局部正压通风方法解决采面低氧问题的试验及模拟研究

针对浅埋近距离煤层群工作面易产生低氧现象的难题,以山西某矿3105工作面低氧问题为研究背景,采用理论分析、相似模拟及数值模拟方法进行了研究。分析得出煤层地质条件、工作面通风方式、大气压力变化和自然风压是工作面产生低氧现象的主要原因,并探究了采用局部正压通风方法解决采面低氧问题的可行性。结果表明:采用负压通风时,增加风速不能明显提高工作面上隅角区域的氧气体积分数,仍低于20%;采用局部正压通风时,采场内20%氧气体积分数等值线在通风风速达到1.6 m/s时,与工作面呈平行状态,增加风速能有效提高采面上隅角的氧气体积分数;采用局部正压通风回风巷增阻时,相较于单一的局部正压通风能够在更小的风速条件下解决采面低氧的问题,且一定程度上有利于防范采空区遗煤自然发火。利用COMSOL仿真软件,建立工作面采场气体运移模型,开展了不同通风方法、不同风速条件下的采空区氧气体积分数分布及运移规律研究,数值模拟结果与试验测定结果基本一致。3105工作面现场实践表明,采用局部正压通风回风巷增阻的技术措施能够有效解决工作面低氧问题,工作面上隅角及回风流的氧气体积分数由15%上升到20%以上,并始终保持正常水平,确保了工作面的安全生产。

低瓦斯矿井综采工作面上隅角瓦斯超限机理及治理技术

店坪煤矿203工作面回采期间,上隅角多次出现瓦斯超限现象,治理难度大,严重制约着工作面安全高效回采。分别从地质构造、围岩裂隙情况、通风方式、邻近采空区影响等几方面,分析了上隅角瓦斯超限原因,并根据回采现状,优化工作面通风方式;采用Y型通风系统,提出了“高位瓦斯钻孔+采空区大直径钻孔负压抽采+顺层钻孔抽采”联合瓦斯抽采技术。通过现场实际应用效果来看,上隅角瓦斯浓度降低至0.4%,回风流中瓦斯浓度降低至0.9%,落煤点瓦斯浓度降低至0.6%,取得了显著应用成效。

基于对比度 区域均匀性图分析的综放工作面上隅角瓦斯超限预警算法研究

综放工作面上隅角通风困难,瓦斯难以有效排出,容易导致瓦斯积聚。当浓度达到一定程度时,容易诱发瓦斯超限事件甚至瓦斯爆炸事故,对井下作业人员和设备造成严重威胁。为应对此问题,提出了基于对比度区域均匀性图分析的综放工作面上隅角瓦斯超限预警算法。该算法使用时空克里金插值法,构建综放工作面上隅角瓦斯数据点插值模型,利用综放工作面已知数据,获取瓦斯采样点的信息,根据时空变异函数、时空协方差函数表征各采样点间的时空相关关联性,估计瓦斯未知采样点的时空信息,利用马特隆模型拟合所有采样点,以得到综放工作面上隅角瓦斯对比度区域均匀性图,通过此图明确综放工作面上隅角瓦斯浓度,通过评估标准确定其风险等级,进而启动相应的防范措施。实验结果表明,对比度区域均匀性图分析可准确预测上隅角瓦斯浓度及其变化特征,且预警精度高。

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。

近距离煤层采掘关系对下位巷道围岩变形规律影响研究

近距离煤层上煤层工作面与下位煤层巷道采掘关系发生变化时,巷道围岩变形失稳机理会更加复杂,而目前针对上煤层工作面与下位煤层巷道推进方向不同时巷道受载动态演化规律及失稳特征的研究较少。以陕北能东煤矿近距离煤层为研究对象,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法,对上煤层工作面回采后下位煤层巷道的稳定性进行了研究。理论分析得出,上煤层工作面开采后所产生的底板裂隙深度为22.5 m,未发育至下位煤层巷道。按采掘空间位置关系将回采工作面与巷道分为相向、相交、背向3个状态,数值模拟当巷道与工作面的空间位置关系发生变化时下位煤层巷道围岩的变形情况,结果表明:①上煤层工作面与下位煤层巷道的采掘关系为相交与背向推进时,巷道围岩应力呈先增后减再增的趋势,在推进距离为90 m时,最大应力为6.5 MPa,应力集中系数为1.49,在推进距离为100~110 m时,巷道围岩应力降低幅度最大,降低了53.2%,在推进距离为150 m时应力最小,为0.95 MPa,之后不断增大,直到恢复至原岩应力。②巷道围岩位移量在推进距离为100~150 m时增长幅度较大,在150 m时顶板位移量达到最大,为0.036 m,随着巷道越接近边界煤柱,其巷道位移量越小。现场实测结果表明:上煤层工作面过下位煤层巷道时,巷道位移量显著增长,顶板最大位移量为3.41 cm,与数值模拟结果一致;相交推进过程中若地质条件简单可以适当加快推进速度,减小上煤层工作面开采对下位煤层巷道的影响。

成庄矿大采高工作面瓦斯分区段抽采方法研究

针对成庄矿3号煤层4323工作面回采过程中存在的瓦斯浓度高问题,采用理论分析与现场监测现结合的方法,研究了该工作面瓦斯存在的风险性及其综合抽采方法。结果表明,目前工作面实际供风量不能满足工作面实际需风量要求,有可能发生瓦斯突出风险,必须对瓦斯进行抽采。研究提出了地表钻井瓦斯抽采、采空区布设管理及裂隙带钻孔抽采、工作面顺层及穿层抽采相结合的分区段瓦斯抽采方法。通过现场实践,工作面瓦斯平均有效抽采量达到涌出量的86%;工作面上隅角最大瓦斯浓度变化范围为0.55%~0.72%,平均瓦斯浓度变化范围为0.17%~0.46%,没有出现瓦斯超限情况,对上隅角进行瓦斯抽采取得了良好的效果;在采空区瓦斯总体涌出量一定的条件下,采空区布设管路及裂隙带钻孔瓦斯抽采表现为互补关系,能够实现对采空区瓦斯的有效抽采,保证工作面回采安全。

上煤层扰动下综放工作面覆岩运移及矿压显现规律研究

近年来,准格尔煤田大多数矿井已进入了6^(#)、10^(#)、11^(#)等第二主采煤层的开采,平均厚度可达10 m以上,故大多数煤矿都选用综放开采技术进行回采。受上煤层开采的影响,下部综放工作面覆岩运移、矿压显现及顶板来压来源更为复杂。利用理论分析、相似模拟及现场实测等方法,以黄玉川226上02综放工作面为例,对上煤层扰动下综放工作面覆岩运移、矿压显现等规律展开了研究。主要结论有:中间岩层未完全破断前,覆岩呈分层垮落特征,破坏范围以阶梯式向上发展,下部综放工作面出现小周期来压,来压步距较大、强度较小;中间岩层完全破断时,两煤层破坏区域贯通,覆岩发生大范围台阶式下沉,下部综放工作面易发生压架、垮顶等矿压突变事故;中间岩层完全破断后,覆岩出现“台阶岩梁”结构,且破坏边界裂隙不断增大,下部综放工作面出现大周期来压,来压步距减小、强度增大。同时,通过对覆岩运移规律的研究,分析上煤层扰动下综放工作面顶板来压来源,确定其支架载荷计算方法,并以黄玉川226上02综放工作面为例制定控制采高、增加支架工作阻力等针对性综合控制措施,在现场实施后取得了较好的控制效果。

倾斜厚煤层综放工作面伪斜长度与上隅角瓦斯浓度耦合机制研究

倾角煤层的开采,常伴随输送机上窜、下滑问题。一般通过增加伪斜长度来确保液压支架的正常移动,并为机头机位提供更多作业空间,但伪斜长度增加会影响架间和上隅角瓦斯变化,导致工作面出现瓦斯浓度异常现象。针对倾斜厚煤层开采中容易出现上隅角瓦斯超限的问题,应用Fluent数值模拟软件,分析不同伪斜长度下采空区瓦斯浓度分布规律,确定最优伪斜长度。为研究采空区瓦斯运移规律,应用Fluent数值模拟软件,在伪斜长度分别为20、25、30、35 m条件下对“U”型通风方式下的采空区瓦斯分布及流场情况进行研究。模拟发现:伪斜长度在一定程度上影响采空区内的风流,使得采空区内风流紊乱,瓦斯局部地区集聚严重,进而对采空区内的瓦斯分布及运移造成一定的影响。研究结果表明:工作面伪斜长度对于采空区瓦斯浓度分布有显影响,随着伪斜长度的增加,采空区内风流发生提前转向,导致采空区瓦斯提前向工作面涌出,瓦斯异常区从上隅角处逐渐向工作面偏移,上隅角瓦斯浓度逐渐降低。通过模拟结果对现场伪斜长度优化应用后,试验工作面在伪斜长度25 m左右时,上隅角、回风巷最大瓦斯体积分数均控制在1%以内,工作面未出现瓦斯异常积聚现象。模拟结果与现场观测结果吻合,得到最优伪斜长度为25 m。

跨工作面采空区瓦斯抽采技术研究

Y型通风连续回采工作面采用沿空留巷技术提高煤炭采出率,随着工作面回采,采空区会扩大、连通,回风隅角和挡矸架内风流不畅,瓦斯不仅容易积聚,还很难稀释吹散,导致超限报警频繁。目前针对回风隅角和挡矸架内瓦斯积聚问题的解决方案,无法实现对采空区的持续抽采,且抽采能力较为分散,难以保证治理效果。针对Y型通风连续回采工作面采空区瓦斯治理难题,以东峰煤矿3202工作面为工程背景,提出一种跨工作面采空区瓦斯抽采技术。在相邻工作面的回风巷内施工定向长钻孔至采空区顶板断裂带,定向长钻孔抽采管路在工作面回采后无需撤管,可持续抽采采空区瓦斯,最大限度降低采空区及其顶板断裂带瓦斯存量,形成跨工作面,对采空区瓦斯进行抽采,减少了相邻采空区积聚瓦斯,有效防止顶板大面积垮落时采空区瓦斯突然扇出带来的瓦斯灾害。试验结果表明:跨工作面钻孔距离巷道顶板30~40 m,跨工作面定向长钻孔终孔位置在水平方向上距轨道巷20~40 m时抽采效果理想;施工定向长钻孔至采空区顶板断裂带,持续抽采采空区瓦斯,挡矸架内的瓦斯体积分数由0.67%降至0.22%,回风流瓦斯体积分数由0.47%降至0.18%,回采期间3202工作面瓦斯体积分数保持在0.6%以下。跨工作面采空区瓦斯抽采技术为采空区的瓦斯抽采方式提供了新思路。

浅埋近距离煤层群综放工作面回风隅角低氧治理技术

针对浅埋近距离煤层群开采过程中经常会出现的上隅角现象防治难题,以陕北小保当煤矿112207工作面为研究对象,提出了基于引射原理的工作面低氧防治技术并利用数值模拟软件,对不同引射风流条件下工作面风速及氧浓度变化规律进行分析。模拟结果表明:引射风流对工作面回风隅角低氧环境改善效果良好,引射风流方向与回风巷倾斜设置时,效果最佳。此位置条件下引射风速8 m/s便可有效消除回风隅角低氧现象,使整体氧浓度保持在19%以上。最后,通过现场试验对数值模拟结果进行了验证,检验了所提出的基于风流引射技术的回风隅角低氧方法的有效性。研究成果能够对工作面回风隅角低氧防治工作提供一定的指导。

分层综采工作面采动井层位优化及高效抽采研究

为解决综采工作面开采过程中上隅角瓦斯易超限的问题,采用地面采动井来进行采动区裂隙带瓦斯抽采。基于综采工作面开采后形成的“O”形圈理论,借鉴沁水盆地已实施的采动井施工经验,并经理论计算最终确定了采动井的最佳布置层位,即:水平层位布置在距回风巷一侧42 m,垂直层位为钻井末端距采空区底部22 m。通过采动井运行前后的实测对比,上隅角瓦斯浓度由0.76%降低并稳定至0.35%,工作面瓦斯涌出量降低了2.08 m3/min,工作面最终实现了采中和采后的连续抽采。研究结果表明,采动井高效抽采有效杜绝了综采工作面瓦斯超限,在岳城矿的推广应用为其他类似矿井综采面的瓦斯治理提供了解决方案。

大采高工作面端头静态胀裂切顶技术研究

大采高工作面回采过程中,端头后方顶板不易及时垮落。优选适应性高、安全高效的大采高工作面端头切顶技术与工艺,对于煤矿安全生产具有一定现实意义。通过对高效煤岩静态胀裂剂性能和现场工程应用实践的不断探索和深入,以大柳煤矿1405大采高工作面隅角悬顶问题为研究背景,采用高效煤岩静态胀裂切顶卸压技术,通过优化设计钻孔关键参数及数值模拟分析等技术手段,构建一套适用于大采高强矿压工作面的静态胀裂切顶技术与工艺,使端头顶板实现定向垮落。经实践表明,高效煤岩静态胀裂切顶卸压技术保证了顶板及时垮落,有效防止了端头处坚硬顶板悬顶距离过长对巷道内超前支护段造成强矿压影响。

润东煤业局部高瓦斯区域瓦斯治理技术实践

为遏制矿井因采掘深度延伸而导致的回采工作面局部瓦斯涌出量增大的问题,采用顶板高位钻孔方法对主采的3号煤层回采工作面进行了裂隙带瓦斯抽采,通过对回采工作面采空区“三带”的数值模拟分析,得出该矿回采工作面采空区垮落带高度16.5 m,裂隙带高度16.5~57.2 m。通过现场实践,施工的顶板高位钻孔有效解决了工作面瓦斯涌出导致的超限问题,上隅角瓦斯浓度由治理前的0.7%降至0.26%,回风流瓦斯浓度由治理前的0.6%降至措施后的0.15%,措施的实施有效保障了工作面的安全生产。

综采工作面上隅角瓦斯综合治理技术应用

针对店坪煤矿204综采工作面回采期间出现的上隅角瓦斯浓度较高,严重制约工作面安全生产问题,对上隅角瓦斯浓度较高产生的原因进行了梳理分析,针对性应用了采空区埋管抽采瓦斯、顶板裂隙带布置高位钻孔抽采瓦斯以及在上隅角安装使用风水引射器等瓦斯综合治理技术。应用结果表明,采用瓦斯综合治理技术后,204综采工作面上隅角瓦斯浓度稳定在0.5%以下,瓦斯治理效果明显。

综采工作面上隅角瓦斯综合治理技术研究及应用

为了杜绝N10909综采工作面上隅角瓦斯超限现象,保证工作面安全高效回采,申家庄煤矿通过技术研究,决定采用对工作面煤层布置顺层交替瓦斯抽采钻孔、对采空区上覆顶板布置高位裂隙钻孔、对采空区内埋管、安装风流引射器及风障等综合瓦斯治理技术。应用实践表明:对上隅角采取综合瓦斯治理技术后,上隅角瓦斯体积分数降低至3%以下,回风流中瓦斯体积分数控制在0.8%以下,取得了显著应用成效。

铺龙湾矿U型通风工作面采空区瓦斯抽采技术研究

目的为分析采空区U型通风系统技术的应用效果。方法为分析采空区U型工作面瓦斯积聚的原因,通过风量管理,针对性的采用U型通风系统抽采技术。结果是采用U型通风系统后,采空区瓦斯浓度得到了有效控制,工作面上隅角积聚的瓦斯问题也得到了良好解决。结论为煤矿回采工作面采用U型通风系统可以有效解决瓦斯积聚问题,降低了瓦斯的控制难度,实现了采煤工作的综合机械化生产。

综放工作面上隅角低氧区域综合治理技术实践探析

以麻家梁矿14203-1综放工作面为研究背景,针对工作面在回采期间存在的上隅角低氧、CO气体超限现象,提出加强综放工作面的端头封堵、退锚作业、优化回采工艺、合理控制工作面注氮量以及在工作面上隅角安装引射式瓦斯稀释器等综合治理技术。实践表明,该技术治理效果良好,矿井安全生产得到了有效保障。

综放工作面上隅角低氧研究及治理技术

综放工作面低氧严重影响操作人员的健康,同时影响工作面的回采效率。为解决建新煤矿4212综放工作面上隅角出现的低氧问题,通过对工作面的通风情况进行分析,得出工作面上隅角出现低氧现象是煤层地质条件、采空区注惰性气体、上覆采空区漏风等系列因素综合作用的结果。结合现场条件分析,采用在该工作面上隅角插管、辅以上下隅角封堵相结合的综合治理措施,使工作面从低氧浓度16.8%~18.4%转为安全氧气浓度18.9%~20.4%。实践表明,该治理技术的实施使工作面上隅角氧气浓度达到了规定范围,有效控制了4212综放工作面上隅角氧气浓度较低问题,保障了工作面的安全生产,综合措施治理低氧问题效果显著。

文家坡煤矿工作面漏风规律及隅角封堵效果

为解决陕西彬长文家坡煤矿4105工作面采空区因工作面漏风易引发煤自燃的潜在安全隐患,利用SF6示踪法检测采空区漏风通道,掌握工作面漏风规律。利用COMSOL数值模拟软件分析不同封堵条件下的采空区瓦斯运移规律,明确了同封堵条件下的采空区瓦斯运移效果。研究结果表明,工作面100#~120#支架之间30 m范围内SF6响应度显著,存在明显漏风通道或数量较多的细小漏风通道;上下隅角均未封堵的情况下,漏风量最大,且漏风迹线遍布整个采空区,遗煤自燃概率最大;仅封堵下隅角时,漏风量相对减少,且漏风迹线在采空区中部分布较少,遗煤自燃概率有所降低。同时,对上下隅角进行封堵时,漏风量最少,且漏风迹线在采空区中部分布、工作面与采空区交界面附近分布较少,遗煤自燃概率最低。采空区漏风封堵时应对上下隅角同时进行封堵,切断漏风通道,减少采空区漏风。

采煤工作面上隅角瓦斯抽采技术的探索

通过分析采煤工作面上隅角瓦斯的来源和积聚机理,归纳总结出6种抽采上隅角瓦斯的方法,并分析了各种方法的适用条件及优缺点,为抽采上隅角瓦斯各种方法的应用提供了理论依据,有效防止采煤工作面上隅角瓦斯超限情况,进而确保矿井的安全生产。