基于摩尔-库伦准则以孔代巷上隅角瓦斯治理研究

为解决工作面U型通风上隅角瓦斯积聚问题,提出了以孔代巷的抽采工艺,根据摩尔-库伦破坏准则和采空区覆岩裂隙发育理论,分析了成孔过程孔壁变形和孔隙结构变化规律,得到了有效应力作用下孔壁煤体变形量;同时根据岩石力学公式,计算得到了高位钻孔的合理抽采层位。通过对比以孔代巷和普通钻孔的抽采数据表明:在钻孔终孔高度高于顶板43 m,负压20 kPa的条件下,以孔代巷抽采工艺下的单孔瓦斯抽采浓度达到58.92%,较普通钻孔提高了3.5倍;单孔瓦斯纯量达到0.045^(3)/min,相比普通抽放钻孔增加了8.5倍;采空区瓦斯涌出量降低到1.32^(3)/min,减少了29.03%,上隅角瓦斯浓度为0.14^(3)/min,降低了67.44%;采空区瓦斯抽采时间为45 d,比联络巷密封插管抽采减少了35 d,该研究对采空区上隅角瓦斯抽采提供了理论依据。

放顶煤工作面以孔代巷合理布孔参数

为了解决刘家梁矿2号煤层低含量赋存高强度开采引发工作上隅角瓦斯问题,缓解矿井因岩巷掘进造成采掘接替紧张的局面,提出了采用大直径高位走向长钻孔代替工作面低位岩石抽采巷的瓦斯治理技术,结合矿井2号煤层顶板煤岩物理力学参数,通过理论分析、UDEC、FLUENT数值模拟的方法,分别从工作面裂隙带发育、工作面采空区流场分布等不同的专业角度,分析、研究了瓦斯流通通道及赋存规律,为定向高位钻孔合理布孔层位选择提供理论支撑;结合1号钻场瓦斯抽采效果,修正工作面煤岩赋存资料,优化2号钻场抽采设计,调整钻孔布置参数,以工作面瓦斯抽采纯量、上隅角瓦斯浓度为指标,对不同条件下瓦斯治理效果进行对比,实践证明:走向高位长钻孔能够取代低位岩石抽采巷,用于低含量赋存、高强度开采的放顶煤工作上隅角瓦斯治理,治理效果显著,上隅角瓦斯浓度维持在0.6%以下。

王家岭煤业厚煤层工作面“以孔代巷”瓦斯抽采技术应用

为了解决传统瓦斯高抽巷造价高、难度大的问题,采用定向长钻孔技术达到“以孔代巷”治理瓦斯的目的。结合理论对工作面采动卸压瓦斯富集区域进行了分析,并得出钻孔布置垂直高度为15~60 m,水平范围为0~48 m,钻孔数量为6个。现场应用表明,1号定向钻场15 kPa负压抽采钻孔内的平均瓦斯抽采体积分数约6.0%,抽采期间工作面上隅角瓦斯体积分数均控制在0.60%以下。“以孔代巷”取得了较好的瓦斯治理效果。

综采工作面“以孔代巷”瓦斯治理参数优化研究

为有效降低综采工作面上隅角瓦斯积聚浓度,本文结合王家岭煤业18103工作面实际情况,提出了“以孔代巷”上隅角瓦斯治理技术,并设计了现场试验方案,通过分析不同钻孔布置参数的抽采效果,确定出钻孔孔径为127 mm,钻孔抽采负压30 k Pa左右,分支孔数量2个最佳。现场应用结果表明,18103工作面采用“以孔代巷”治理采空区瓦斯技术后,在瓦斯含量相对较高的区域,上隅角瓦斯浓度明显降低,能控制在0.6%以内,瓦斯含量相对较低的区域上隅角瓦斯浓度能控制在0.2%左右,治理效果明显。

上保护层开采下定向长钻孔抽采瓦斯技术研究

平煤十二矿己14-31110工作面上保护层开采期间,存在下邻近层瓦斯涌出量大的问题。为解决治理瓦斯时工程量大、利用率低的问题,在己14-31110工作面提出了适用于上保护层开采条件下“以孔代巷”的瓦斯抽采技术。通过现场试验,确定了定向钻孔布置方式、下筛管方法和封孔工艺等关键技术参数,形成了上保护层开采条件下“以孔代巷”瓦斯抽采技术体系,有效解决了下覆己15和己16-17煤层瓦斯涌入问题。结果表明:“以孔代巷”的瓦斯抽采技术有力解决了上保护层开采条件下的瓦斯难题,确保了工作面安全高效回采。

采动卸压瓦斯抽采以孔代巷技术研究与工程实践

为解决“U”形通风工作面上隅角及回风流瓦斯治理难题,在分析采动卸压瓦斯抽采以孔代巷技术原理与优势的基础上,根据工作面上覆岩层垮落规律确定了采动卸压瓦斯富集区,在平煤股份八矿己_(15)-15050工作面里段520 m施工顶板高位定向长钻孔代替高抽巷,进行采动卸压瓦斯抽采。试验结果表明:定向钻孔在3个月抽采期内,工作面上隅角及回风流瓦斯浓度均保持在0.4%~0.6%,工作面顶板裂隙带高浓度瓦斯区在垂向距煤层顶板25 m以上,瓦斯治理成本比高抽巷节约67.9%,治理工期可节省2/3,实现了矿井安全生产和降本增效的目标。

晋能集团马堡煤业采动区以孔代巷瓦斯精准抽采技术研究与工程实践

为解决采场瓦斯涌出量达20 m^3/min以上的上隅角瓦斯治理难题,基于回采过程中顶板上覆岩层动态运移规律和现场实际考察,确定出距顶板15~38 m、回风巷8~40 m为卸压瓦斯富集区域,利用定向钻机精准施工钻孔进行稳定高效抽采。通过在马堡煤业15203综采工作面施工5个定向长钻孔进行试验,在70 d抽采时间内,单孔抽采瓦斯纯流量最大达到10.41 m^3/min,钻场抽采瓦斯纯流量达到15.00 m^3/min,瓦斯抽采效果是普通钻孔的3~4倍,施工时间比高抽巷缩短约2/3,工程成本节约3/4左右,不仅有效缓解了矿井抽、掘、采衔接紧张的问题,而且实现了矿井瓦斯治理降本增效的目的。

顶板定向长钻孔“以孔代巷”抽采瓦斯技术研究

为探究行之有效的“以孔代巷”瓦斯抽采技术,解决端氏煤矿高抽巷工程量大、经济成本高等问题,提出顶板定向长钻孔替代高抽巷治理采空区瓦斯模式。采用FLAC 3D数值模拟确定3号煤层顶板以上15~45 m为最佳抽采层位,并基于定向钻进轨迹控制技术,在端氏煤矿3019工作面进行成孔试验。结果表明:钻进轨迹能够按照预设参数实施,成孔直径达153 mm,一次成孔深度420 m以上,钻孔进入稳定抽采阶段的平均抽采瓦斯浓度达18%、平均抽采瓦斯纯流量达8.7 m^3/min,钻孔抽采条件下工作面瓦斯抽采率达36.7%,工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.50%以下,解决了瓦斯超限问题。与高抽巷抽采技术相比,顶板定向长钻孔成本降低62.5%、施工工期缩短50%,验证了“以孔代巷”的合理性和可行性。

大直径定向钻孔以孔代巷上隅角瓦斯治理研究

为了解决晋能保德王家岭矿井18107综采工作面瓦斯突出造成的上隅角瓦斯体积分数超标问题,提出了大直径定向钻孔以孔代巷方案。实际监测结果显示,该方案有效降低了瓦斯体积分数,短周期的工程内,实现了长距离、低成本、高安全的瓦斯抽采,达到了以孔代巷的目的。