近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究

为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究结果表明:首采层开采覆岩导气裂隙带最大发育高为10.3~23.2 m。设计超大直径顺层预抽钻孔高0.8 m,宽2.08 m;顶板定向长钻孔终孔最优抽采位置为垂直距离开采层顶板15.0~23.0 m,水平距离回风侧20.5~27.5 m;2条埋管抽采最佳错距为距底板高1.1,1.7 m,深入采空区11.3,20.8 m。优化后的布置参数应用于现场实践,试验工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数保持在0.7%以下。研究结果能够实现近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯高效抽采,保证矿井安全高效生产。

黄陵二号煤矿煤层瓦斯高效预抽技术

为提高顺层钻孔布置钻孔的精准度和科学性,以Fick扩散定律、Darcy定律、理想气体状态方程和广义Langmuir方程为根据,建立含瓦斯煤体流固耦合数学模型,运用COMSOL Multiphysics模拟软件分析钻孔直径、布孔间距对钻孔预抽煤层瓦斯的影响规律。结果表明,在一定范围内钻孔直径越大时,煤层瓦斯压力衰减范围越大,有效影响半径也越大;在不同布置钻孔间距下,靠近钻孔位置的瓦斯压力最小,而远离钻孔位置的方向,瓦斯气体压力逐渐增加;当要求预抽时间内达成预期抽采目标时,预抽钻孔直径90 mm、布孔间距6 m为最优布孔方案。

基于数值仿真的煤层瓦斯钻孔参数优化

为提高煤层顺层钻孔瓦斯抽采效率及经济效益,以湖南某矿3#煤层为原型,建立煤层顺层钻孔瓦斯抽采物理模型.采用COMSOL软件进行不同工况参数组合下的煤层顺层钻孔瓦斯抽采仿真研究,并结合该矿现场实际情况优化钻孔参数.结果表明:抽采负压对煤层瓦斯压力影响极小,对瓦斯抽采量影响明显;在同一抽采负压下,钻孔直径对煤层瓦斯压力有影响;在该矿3#煤层顺层钻孔瓦斯抽采中,抽采负压为18 kPa、钻孔直径为94 mm时可以达到理想的抽采效果及较好的经济效益.

钻井液密度对井眼缩径影响的黏弹性分析

采用开尔文-沃伊特流变模型,推导出了均匀地应力下盐膏层井眼缩径的黏弹性解析解,得到了实际可以测量到的井径变化值,并分析了钻井液密度对井眼缩径的影响。对江汉油田王斜78-1井进行了实例分析,结果表明,盐膏层井眼缩径与岩层自身蠕变特性密切相关,井眼缩径率随着时间的增加而减小且最后趋于一稳定值,随着钻井液密度升高,井眼缩径率降低,当钻井液密度升至某一值时,井眼缩径率降至零,此密度即为临界钻井液密度(王斜78-1井的临界钻井液密度为2.4 kg/L)。钻井液密度高于此临界值并依据岩层自身蠕变特性合理安排作业时间是保证钻井过程中不发生缩径和卡钻等事故的必要条件。

采煤工作面长钻孔瓦斯抽采效果数值模拟

根据现场对煤层瓦斯基础参数的测定,在实验室对顺层长钻孔在异径条件下瓦斯浓度、抽放半径和流量等参数变化规律进行数值模拟计算,并在白山坪煤矿1265采煤工作面的溜子道进行抽放半径的效果检验,发现数值模拟计算结果与实测结果吻合较好。最终结果表明,为保证采煤工作面安全生产,钻孔直径应当75～100 mm较好。

顺层钻孔打钻偏斜规律研究及防范措施

通过对顺层钻孔打钻偏斜规律研究,掌握了矿井施工顺层钻孔期间偏斜规律,从而提高打钻质量。利用测斜技术测得施工钻孔偏斜数据,并对数据整理分析,结果表明:偏斜与钻孔倾角之间并无一般变化规律,但是整体来看,钻孔一般向上偏斜,一些钻孔产生上下偏斜(基本处于开孔位置);偏斜与钻孔夹角之间无一般变化规律,但由于车轮效应钻孔一般向钻头旋转方向偏斜,由于稳钻误差、开孔反向作用力影响在开孔位置产生偏斜;利用加权平均计算方法得到钻头直径为75 mm与92 mm,上下偏斜度分别为2.176 m与3.483 m,左右偏斜度分别为4.144 m与5.081 m;孔深超过60 m以上钻孔,设计施工倾角时,根据等高线计算结果上下调2°~3°。