稳定性差,钻孔塌孔堵塞瓦斯涌出通道会使得钻孔瓦斯抽采量有所降低,试验矿井最优造穴半径为0.6 m;造穴间距对它们之间的应力降低区范围有着较大的影响,在一定距离条件下孔穴卸压有着明显的叠加效应,造穴间距越近叠加效应越明显,煤层应力越小,卸压增透效果越好。试验钻孔穴间距由8 m减小到6 m时,单孔平均瓦斯抽采纯量增加389.16%。

高瓦斯矿井分层开采工作面瓦斯综合治理技术

针对新村煤矿高瓦斯厚煤层分层开采工作面,上下分层工作面瓦斯涌出差异性及工作面实际开采情况,提出了上下分层工作面瓦斯综合治理措施。上分层工作面主要采取地面采动井抽采、顺层钻孔预抽、高位钻孔抽采和回风隅角埋管抽采等综合措施来治理工作面煤层和采空区瓦斯;而下分层工作面开采期间煤层瓦斯已大部分从上分层工作面涌出,回采期间只需采取回风隅角埋管抽采措施来解决隅角瓦斯积聚问题。采取瓦斯综合治理措施后,上下分层工作面回采期间回风隅角瓦斯浓度均保持在0.3%以下,工作面回采期间未发生瓦斯超限事故。

多层叠置含煤系统煤层瓦斯赋存规律及影响因素分析

基于煤层瓦斯地质理论,通过大量的煤田勘探采样数据分析,研究总结陈家沟煤矿瓦斯赋存规律及其影响因素。矿区煤层瓦斯赋存主要受地质、构造、煤岩特征、顶底板岩性、埋藏深度等的影响。陈家沟煤矿属高瓦斯矿井,瓦斯分带以CH4带为主;瓦斯含量随着煤层的埋藏深度增加而有增大趋势,埋深达到700 m左右时,瓦斯含量达到最高;区内可分为三个独立含气系统,分别为C1~C12、C14~C26、C31~C69含气系统。经过研究分析,今后在矿井开发中应考虑相应合层排采独立开发。

煤层底板双承压含水层下隐伏断层活化导水特征试验研究

【目的】现有的关于煤层采动揭露底板隐伏断层突水试验研究成果,仅考虑了煤层下伏单一承压含水层条件,需研究煤层底板多承压含水层条件下隐伏断层活化导水特征。【方法】通过室内相似物理模拟方式,对煤层底板双层承压含水层条件下,采动过程隐伏充水通道在不同深度上的应力和孔隙水压力演变规律进行了分析。【结果】结果表明:利用自主设计的煤层底板隐伏断层突水试验系统,可以相对合理地模拟两层承压含水层条件下不同深度上的断层活化导水规律;浅部比深部断层带的应力增量、孔隙水压力增量变化程度相对更高,孔隙水压力变化时间均滞后于应力变化时间;临近开采结束阶段,浅部和深部断层带孔隙水压力增量的上升趋势,表明断层带向采空区卸荷促进了渗流导升,断层带存在滞后突水的可能性,浅部较深部断层带的滞后突水风险相对更高。应力扰动程度整体上随深度增加而衰减,浅部相对深部断层带更易活化,持续不断的扰动将使浅部和深部含水层发生水力联系,深部承压水可通过隐伏断层补给浅部承压水,承压水通过断层带导升过程存在着显著的水头压力损耗。【结论】试验结果可为底板多承压含水层条件下隐伏断层活化导水模式分析提供理论和工程实际参考。

下霍煤矿2307综采面瓦斯抽采技术应用

通过分源预测法计算得出2307工作面绝对瓦斯涌出量为2.25 m^(3)/t,瓦斯主要来源于本煤层。为了避免回采期间2307工作面回风隅角、回风巷瓦斯超限,采用本煤层抽采为主、现采采空区抽采及邻近层抽采为辅的瓦斯抽采方式,并设计了各种抽采钻孔、管路参数,抽采本煤层、邻近层及采空区瓦斯,抽采后工作面回风隅角、回风巷瓦斯浓度分别为0.45%、0.25%,瓦斯抽采效果良好,保证了工作面回采安全。

黔西小屯井田煤层气多层合采产层组合优化

贵州小屯井田龙潭组煤系具有煤层数量多、煤层间距小、煤层厚度薄等特点,煤层气开发需以多层合采为主要方式;与单一厚层状煤层相比,多煤层合采易发生层间干扰,影响合采效果及资源动用程度。基于小屯井田钻孔岩性与含气性分析,识别出有利、较有利与不利3种煤岩层组合类型,考查各煤层厚度、埋深、含气量等特征,对比各煤层的煤层气资源条件,综合考虑储盖组合、含气性、渗透性、储层压力、地应力等因素,划分出Ⅰ(6上煤+6中煤+6下煤)、Ⅱ(7煤)、Ⅲ(33煤+34煤)共3套叠置煤层气系统;在此基础上,优化合采产层组合,并确定有序开发模式为优先开发上部产层组合(6上煤+6中煤+6下煤),其次为下部组合(33煤+34煤),最后考虑经济与时间成本确定是否单独开发7煤;确立了资源条件分析-含气系统划分-产层组合优化的多-薄煤层发育区煤层气合采层位优选思路。