下向钻孔水渣输运机制与高效抽采试验研究

为了解决煤矿下向钻孔水渣积存导致瓦斯抽采效果差的问题,基于水力排渣、压风排水的分步输运方式,提出下向钻孔高效循环排水排渣新思路,计算水渣输运关键参数,研发下向钻孔水渣输运抽采一体化装备,并在义安煤矿开展现场试验。结果表明:下向钻孔水渣输运抽采一体化装备能有效排出粒径8 mm以内的煤岩屑,无外来水补充10 min内可排净孔内积水;经过排水排渣作业后,抽采单孔瓦斯体积分数由0提高到60%~85%;钻孔内有外来水源补充时,可采用不定期排水排渣,延长钻孔高效抽采时间,通过长时间效果考察可知,抽采体积分数提高了2.8~12.6倍。研究表明,下向钻孔水渣输运抽采一体化装备能够高效排出下向钻孔内的水渣,完成排渣、排水、抽采3种作业状态的快速切换和循环作业,提高下向钻孔抽采效率,为下向孔水力化增透技术和瓦斯高效抽采提供技术保障。

穿含水层下向钻孔瓦斯压力测定技术研究

针对赵庄煤矿8-1煤层下向瓦斯测压钻孔穿越2层灰岩含水层时,围岩松软、易破碎、易垮落,难以成孔,真实煤层瓦斯压力难以测定,通过分析穿含水层钻孔各封孔方法的适用条件,结合赵庄煤矿实际地质条件,在同一测压地点布置2个测压钻孔,1号钻孔采用全孔注浆-二次扫孔-注浆封孔方法进行封孔测压,结果未能成功堵水,测得水压0.98 MPa;2号钻孔采用双套管带压注浆封孔方法进行封孔测压,经试验,该方法较好地封堵了含水层裂隙、支固松软围岩,准确测得8-1煤层原始瓦斯压力为0.40 MPa。

基于压力恢复曲线的富水煤层瓦斯测压结果修正

为了探究下向孔内水对煤层瓦斯压力测定结果的影响,提出了基于瓦斯压力恢复曲线的富水煤层测压结果的修正方法。通过对测压钻孔周围瓦斯压力和水压力曲线分布的分析,发现测压钻孔内瓦斯压力恢复曲线为双曲线形,水压恢复曲线为直线形。针对不同形态的恢复曲线可以用此法剔除钻孔内水压对测压结果的影响,得出煤层瓦斯压力的真实值。在平煤一矿丁6煤层进行现场应用,并根据朗格缪尔公式反演出的瓦斯压力与修正压力进行对比分析,结果表明两者平均误差为0.08MPa,满足实际使用的精度要求,验证了此方法的可靠性。

多孔并联式压风排水技术的研究及其在瓦斯抽采中的应用

针对下行钻孔在瓦斯抽采过程中积水排出难和排水效率低的问题,提出了一种多孔并联式压风排水技术。根据两相流理论得出压风排水适用的条件及排水管在钻孔内的最大允许长度,设计了基于"压风排水"的下行钻孔封孔工艺和多孔并联式的排水系统。在余吾煤业公司S2107高抽巷的应用表明:试验钻孔瓦斯抽采浓度最高可达71%,单孔平均瓦斯抽采纯量为0.078 m3/min,单孔平均瓦斯抽采纯量与普通抽采孔相比提高了3.39倍。该技术不仅解决了下行钻孔内积水难以排出的问题,还实现了封孔、排水和瓦斯抽采的一体化,提高了瓦斯抽采效果。

贵州某厚层堆积体滑坡成因机理分析——以赤水市红星村滑坡为例

牛路口滑坡位于赤水市红星村习水河右岸,严重威胁了滑坡区下方的人员财产安全。通过对滑坡区气象水文、地形地貌、坡体结构特征等的分析,确定了滑坡的基本特征,判断了滑坡的成因机理。其成因机理主要为:在斜坡历史演变的基础上,降雨、地表水沿后缘裂隙、节理垂直入渗,导致岩土体力学强度降低,加上持续强降雨,地下水水位不断抬升,动水压力加大,加速了斜坡变形,最终形成推移式滑坡。针对滑坡的成因建议采取排水、减载、支挡等综合措施。

煤田积水采空区井地电位法三维有限差分正演模拟

煤田积水采空区是威胁矿井安全的主要因素之一。针对井地电位法特定的边值问题,推导出了相应的有限差分格式,结合煤田积水采空区的电性特征及分布特点,设计了多个地电模型,分别利用有限差分法对其进行了正演模拟。正演结果表明,井地电位法对单个积水采空区及横向上分布的多个积水采空区识别能力较好,而对垂向分布的多个积水采空区识别能力较弱。研究结果对于煤田积水采空区的探测研究具有一定的参考价值。

下向瓦斯抽采钻孔自动排水技术试验及装置的开发

针对矿井在采用下向钻孔抽采瓦斯过程中,由于岩石和煤含水多,钻孔内的积水无法有效地排出抽采通道的问题,开发设计了1套下向钻孔抽采瓦斯自动排水工艺及装置。介绍了该工艺及装置的技术特点、工作流程,并在兴山煤矿进行了现场试验,结果表明:该工艺解决了下向钻孔积水后瓦斯抽采效果较差的难题,提高了下向钻孔瓦斯抽采效率,减少了抽采巷道和钻场工程量,提高了瓦斯抽采钻孔利用率。

含水煤岩层下向钻孔多孔并联自动抽排水技术

含水煤岩层的下向瓦斯抽采钻孔中一般会积存大量的水,造成钻孔堵塞和有效气流断面减小,影响煤层瓦斯运移产出和钻孔孔壁的稳定性,严重制约了瓦斯抽采效果。为解决含水煤岩层下向瓦斯抽采钻孔的积水问题,采用多孔并联自动抽排水工艺,开发了下向抽采钻孔自动抽排水系统,设计了多孔并联的排水管路布置方式,通过将排水管路下入钻孔内,并利用集排水管路实现多个下向抽采钻孔排水管路并联,在矿用隔爆兼本安型可编程控制箱控制矿用电动阀和矿用排水泵协调工作下,实现多个下向抽采钻孔自动循环排水操作,该技术克服了压风排水对钻孔稳定性影响和煤渣堵塞抽采管路的弊端,并且不影响抽采钻孔的正常瓦斯抽采,实现了集约化、高效化排水的目的,提升了煤矿井下钻孔排水的自动化程度。结果表明:通过在山西霍尔辛赫煤矿煤矿3307工作面开切眼开展多孔并联自动抽排水技术应用,试验下向抽采钻孔共5个,钻孔倾角3°~15°,钻孔深度75~100 m,排水管路和集排水管路采用直径25 mm和50 mm矿用聚氯乙烯管,系统设定单孔自动排水时间2 min。考察试验钻孔单孔瓦斯抽采体积分数由原来的5%~13.8%提高至23.3%~53.6%,提高了2.19~3.87倍;单孔瓦斯抽采纯量提高至0.0289~0.0524 m^(3)/min,提高了1.68~2.94倍,显著提高钻孔瓦斯抽采效果,有效解决了含水煤岩层下向瓦斯抽采钻孔积水问题,确保了钻孔瓦斯抽采通道的畅通。

负角度定向长钻孔瓦斯抽采完孔工艺研究

定向长钻孔预抽煤层瓦斯是实现煤矿瓦斯区域超前治理的有效技术手段,受采掘部署影响,负角度钻孔(下向孔)在生产中应用广泛。中硬煤层成孔性好、通常无需护孔,但针对负角度长钻孔积水问题,现有常规方法均无法有效解决。以贵州龙凤煤矿9号中硬煤层下向长钻孔为研究对象,在同一区域施工2组定向长钻孔,钻孔平均倾角–8°,钻孔孔深240~363 m、垂深40.0 m,对比分析了长距离、大垂深定向长钻孔护孔和未护孔2种完孔工艺的瓦斯抽采效果差异。结果表明:在抽采前期,采取护孔工艺的负角度定向长钻孔平均瓦斯抽采量为2.09 m^(3)/min,未采取护孔工艺的为1.87 m^(3)/min,二者差别不大;但护孔工艺定向长钻孔瓦斯抽采量衰减系数是未护孔的61.54%,以抽采400d为例,护孔工艺定向长钻孔瓦斯抽采总量是未护孔的1.40倍;经理论计算,采取筛管护孔工艺钻场抽采达标时间比未护孔钻场缩短了157 d。从长期抽采效果来看,在缺乏有效排水措施的前提下,采取护孔工艺能够有效提高负角度定向长钻孔的瓦斯抽采效果。

提高下向钻孔抽采效果的技术研究

北一(6-2)轨道上山下部车场高抽巷下向钻孔成孔、护孔、排渣及抽采中排水困难导致下向钻孔抽采效果差。通过全程下套管提高成孔率,采用多步段封孔技术提高封孔严密性,在孔内加设高压气管,利用高压气体清除孔内积水及煤岩粉,切实提高了下向钻孔的抽采效果。

过水大断面截流堵巷工程若干关键技术问题的探讨

在过水巷道中灌注骨料建造阻水墙是实现突水矿井水害治理的重要手段,阻水墙建造的关键技术问题长期以来缺乏理论技术支撑。从骨料灌注期间的水力学状态、堆积体的“生长-接顶”机制、截流施工参数、墙体受力特征、建造技术综合优化等方面进行了研究和探讨,结果表明:①截流过程可分为4个阶段,即骨料灌注前的施工准备阶段、铺底-充填阶段、骨料接顶阶段、注浆加固阶段,结合固液两相流数值模型验证了截流期间流量在时空上的动态分布效应。②灌注期间骨料运移受流场作用存在筛选效应,堆积形态与流速密切相关,当骨料灌注过程与流速总体匹配时堆积高度和长度可同步增长并向上游逆向接顶直至成功截流,如果水流流速过低则会提前接顶并在孔间留下空腔。③巷道倾角越大骨料向上山方向的起动流速越大,向下山方向越小,且下山中灌注时堆积长度更大、高度更低,不利于成本和工期的控制。④从能量守恒、渗流突破、浆液初凝时效3个角度提出了骨料堆积长度的估算方法,分析了不同预测方法的适用性,指出巷道倾角、分支巷、冲刷效应对骨料灌注量的影响。模拟得出5 MPa上游水压对阻水墙的最大应力影响范围不超过50 m,表明注浆加固重点区域是上游距来水端较近的范围。⑤提出施工前尽量避开不利因素,综合研判设计治水方案,截流过程中结合施工信息动态反馈对技术方案进行实时调整,以最小投入实现最佳堵水效果。

下行抽采钻孔排渣及排水技术研究与应用

我国很多煤矿区域瓦斯治理措施以高位巷穿层钻孔抽采为主,但是在实际抽采过程中发现瓦斯抽采浓度很低,瓦斯预抽效果不佳,主要是因为高位巷施工下行穿层抽采钻孔时,受到岩渣、煤渣、积水重力作用的影响,造成钻孔内的积水、积渣难以排出,进而影响封孔质量、降低瓦斯抽采效果。为了彻底解决下行抽采钻孔内积水、积渣问题,运用气举反循环原理,研制了新型浅入式排水器。在实践过程中,该装置能与钻孔工序有机结合,使用方便且排渣快速高效,并形成了一整套下行抽采钻孔排渣排水工艺体系。该研究成果能显著提高下行抽采钻孔瓦斯抽采浓度,确保瓦斯治理效果。

钻孔超前探水技术在井下掘进巷道中的应用研究

通过对钻孔超前探水技术原理进行分析,得出该技术抗干扰能力强,同时对微弱信号较为敏感,是一种较好的巷道超前探水方法。对矿井的回风槽应用YZT6钻孔超前探测仪进行了实际探测,采用视极化率和视电导率两个参数进行隐患评估。探测数据结果表明,掘进方向存在3处异常点,分析后推测,在中心半径40m范围内,2#孔63m和3#孔45m处存在裂隙隐患区,3#孔59m处存在积水采空区引起的联通异常体。

采空区探放水技术在伯方煤矿的应用

伯方煤矿为了防止水害事故的发生,对3108(I)回风顺槽、3110采空区积水进行了设计,实施了严格的探放水制度,为今后工作面探放水积累了经验。

煤矿下向抽采钻孔积水诊断与积水量计算方法研究

煤矿下向抽采钻孔孔深、孔径小,且瓦斯抽采孔的数量和钻进深度急剧增加,如何有效地排出下向钻孔中积存的水,成为了高效抽采瓦斯、保证煤矿安全生产的一大难题。针对下向抽采钻孔积水的问题,在直观诊断法的基础上,提出了基于下向钻孔抽采流量、抽采负压变化曲线和放水量多数据关联分析的下向钻孔积水异常诊断方法。通过激光测距计算钻孔内积水量,建立积水判断标准,以提前预测下向钻孔积水状态,包括下向钻孔不积水、轻微积水、中等积水和积水严重,为及时采取有效的排水措施奠定基础。

富水区域软煤层下向钻孔自动排水装置研究

富水松软煤岩层下向抽采钻孔渗水量较大,当前排水措施不能做到及时排水,影响钻孔瓦斯抽采效果,且积水易导致钻孔进一步塌孔使钻孔失效。为了解决此问题,研究一种富水区域软煤层下向钻孔自动排水装置。通过自动检测钻孔内积水深度,程序控制排水时机,避免钻孔长期处于浸水条件,同时通过压力控制排水深度可以有效避免软煤岩层钻孔小范围塌孔导致的排水管失效。该装置为富水条件下软弱煤岩层下向抽采钻孔排水保孔提供了一种新的技术手段,有利于提高煤层瓦斯抽采效率。

倾斜长钻孔疏放上部采空区积水技术与研究

以某矿上部工作面采空区积水疏放为工程背景,通过分析估算上部采空区积水量,采用倾斜长钻孔疏放技术,将上部采空区积水提前疏放,原计划单孔出水量119 m^(3)/h,实际钻孔出水量达130 m^(3)/h,加快了疏水进度,累计放水2052 m^(3)。防水结束后,补孔验证采空区无积水,回采过程中无渗水涌水现象,解决了下部工作面开采期间受上部积水区突水威胁问题,且通过孔口管注浆固结的方式解决了钻孔塌孔、冲蚀的问题。研究可为类似工程条件下的矿井防治水提供借鉴。

高富水条件下下向抽采钻孔防水技术

基于顾北矿4煤层顶底板富水丰富,造成下向钻孔施工困难,瓦斯抽采效果不佳,研究了高富水条件下下向钻孔的成孔、护孔、封孔、排水等工艺。研究结果表明:采用注浆防水和排水措施的5#钻场平均单孔流量约是未采取措施的2-3#钻场的2倍。5#钻场初始平均单孔浓度是2-3#钻场初始平均单孔浓度的10倍,经过14 d抽采,仍然保持在到4倍以上。采用注浆和排水措施显著提高了下向钻孔抽采瓦斯的效率。