焦作矿区底抽巷穿层钻孔瓦斯抽放浓度控制技术研究

为研究焦作矿区底抽巷穿层钻孔瓦斯抽放浓度的控制技术,以单组钻孔的总冲煤量为指标,考察了瓦斯抽放浓度与冲煤量的相关性规律,验证了冲煤量应控制到合理程度;以窥视钻孔不同位置围岩破碎程度不同为切入点,分析了不同位置穿层钻孔的瓦斯抽放浓度及其与破碎程度的关系;以大数据为依托,对比了喷浆段与未喷浆段瓦斯抽放浓度,验证了喷浆加固可降低瓦斯抽放浓度的衰减,提高了瓦斯抽放效率。

新型防超限装置焦作矿区施钻效果分析

构造煤发育地区,施钻期间易导致喷孔,瓦斯会大量涌出,若采取措施不当,会导致巷道瓦斯浓度超限,采用防喷装置阻止瓦斯和煤渣涌出具有重要作用。利用研制的新型防超限系列装置在九里山矿进行了应用,该套装置重点改进了密封设计、煤水计量及质量等。现场应用效果显示:施钻工程量明显减少,每米冲煤量显著提高,初始抽采瓦斯浓度基本在30%以上,将近70%的钻孔初始抽采瓦斯浓度超过50%,抽采瓦斯纯量也较实施前提高了1倍,预抽周期可缩短1/2,能够显著提高钻孔施工和瓦斯抽采效率。

单一低透气性煤层底抽巷穿层钻孔“三堵两注”封孔方法研究应用

针对常规支护条件下,焦作矿区底抽巷成巷后以及穿层抽采钻孔(水力冲孔增透)施工前后巷道不同位置处(顶板与肩窝)围岩变形规律,在中马村煤矿3900底抽巷开展考察,分析了底抽巷围岩破坏的影响因素及裂隙发育特征,并结合不同施工参数条件下穿层钻孔抽采浓度衰减规律,确定了底板岩巷围岩变形特征与穿层钻孔抽采衰减规律的相关性。提出“三堵两注、分段注浆”囊袋注浆封孔工艺,确定合理二次注浆封孔时机,并在中马村煤矿3901中间底抽巷进行工业性试验,可延长钻孔抽采寿命、提高抽采效率,为突出矿井底板岩巷穿层钻孔抽采模式下,进一步提高瓦斯治理效果、消除薄弱环节,实现安全高效开采提供借鉴。

时空效应下不同孔径超前钻孔有效排放半径研究

为解决煤矿在施工过程中局部防突问题,进行现场实测并结合数值模拟计算,研究瓦斯排放钻孔影响半径在不同排放时间和不同超前钻孔直径影响下的变化规律。研究结果表明:对于同一孔径的钻孔,在一定时间内影响半径随着时间的增加而增加,不同直径的钻孔呈不同的函数关系;对于不同的孔径,影响半径随着钻孔直径的增加而增加,研究结果可为矿井作业中治理煤与瓦斯局部突出提供重要参考。

九里山矿底板岩巷施钻瓦斯涌出规律研究

以焦作矿区九里山矿为例,通过实测堆煤瓦斯涌出量及钻孔下风侧距离钻孔不同距离断面上的瓦斯体积分数,研究底板岩巷施钻期间瓦斯涌出来源、涌出量及其变化规律。结果表明:堆煤瓦斯释放量相对较低,通过正常通风不会导致瓦斯体积分数超限;正常施钻期间,钻孔瓦斯涌出量相对较高,距钻孔不同距离,瓦斯体积分数不断变化,整体呈现出逐渐降低的趋势,但在距离钻孔下风侧2 m的位置上,仍然可能导致瓦斯体积分数超限。

高通风阻力矿井通风系统优化与改造研究

针对九里山矿南风井系统通风阻力大、16采区部分用风地点风量紧张的问题,对矿井通风参数进行了技术测定,提出了3种通风系统优化改造方案,通过对各方案进行网络解算并进行技术经济比较,认为采用增加西总回风并联巷道并将南风井风机角度下调至25°后,在满足各用风地点风量的情况下,南风井系统通风阻力大幅度降低,风机能耗也进一步降低,风机整体运行工况稳定、可靠、高效,且能满足2022年12月以后生产系统发生较大变化后安全生产需要,该优化改造方案具有显著的安全经济效益。

突出煤层钻孔施工防瓦斯超限技术及装备

针对穿层钻孔施工(水力冲孔)期间瓦斯喷孔的问题,分析确定了水力冲孔作业期间容易引起作业空间瓦斯超限的因素,从解决孔口-防喷装置、钻杆-防喷装置、集气箱排渣处、钻杆水尾等关键地点的密封问题入手,研发了孔口防喷装置,并通过分源抽采自动控制解决抽采能力的合理匹配;防喷装置创新性的采用皮垫-毛刷综合密封,起到了良好密封效果;配套设计了瓦斯缓冲装置,能够起到缓冲、储存瓦斯的作用,有效降低防喷装置内瓦斯冲击压力;同时,根据现场反馈情况从尺寸、材料等方面进行不断优化,提高防喷装置的轻便性及耐用性,形成了完善的穿层钻孔施工(水力冲孔)防超限技术及系列化装备。

地面钻井压裂区域瓦斯赋存影响规律及应用研究

针对九里山矿二1煤层瓦斯含量高,煤层透气性差,抽采衰减速度快的特点,为提高瓦斯抽采效果,实施了地面钻井水力压裂增透措施;为考察水力压裂影响范围内瓦斯赋存影响规律,在压裂影响区域内外开展相关考察。结果表明,在压裂影响范围内,煤层透气性增加,抽采效果大大提高,单组钻孔抽采纯流量提高1.65~2.36倍;压裂后煤体应力由压裂区向外运移,在压裂影响范围的边缘形成应力集中带,地应力及瓦斯压力增加,瓦斯压力梯度增大,初始钻孔流量增大。

基于SF_(6)示踪气体的沿空留巷采空区瓦斯运移规律研究

通过在古汉山矿1604工作面运输顺槽沿空留巷段、切眼等不同地点释放SF_(6)示踪气体,沿工作面切眼及回风巷不同位置测定SF_(6)示踪气体及瓦斯浓度,并结合风量测定确定了沿空留巷段、切眼的漏风规律及采空区瓦斯运移规律,同时通过测定高位巷内SF_(6)示踪气体,深入分析了高位巷抽采采空区瓦斯的通道及运移规律。通过测定可知,沿空留巷段及切眼下部为漏风主要通道,漏风量达250 m^(3)/min,同时确定了高位抽采瓦斯主要来源为采空区深部瓦斯,研究成果为沿空留巷条件下综放工作面的瓦斯治理提供了依据。

综放工作面沿空留巷采空区侧围岩控制技术

对焦作矿区某矿1604综放工作面沿空留巷段采空区侧围岩进行控制,通过现场调研、实践探索对沿空留巷段采空区围岩控制进行了实践应用,形成了“切(超前预裂切缝)、补(顶板补强支护)、护(巷帮挡矸防护)、支(滞后临时支护)”为核心的沿空留巷工艺,并在现场得到了验证,取得较好的现场效果。

履带式煤水(气)分离及计量输送装置研究

针对穿层钻孔施工(水力冲孔)过程中煤水(气)混合物无法有效分离、计量不准、工作人员劳动强度大等难题,研制了履带式煤水(气)分离及计量输送装置。装置采用履带行走,转动部分采用液压控制,气、水分离及计量系统采用集成智能控制,达到全部自动化的目标。煤水(气)混合物通过防喷装置排渣口进入流量自动控制装置,通过高、低浓度瓦斯分源抽采,实现多台钻机平行作业期间抽采能力合理匹配;通过螺旋输送机及条缝筛的合理布置,实现了煤水混合物的煤、水自动分离,同时通过螺旋输送机下部的存水实现瓦斯有效密封;当煤渣达到箱体设计煤量时触发煤位传感器释放信号,驱动计量箱体旋转,空箱体继续接煤,含煤箱体将煤渣倒入输送装置,并完成一次计量;输送装置将煤渣输送至矿车或输送带上,运离施工地点。

煤矿瓦斯抽采计量可靠性及影响因素研究

为掌握瓦斯抽采计量可靠性及影响因素,在实验室开展了抽采模拟试验,确定了不同计量装置、测定方法、管路连接均对测定结果影响较小,但在抽采管路含水状态下,无法准确测定管路流量,判定影响井下抽采测定准确性主要因素为钻孔涌水。

虚拟储层水力压裂增透效果研究

针对中马村矿二1煤层瓦斯含量高,煤层透气性差,抽采衰减速度快的特点,为提高抽采效果,尽快实现煤层消突,在27021工作面回风巷进行了虚拟储层水力压裂,为考察水力压裂影响范围及效果,使用CYT技术进行了压裂异常区探测,并对工作面区域验证指标等瓦斯参数进行统计,对虚拟储层水力压裂起到了较好的增透效果。

基于煤层瓦斯含量直接测定方法的煤样尺度效应研究

不同粒度的煤粒瓦斯解吸扩散规律并不相同,在工程现场应用中快速准确地测定出瓦斯含量,对于预测煤与瓦斯突出危险性具有非常重要的意义。为了研究粒度对瓦斯含量测定的影响,以焦作矿区A矿16041工作面为试验地点,采用DGC型瓦斯含量直接测定装置测定了不同深度的煤样损失瓦斯含量、常压解吸瓦斯含量和粉碎解吸瓦斯含量,分析各个粒度对瓦斯含量的影响,得出现场瓦斯含量测定的最佳采样粒度范围。

瓦斯电闭锁式气动密封防喷装置研究

针对穿层钻孔瓦斯喷孔的突发性及喷孔强度的随机性,研发了瓦斯电闭锁式气动密封防喷装置,实现了井下作业环境瓦斯浓度实时监测及施工钻机电源闭锁、气动密封自动控制,有效杜绝了钻孔施工期间瓦斯涌出引发超限,避免了人工停钻、二次防护的滞后性,保障了现场施工人员作业的安全性。气动式固孔密封装置解决了煤渣堵塞手柄旋转困难、安装时间过长的问题;气动式固孔密封装置可与孔壁紧密结合,防止了孔口漏气;气动旋转式密封装置实现了连续密闭式自动排渣,阻断了打钻冲孔期间瓦斯涌出的通道,降低了巷道瓦斯浓度。

基于瓦斯地质单元划分的瓦斯赋存规律分析

搞清井田瓦斯赋存规律是瓦斯治理的基础,是矿井实现“一矿一策,一区一策”瓦斯治理措施的保障。以古汉山井田为例,运用瓦斯赋存构造逐级控制理论,在分析区域构造演化及控制的基础上,探讨了古汉山井田瓦斯赋存规律及主控因素。研究结果表明,石炭-二叠系含煤地层沉积之后经历的多期构造运动造就了焦作煤田现今的构造格局及瓦斯赋存特征。以团相断层及其NE向延伸方向断层为界,将古汉山井田划分为3个瓦斯地质单元。马坊泉断层与团相断层间形成的地堑是造成瓦斯地质单元1上覆基岩厚度为井田最厚的原因,同等埋深条件下瓦斯地质单元1上覆基岩厚度厚是造成该区瓦斯含量高的主要原因;赤庄断层形成的煤层隐伏露头和上覆基岩厚度薄是瓦斯地质单元2瓦斯含量井田最低的主要原因;上覆基岩厚度相同情况下瓦斯地质单元1和3瓦斯含量相差不大。

水力掏槽破煤落煤效率因素层次分析

水力掏槽是实现严重突出煤层安全快速掘进的有效措施之一,该措施的关键是提高破、落煤的效率。影响水力掏槽破、落煤效率的因素有煤岩的力学性质与围岩压力、射流动力学特征、掏槽操作工艺与管理等因素。应用层次分析法分析,实现定性与定量的转化,计算了因素的权重,确定了煤(岩)强度与水枪初始压力为影响水力掏槽效率的重要敏感因素。分析结果与生产实际吻合良好,为提高水力掏槽效率及其他水力措施提供一定技术支撑。