煤层厚度影响下大直径钻孔卸压释能机理

煤层厚度变化是影响大直径钻孔卸压效果的重要因素之一。基于等效弹性模量原理建立了大直径钻孔卸压弹性力学模型,以某矿不同工作面为工程背景,研究了不同煤层厚度条件下大直径钻孔卸压煤体应力分布特征和能量释放规律,探讨了煤层厚度影响下大直径钻孔卸压释能机理。研究结果表明:当大直径钻孔卸压参数相同时,薄煤层中原岩应力、钻孔切向应力及其塑性区范围均大于厚煤层;大直径钻孔周边应力峰值随煤层厚度增加呈非线性减小趋势,当煤层厚度由1 m增加到9 m,应力峰值由23.2 MPa降低到20.2 MPa,降低12.9%;大直径钻孔卸压释能率随着煤层厚度增加呈减小趋势,当煤层厚度由1 m增加到9 m,大直径钻孔卸压释能率由68.7%降低到45.8%,即相同大直径钻孔卸压参数条件下薄煤层卸压效果更好;当大直径钻孔卸压参数相同时,钻孔切向应力随着煤层厚度增加而减小,导致煤体破碎区和塑性区范围以及存储弹性能释放量减小,即钻孔卸压释能率降低。某矿1208工作面和1203工作面煤层厚度分别为9.08、4.95 m,虽然两工作面采取了相同的大直径钻孔参数,但1208工作面巷道围岩变形破坏更为严重,对大直径卸压钻孔参数优化后,煤体平均钻屑量由2.48 kg/m下降到1.76 kg/m,表明随着煤层厚度增加,需采取减小钻孔间距、增大钻孔直径等措施来达到更好的卸压效果。

基于钢锥冲击的煤层卸压方法研究

针对煤矿冲击地压引起的采掘安全问题,以山西晋中左权五里堠煤矿3号煤层开采地质条件为工程背景,提出一种基于钢锥冲击煤层的卸压方法。根据通电线圈间产生电磁互感斥力原理,获得磁力驱动绕线钢锥撞击煤层的冲击力函数式,并结合弹性力学理论,分析冲击力作用下煤体应力场分布特征、裂隙类型、破裂范围及程度。结果表明:(1)冲击力与交流电电压及线圈级数呈正相关关系,与交流电频率及每米线圈匝数呈负相关关系。其中,电压是调控冲击力的最主要因素,综合考虑认为电压取660 V为宜。(2)计算显示钢锥长度与直径仅需1 cm和1.28 cm,与之匹配的2级加速线圈总长为2 cm,可实现冲击装置的微型化,便于在钻孔内灵活布置。(3)冲击力使钻孔横截面围岩出现集中系数为4.0~16.7的叶状极高应力区,其延伸长度为5倍钻孔半径,区内发育张拉裂隙;叶状区之外为集中系数1.7~3.3的高应力区,发育压剪裂隙,其范围可达50倍钻孔半径,据此得到卸压钻孔间距为2.5 m。(4)按卸压段长度,每孔内设置2个间距2 m的冲击装置,冲击力使钻孔纵截面围岩呈现针状极高应力区,相邻针状区间分布椭圆形压剪裂隙区,两者一起贯通2 m厚煤层,实现有效破煤卸压。研究成果为探索基于磁力钢锥冲击的煤层卸压技术奠定初步理论基础。

煤层群上下保护层开采围岩应力时空演化规律及应用研究

为实现煤层群上下保护层开采被保护层卸压瓦斯高效抽采,采用数值模拟方法研究上下保护层开采后围岩应力分布及演化规律,根据卸压范围分布实现卸压瓦斯抽采钻孔精准布置。研究结果表明:上下保护层双重开采,有效降低被保护层的应力,卸压范围增大。下保护层开采后被保护层倾斜上下边界卸压角分别为87°、72°,走向卸压角为63°;上保护层开采后被保护层倾斜上下边界卸压角分别为76°、79°。卸压抽采钻孔瓦斯浓度从卸压前的30%~40%增加到卸压后90%以上,单孔瓦斯流量从卸压前0.03~0.08 m^(3)/min增加到卸压后的1.1~1.85 m^(3)/min,瓦斯纯流量呈现数10倍增加,但工作面推过150 m左右,抽采数据快速降低,卸压瓦斯抽采存在显著的空间和时间效应。研究结果可促进多重保护层开采卸压瓦斯抽采技术发展。

急倾斜水平分段放顶煤开采应力分布规律及冲击地压防治

为了揭示急倾斜煤层水平分段放顶煤开采应力场分布特征及冲击地压显现规律,以王家山煤矿东一采区为工程背景;理论分析了急倾斜水平分段开采冲击地压显现特征,数值模拟分析了急倾斜煤层水平分段开采应力场演化规律;揭示了急倾斜煤层水平分段开采矿震动载扰动诱发底煤冲击地压显现的规律。结果表明:随着开采分段数增加,工作面采动应力持续增大,顶板巷应力集中程度高于底板巷,最大主应力由原水平方向分布转为沿垂直煤层倾向分布,导致顶板巷周围煤体水平应力集中程度高;工作面煤体水平应力场倾向方向呈现先增大再减小的趋势,且顶板侧水平应力明显高于底板侧水平应力,应力峰值与开采深度呈线性正相关关系,顶板巷冲击危险性明显较高。根据冲击地压发生规律,针对性制定了急倾斜水平分段开采冲击地压防治方案并进行了防治实践,监测表明防冲效果显著。

振动时效(VSR)消除焊缝残余应力

针对传统热时效费时费力的种种缺陷 ,本文介绍了用振动时效 (VSR)消除焊缝残余应力 ,通过在大型测试平台的实际应用表明 。

远距离煤层开采工作面布置方式卸压增透效应

为了研究远距离煤层上行开采工作面布置方式对卸压增透效果的影响,根据潘二煤矿11223工作面地质条件,通过FLAC^(3D)数值模拟软件研究远距离煤层卸压开采应力场、位移场、裂隙场分布特征,并以卸压系数为判据,确定工作面卸压增透范围。研究表明:西二段工作面采用垂直布置方式,下方11223工作面开采会引起上覆11224工作面位移场、应力场发生明显变化,11224工作面中部卸压系数达90. 37%,卸压效果良好;东一段11224工作面采用风巷外错90 m、机巷内错90 m的方式布置,导致11224工作面下部卸压系数88. 97%,卸压效果较好,而在工作面上部卸压效果不明显。通过对比,可以确定远距离煤层上行开采时,工作面采用垂直布置可获得更好的卸压增透效果。

远距离下保护层开采上覆煤岩体卸压效应研究

运用计算机数值模拟方法,对远距离下保护层开采上覆煤岩体应力分布、被保护层卸压变形规律进行研究,得出下保护层开采被保护层应力分布特征、卸压范围、变形规律等.结果表明,下保护层开采后对被保护层可以充分卸压,卸压保护层角为50°左右,被保护层最大膨胀变形率为1.5%,被保护层产生膨胀变形使其透气性增大,创造煤与瓦斯共采的条件.研究成果应用于工程实践,取得了显著的技术经济效益.

高瓦斯煤层群保护层开采卸压效果数值模拟

为合理选择保护层,针对高瓦斯突出煤层群安全开采问题,分析了保护层开采的保护作用机理,即保护层开采可对被保护层起到卸压增透作用,改善被保护层的瓦斯抽放效果是解决煤与瓦斯突出问题及瓦斯灾害的重要技术手段;卸压对煤与瓦斯突出及瓦斯问题的解决具有决定作用.针对某矿高瓦斯突出煤层群生产地质条件,采用FLAC3D数值软件模拟2个非突出煤层作为保护层开采时的卸压效果,并对其进行了分析比较,研究结果可为保护层的合理选择提供参考依据.

上保护层开采卸压保护范围研究

目前保护层卸压范围研究主要集中在分析煤层应力、变形和塑形破坏的演化特性及下保护层开采卸压范围,存在对保护层保护效果的考察较少、实测过程中取点较少造成实验结果误差较大等问题。针对以上问题,以淮南矿业集团有限责任公司潘二煤矿18125工作面为研究对象,采用数值模拟计算和现场考察分析方法研究了保护层开采后被保护层的应力分布、煤层顶底板膨胀变形率和煤层瓦斯压力变化特征。结果表明:①被保护层走向垂直应力呈中心轴对称分布,倾向卸压区表现为类椭圆形。②上保护层工作面开采后,在其底板形成地应力卸压区,底板煤岩层应力减小,卸压区煤岩层向上发生移动和变形,由于保护层和被保护层层间距不同,被保护层移动与变形量存在差距,越靠近开采层,被保护层膨胀变形量越大,被保护层卸压效果越明显。保护层工作面后方30~60 m是被保护层卸压抽采瓦斯的最佳区域。③根据瓦斯压力观测钻孔与保护层工作面初切眼位置的相对关系及瓦斯压力观测结果,得到保护层开采走向最大有效卸压角约为69.8°。④通过数值模拟并结合现场考察分析,根据被保护层应力分布、煤层顶底板膨胀变形率和煤层瓦斯压力变化特征,得出被保护层走向卸压角约为60°,倾向上下部卸压角均为75°。

丁集矿下保护层开采卸压保护范围研究

为了防治丁集煤矿主采13-1煤层发生煤与瓦斯突出,依据13-1煤层存在的高瓦斯、高应力条件,采用数值模拟、理论计算及现场测定等方法,分析了丁集煤矿下保护层开采卸压保护范围,并采用保护层开采和地面钻井抽采被保护13-1煤层卸压瓦斯技术进行瓦斯治理,结果表明,在保护层工作面回采完毕并稳定之后,开切眼前方50m到工作面后方60m的范围内存在较为稳定的卸压效果,被保护层的卸压保护角沿走向为60°,沿倾向为78°和82°;经现场对煤层瓦斯基础参数测定、观测及抽采效果分析,测定的卸压保护范围与数值模拟的数据基本吻合。

煤层群开采垂直应力分布的层间岩性效应研究

为探究不同层间岩性与煤层群开采时下煤层可行性的关系,采用理论分析的方法,计算了不同层间岩性上煤层开采后的底板岩层的破坏深度,此外,通过FLAC3D模拟软件建立不同层间岩性条件下的煤层群开采垂直应力分布的数值分析模型,详细分析了上煤层工作面不同推进距离下的垂直应力分布特征。结果表明:上煤层开采后底板岩层的破坏深度为16.46~48.2 m;随着上煤层工作面的不断推进,下煤层的卸压效果逐渐增强,且层间岩性越软,下煤层的卸压效果越明显,反之,当层间岩性越硬时,下煤层的卸压效果越差;综合理论分析与数值模拟结果,上煤层开采后下煤层顶板能够保持良好的完整性,且下煤层发生明显卸压,下煤层开采具有良好的可行性。

深井条带面高压逾裂煤层注水模拟与卸压应用

淄博矿业集团唐口煤矿毗邻济宁市区,地面村庄压煤比较严重,为保证矿井的正常生产接续,该矿采煤工作面一般采用90 m面长的条带面。由于唐口煤矿为千米深井,煤层具有冲击倾向性,且煤层孔隙率小、地应力大,因此可采用煤层注水工艺达到卸压的目的。首先构建了以煤体的流固耦合方程、液体流在多孔介质的连续性方程为基础的煤层注水数学模型。在建立煤层注水数值模拟几何模型的基础上,根据济北煤田的实际情况,采用ANSYS计算软件对70 m单向长钻孔布置形式在3.5、21.0 MPa两种注水压力条件下的渗流压力场、速度场,以及煤体水分增加情况进行了数值模拟。根据模拟结果,设计了针对唐口煤矿5301工作面的高压逾裂煤层注水技术工艺,取得了较好的卸压效果。

深井煤层群首采下保护层工作面瓦斯治理技术

本文以千米深井——朱集煤矿1242(1)首采工作面的瓦斯治理为例,提出并实施了地面钻井、高抽巷和采空区埋管相结合的瓦斯分源治理综合技术,分别抽采上覆13-1煤层卸压瓦斯、顶板瓦斯富集区瓦斯和上隅角瓦斯。实践表明,1242(1)工作面平均绝对瓦斯涌出量为68.8m3/min,地面钻井平均瓦斯抽采量为28.7m3/min,占瓦斯涌出量的42.2%,高抽巷平均瓦斯抽采量为30.7m3/min,占瓦斯涌出量的45.2%,瓦斯抽采率高达87.4%,回风流瓦斯浓度低于0.4%,实现深井高瓦斯煤层群首采下保护层工作面的安全高效开采。研究成果对类似条件矿井首采层工作面的瓦斯治理有指导价值。

保护层开采上下被保护煤层卸压效应研究

采用FLAC3D对保护层开采围岩应力分布进行了数值模拟,得出保护层开采围岩卸压特征和上下被保护层倾向卸压范围。结果表明:在倾斜剖面中保护层采空区上方中部偏上区域围岩卸压效果最好,保护层上方采动影响范围沿保护层法线方向可达60 m左右,保护层下方采动影响范围沿保护层法线方向可达40 m左右,保护层对上被保护层上部影响角为75°,下部影响角为48°,保护层对下被保护层上部影响角为60°,下部影响角为42°,研究结果可为矿井煤与瓦斯突出防治工作提供科学依据。

瓦斯抽采条件下卸压层保护范围的数值模拟研究

针对淮南矿业集团谢一矿513C_(15)工作面开采的工程实践,利用COMSOL Multiphysics数值仿真软件,根据卸压层膨胀变形量确定卸压层保护范围。模拟结果表明:沿倾斜方向,513C_(15)工作面的中间位置瓦斯压力下降最大,下降到0.1 MPa。沿走向方向,随着513C_(15)工作面开采范围的增大,卸压范围也越来越大,两端基本呈对称分布,瓦斯压力下降越来越大。随着首采层的开采,增加卸压层的孔隙率及透气性,从而实现瓦斯卸压抽采。

上向穿层钻孔水力冲孔卸压增透技术研究

为考察水力冲孔卸压增透技术的消突效果,在潘二煤矿A组煤底抽巷穿层钻孔中进行试验。在煤层段每米冲孔时间不低于60min条件下,单孔冲出煤量约2.0t/m,可形成直径约1.3m孔洞,水力冲孔后钻孔周围的卸压范围显著增加,钻孔瓦斯抽采量提高3倍,透气性系数由原来0.19m2/(MPa2.d)提高到1.71m2/(MPa2.d),钻孔流量衰减系数降为冲孔前的1/3,有效影响半径达到5m,降低了瓦斯突出潜能和危险性,卸压增透效果明显。

远距离下保护层开采上覆煤岩层采动应力场数值模拟研究

为了研究开采下伏8号煤层能否缓解赵庄煤矿主采3号煤层开采过程中的强矿压显现问题,采用FLAC^(3D)软件模拟远距离下保护层开采方案,分析了下保护层8号煤层开采前后被保护层3号煤层采掘过程中的应力峰值、应力分布及塑性范围。结果表明,随着下保护层8号煤层工作面的推进,被保护层3号煤层工作面在倾向上的应力整体呈"M"型分布,煤体两端呈现应力集中,中部区域应力较低,使布置于中部卸压区的3号煤层工作面巷道围岩产生不同程度的卸压;下保护层8号煤层开采后,被保护层3号煤层工作面的煤体应力峰值减小约18%,采动影响距离减小约10m,且应力集中程度减弱,工作面煤体基本未出现新的塑性区域。

浅埋深动压回采巷道水力压裂技术研究与应用

为提高浅埋深窄煤柱回采巷道围岩稳定性,以红柳林煤矿15217工作面窄煤柱回采巷道为工程背景,依据顶板岩层分布特征分析了诱发巷道变形的主要力源,分析了顶板水力压裂卸压作用机理,确定了合理压裂层位高度,制定了水力压裂卸压技术方案,并成功应用于井下试验。试验结果表明,顶板水力压裂后,回采巷道超前矿压影响小,滞后工作面时锚杆受力以及变化幅度较小,最大受力88.7 kN,煤柱浅部应力增长突出,表明水力压裂后煤柱侧向悬顶结构尺度减小,顶板岩层应力逐渐向实体煤方向转移。回采巷道变形主要表现为肩窝内挤变形,顶板浅部离层3.0 mm,深部离层4.5 mm,巷道整体支护效果较好,表明水力压裂卸压技术对浅埋深窄煤柱回采巷道的围岩变形具有较好的控制效果。

中远距离煤层群叠加开采双重卸压效应数值分析

煤层群开采双重卸压效应的应力分布及卸压范围是制约煤与瓦斯瓦斯高效共采效果的关键因素,为了掌握中远距离煤层群开采双重卸压效应,以朱家店煤矿为例,采用数值模拟研究了对该矿4#、6#煤层叠加开采顶底板应力、位移及塑性区分布与演化特征。结果表明:开采4#煤层时,煤壁应力集中系数为2.0,底板塑性破坏深度及卸压深度分别为20m和62m,顶、底板位移量分别为60mm和30mm;叠加开采6#煤层时,采空区侧煤壁应力集中系数降低为1.7,底板塑性破坏深度及卸压深度分别增加至21m和68m,顶、底板位移量相对减小,顶板垂直应力较小,局部区域应力趋于0,同时,6#煤层顶板竖向位移由上向下转变,且其顶板采动破坏带与4#煤层底板破坏带相沟通,裂隙较发育。最后,经过现场瓦斯抽采工程实践,很好地验证了研究所得的双重卸压强度及范围。

倾斜煤层采空区卸压煤层气贮存空间分布

运用FLAC3D软件研究倾斜煤层开挖后的三维应力分布,并划分出不同倾角采空区卸压煤层气的贮存空间。结果表明:不同倾角采空区沿竖直方向和倾斜方向的三向应力随距离采空区基准线远近的变化规律;不同倾角采空区的煤层气贮存空间呈近似"六边形"分布,且随煤层倾角的增大而顺时针旋转。