不同强度煤岩组合体单轴加载破坏特征研究

强弱耦合防突技术是一种以水力冲孔弱化吸能与注浆加固强化抵抗协同控制防止煤与瓦斯突出的有效方法,为了研究不同强度组合强弱耦合结构的力学特性,对9种强度组合的煤岩组合体试样进行了MTS单轴力学加载实验,利用声发射监测系统进行了加载过程监测。结果表明:岩体强度的增加能够有效提升煤岩组合体整体承载能力,提升强化区抵抗残余能量的能力;煤体强度增加能有效降低试样整体形变量,缩短压密阶段持续时间,降低煤体部分破碎程度。研究结果对强弱耦合防突技术优化设计方案具有重要意义。

强突出煤层“内保护层”构建理论及工程实践

保护层开采是煤矿瓦斯灾害防治最有效的技术手段,适用于有保护层可采的多煤层(群)等。对于无保护层可采的强突出单一煤层,随着采深加大、开采强度增加、构造更加复杂等多重因素叠加影响,应力与瓦斯耦合型灾害成为主导。为消除煤与瓦斯突出危险,目前采取的诸如机械扩孔、水力冲孔、水射流割缝和水力压裂等措施均能较好地提高抽采效果,但未能实现均匀卸压、均匀增透和消除应力异常,存在一定的消突局限性。如何实现瓦斯高效抽采和高效消突是长期遏制该类煤层安全高效开采的主要技术瓶颈。研究结合河南能源集团所属突出矿井“零距离保护层”分层开采、穿层钻孔卸压增透强化抽采消突的工程实践,通过优化穿层钻孔设计、合理选择卸压措施和精准计量掏出煤量,强化卸压消突效果考察,实现大区域连片均匀卸压,形成了在煤层内构建类似保护层的消突途径,提出了“构建内保护层技术”,实现了强力均匀卸压、高效抽采,实现煤层快速消突。总结以河南能源焦煤公司为代表的突出矿井瓦斯治理技术发展历史及经验,开展单一厚煤层“构建内保护层技术”研究,阐释了“构建内保护层”消突的科学内涵、消突机理构建方法,开发了内保护层消突效果评价技术,构建了强突出单一煤层内保护层消突技术体系并制定了相关企业标准。提出强突出单一煤层主动构建内保护层的消突理念,创新了保护层开采的内涵和外延,为强突出单一煤层高效消突提供了较完善的技术体系和较为坚实的理论基础及技术手段。

低透气性近距离强突出煤层群瓦斯治理模式研究

低透气性近距离强突出煤层群首采层打钻极易喷孔,引发瓦斯安全事故。以皖北煤电祁东煤矿II三采区为例,基于首采层7_1煤分段压裂水平井预抽煤层瓦斯改性效果和上区段8_2煤定向长钻孔拦截抽采下临近层9煤卸压瓦斯效果,提出了综合运用分段压裂水平井、定向长钻孔、地面钻井、多用底板巷、顶板走向钻孔等技术的瓦斯治理模式,可有效减少井下工程量,提高钻孔施工及抽采效率,保证煤层安全高效开采。该模式演变后可进一步减少巷道和钻孔工作量,有效缓解接替紧张压力。

北极区近30年环流的变化及对中国强冷事件的影响

利用1971-2000年NCEP再分析资料和中央气象台提供的我国强冷空气过程统计资料，分析了近30年冬半年北极区及中高纬度地区大气环流形势的气候变化以及对中国强冷事件的影响。结果表明，20世纪70-90年代北极区大气温度发生了明显变化，极涡系统也随之改变。80年代中期前，极涡范围偏大；之后面积减小。从长期趋势来看，70年代中期至90年代中期，极涡强度与面积呈反位相变化；同期，亚洲中高纬地区大气环流也相应调整，总体趋势由低指数向高指数模态转变，环流经向度减小；东亚大槽东迁，槽线90年代比70年代东移了近1个经距，冬季则更为突出，平均东移2．2个经距；西伯利亚冷高压也发生了年代变迁，70年代高压强度弱、控制范围偏小，80年代增强，范围明显扩大，90年代高压中心强度变化不大，但高压主体向南扩展的纬度较80年代偏北1～2个纬距，主体面积减小了5％。研究表明，正是由于极区、近极区环流系统的改变，造成近30年我国强冷空气爆发的事件特性发生了年代际变化。70年代强冷事件最为频繁，以西路冷空气为主，80年代频次明显减少，以偏西北路冷空气为主，但多源自新地岛东部，极端强冷事件降温距平达到最大，单次冷空气势力最强；90年代强冷事件频次又有所增加，但冷空气强度明显减弱。究其原因，主要与气候增暖、积温偏高，易产生降温有关。而上述近30年冷事件频次和强度的变化特征符合极端天气事件与气候变化的关系，因此我国强冷空气爆发事件特性的改变可能也是气候增暖的结果和反映。

强突松软近距离煤层群石门揭煤防突技术研究

为了研究强突松软近距离煤层群石门揭煤防突技术,安全、顺利地揭煤,基于海孜矿Ⅱ32主运石门地质条件和瓦斯赋存状况,对近距离煤层群9+8煤层实施密集预抽钻孔抽采瓦斯与低压水力冲孔卸压增透相结合的措施,防治煤与瓦斯突出。结果表明:低压水力冲孔冲煤率达到4.5%;冲孔后瓦斯抽采流量为未冲孔的10倍以上;整体瓦斯抽采率达到71.7%,比以前提高了约1.6倍,卸压增透效果明显。预抽钻孔抽采后,9煤、8煤的残余瓦斯压力,分别为0.3MPa、0.22MPa,残余瓦斯含量分别为5.23m3/t、5.13m3/t,防突效果显著,可安全、顺利地揭开9+8煤层。

高瓦斯强突出煤层群首采保护层瓦斯治理研究

高瓦斯强突出煤层群条件下,通过首采关键卸压层B10煤层能有效解放全组煤层,使得突出煤层转变为非突出煤层。从工程实践中,总结论证了Y型通风沿空留巷技术和底板巷穿层钻孔立体抽采技术对有效治理上覆B11b煤层和下伏B8煤层瓦斯的重大意义,同时,提出以全资源的理念指导矿井设计,即将各煤层开采以整体考虑,统筹矿井瓦斯治理和采场接替。

低透气性强突出煤层的瓦斯防治技术研究

祁东煤矿为煤与瓦斯突出矿井,特别是9煤层,实测瓦斯压力高达3.3 MPa,突出十分严重,属强突出煤层。为安全施工,消除突出给施工带来的危害,通过开采解放层及对本煤层实施穿层钻孔瓦斯抽放,消除突出危害,保证了后期掘进与采煤的施工安全。

强突出煤层穿层抽采钻孔套管护孔钻进技术

为解决穿层钻孔施工过程中常出现的喷孔、穿煤长度短等难题,在分析穿层钻孔喷孔成因的基础上,提出将套管护孔钻进技术应用于强突出煤层钻孔施工,介绍了其工艺方法与钻具结构、传扭装置、套管钻头等设备,并进行了配套钻机改造和套管选型。应用结果表明:采用套管护孔钻进技术穿越强突出煤层时,钻孔的实际钻屑量与计算钻屑量的比值接近1,证明该技术在控制孔喷以及防治孔突方面具有积极效果,钻孔喷孔强度显著减弱;一次穿煤成功率提高了30%,表明该技术有利于钻孔穿越强突出煤层。

强突出煤层套管钻进传扭装置设计与应用

根据套管钻进对传扭装置的功能要求,介绍了传扭装置的设计要求、结构及工作原理,并对传扭销的直径进行了计算校核,通过对其关键接触部位有限元分析,为传扭装置的结构设计及加工提供依据,最后进行了现场试验,结果表明,传扭装置设计能满足使用要求,性能可靠,操作简便。

蒙陕地区强冲击煤层塑性小煤柱沿空回采期间破坏规律研究

为了揭示蒙陕地区超长大采高工作面塑性小煤柱沿空回采期间的破坏规律,以纳林河矿区某矿为例,通过在其煤体内部布置钻孔应力计进行监测,采用固定工作面法,得出塑性小煤柱在回采期间的变形破坏过程分为4个阶段,基于黑箱理论,对不同观测站同一阶段的应力值进行无差别对待,在此基础上建立小煤柱水平切面的单元模型(6.6 m×11 m),采用Surfer 15软件绘制4个阶段的应力等值线云图,分阶段揭示塑性小煤柱应力水平变化规律,并提出有效塑性支撑面积及变化规律。结果表明,塑性小煤柱整体承载能力逐步降低,呈现出塑性-弱支撑的性能,为类似条件下的临空小煤柱围岩控制和采空区治理提供依据。

水力疏松消突措施在爱和山煤矿的应用

阐述了水力疏松工艺系统及设备选型,研究了水力疏松的注水参数,并对防突效果进行了考察。试验表明在严重突出矿井采用水力疏松措施,可有效地消除激发突出的应力、大幅度地释放煤体中的瓦斯、增大煤体抑制突出的阻力、很好地起到了综合防突及降尘作用。

强突煤层底板穿层钻孔高效成孔技术

底板穿层钻孔施工安全、应用范围广泛,已成为我国煤矿突出煤层瓦斯治理的有效方法之一,但在实施中,由于受到配套设备及工艺的因素制约,很难达到快速、高效的成孔要求。而底板穿层多列钻孔成孔技术借助于新型的多自由度、快速对孔调角钻机及工艺,具有消突、卸压效果好、钻进效率高等优势,采用该技术在淮北芦岭煤矿Ⅱ883运输巷对8号、9号强突煤层消突,瓦斯压力大于4 MPa,共施工5组60个钻孔,钻进效率提高1.3倍,瓦斯抽采纯流量提高30%,瓦斯抽采浓度超过95%。

“强弱强”结构石门揭煤消突机理研究

理论分析了石门揭煤的突出机理,指出揭煤过程中能量突然释放造成的冲击是导致突出的主要根源.模拟了揭煤前的应力位移分布和揭煤过程中的演化规律.结果表明:弱圈层主要起到隔离和消波吸能的作用,阻碍揭煤过程中深部煤岩体应力影响.强圈层主要起到加固保护作用,抵抗残余地应力和瓦斯压力的影响,强弱圈层配合使用时防突效果将更好.强圈层的加固效果和强弱圈层的厚度对"强弱强"保护结构的防突效果影响显著,加固效果越好,防突效果越好,当弱圈层厚度为4 m,强圈层厚度为2 m时防突效果最好.

强突出煤层群储层联合改造技术

强突出煤层瓦斯压力大,瓦斯含量高,突出灾害严重。传统的预抽瓦斯和保护层开采技术直接作用于强突出煤层存在较大的困难,因此采用理论分析和现场工程实践相结合的研究方法,提出了井上下联合采动卸压储层改造技术,即根据安全性和经济性的原则确定首采层,利用地面钻井改造首采层,抽采首采层的瓦斯,消除首采层开采的危险性。首采层开采过程中,利用原来的地面钻井抽采强突出煤层的采动卸压瓦斯,消除其突出危险性。该方法使现有的矿井瓦斯抽采方法和地面煤层气方法有效的结合,实现煤和瓦斯资源的安全高效开采。

煤巷掘进工作面强弱耦合能量控制防治煤与瓦斯突出理论与方法

针对突出煤层煤巷掘进突出危险性大、不易控制的难题,基于强化煤体结构及卸压增透瓦斯抽采时空协同机制,提出了穿层注浆加固与水力冲孔强弱耦合防突方法。从能量的角度分析了强弱耦合结构防治煤与瓦斯突出机理。借助数值模拟方法研究煤巷掘进时强弱耦合结构煤巷围岩应力响应及变形演化规律,得出强弱耦合措施能够实现应力集中纵深运移及减小煤巷变形的双重目的。进行现场试验发现,对比水力冲孔段,强弱耦合段煤巷围岩两帮变形量和顶板下沉量分别减小58.51%和61.42%;水力冲孔段煤巷两帮破碎程度大于强弱耦合段,且水力冲孔段和强弱耦合段煤巷两帮应力集中区分别在4m和5m左右;采取强弱耦合方案后,煤巷掘进速度提升了15.34%。穿层注浆加固与水力冲孔强弱耦合防突措施可以降低煤层瓦斯含量和压力,增强煤体强度,减少巷道变形,保障煤矿安全生产。