远距离下保护层卸压开采井上下立体煤与煤层气协调开发模式

针对远距离松软低渗煤层群开采问题,提出基于保护层卸压的井上下立体化煤与煤层气协调开发模式及煤层气抽采工程的布设原则。通过潘一东矿1252(1)工作面的工程实践,采用数值计算和现场实测的方法,研究了11-2煤保护层卸压开采的应力变化规律和卸压范围,评价了煤层气卸压抽采效果。实践证明,该模式的应用有效解决了工艺接续和煤与煤层气两种资源安全、高效开发的问题。     

依兰第三煤矿煤与煤层气协调开发模式

针对依兰第三煤矿属近距离松软低渗突出煤层群开采,面临着煤层突出危险严重、煤层预抽效果差、邻近层卸压煤层气涌出量等问题,提出了适用于依兰第三煤矿煤与煤层气协调开发模式,确定合理的开采顺序选择突出危险性相对较弱的煤层作为首采煤层(保护层)先行开采,利用首采煤层采动造成的邻近低渗强突出煤层卸压增渗,实现邻近低渗强突出煤层卸压抽采,将其强突出危险性变为弱突出危险性或无突出危险性,解决主采煤层消突难题,达到安全高效开采目的。抽采后回采期间工作面上隅角瓦斯浓度维持在0.4%～0.7%。     

煤矿区煤层气(瓦斯)抽采集输新技术及前景展望

煤层气(瓦斯)抽采是保障煤矿安全生产的根本措施,随着抽采技术的发展,其使用性和针对性越来越强,能解决地质条件相对简单的煤矿瓦斯问题,但对于复杂地质、松软低渗煤层、深部开采等条件,既有的煤层气(瓦斯)抽采技术具有一定的局限,需要新的技术来解决。本文详细阐述了高压水力压裂、高压水力割缝一体、顺煤层钻孔封孔提浓、采动区煤层气(瓦斯)地面井抽采、低浓度煤层气(瓦斯)集输等新技术的技术原理、特点、核心内容及应用效果,该技术群对煤矿瓦斯安全高效抽采发挥了较好的促进作用。分析指出:今后我国复杂地质条件煤矿区煤层气(瓦斯)抽采应以保障钻孔质量入手,重点在煤层增透;应根据具体的条件选择"主动"增透(压裂、割缝等)技术或"被动"增透(采动卸压)技术,提高瓦斯的综合抽采效果。     

深部远距离煤层群卸压主控因素及首采层优选方法研究

为了选取合理的深部远距离煤层群首采保护层,进行了煤层群开采卸压主控因素正交模拟研究,构建了有效卸压的主控因素耦合关系,提出了深部远距离煤层群首采保护层优选方法并开展了工程应用研究,考察了首采层开采对邻近层的卸压保护效果,检验了保护区卸压瓦斯抽采区域防突措施效果,评价了深部远距离煤层群首采保护层优选方法合理性。结果表明:在不考虑煤层群层间厚层坚硬岩层的情况下,远距离煤层群下保护层开采对上覆邻近层的卸压效果影响的关键主控因素为保护层采高、煤层层间距,上保护层开采对下伏邻近层的卸压效果影响的关键主控因素为煤层层间距;常规采高条件下(采高≮10 m),深部远距离煤层群只能选择下保护层开采模式,层间距必须在《防治煤与瓦斯突出细则》要求的最大保护层垂距范围内,且达到不破坏上被保护层的最小理论层间距,同时保护层采高应达到最小保护层厚度要求;朱集西矿远距离煤层群13-1、11-2、8煤层应当选择11-2煤层作为首采保护层,其开采对上覆13-1煤层能够形成有效卸压保护、对下伏8煤层不能形成有效卸压保护,有效卸压保护范围内13-1煤层采用地面井结合井下钻孔进行卸压瓦斯抽采能够实现区域防突措施有效;基于关键主控因素的深部远距离煤层群首采保护层优选方法合理,以此形成的深部远距离煤层群井上井下联合抽采防突技术可靠。     

淮南矿区煤矿煤层气抽采技术

根据淮南矿区实际，提出并研究了复杂特困条件下煤与煤层气共采技术。应用数值模拟、相似材料试验、工业性试验等方法，研究了开采煤层顶板煤层气抽采技术、开采保护层卸压增透抽采煤层气技术、地面钻井抽采采动影响区域煤层气技术等采动煤岩移动卸压抽采煤层气技术。以及原始煤层强化抽采煤层气技术的关键参数，全面考察了现场应用效果。     

底抽巷梳状钻孔代替保护层的瓦斯治理工艺技术研究

为解决赵庄煤业松软煤层中瓦斯抽采钻孔成孔性差、抽采距离短、抽采区域小等难题,提出了采用深孔定向千米钻机施工底板梳状钻孔的技术方法,先在松软煤层稳定的底板岩层中施工长距离主孔,再从主孔开梳状分支孔进入煤层,实现对松软煤层瓦斯远距离抽采,形成借助底抽巷利用千米钻机施工梳状钻孔治理瓦斯代替保护层的瓦斯治理工艺,达到区域递进式抽采瓦斯的目的。     

考虑扩散-渗流作用的瓦斯流动模型及抽采半径确定

为找到一种能够准确测定低渗松软煤层有效抽采半径的方法,及确定合理的抽采钻孔参数,以煤介质的双重孔隙结构特征以及瓦斯流动理论为基础,根据质量守恒定律、Fick定律以及Darcy定律,建立了考虑扩散-渗流作用的瓦斯流动模型。并以余吾煤业低渗松软的3#煤层为例,将建立的瓦斯流动模型植入到COMSOL中开展计算,得到了抽采钻孔周围瓦斯流动规律及不同抽采时间的有效抽采半径,计算数据与现场测试结果的吻合证实了所建立的瓦斯流动模型的有效性,形成了一种确定低渗松软煤层抽采钻孔附近的瓦斯流动规律及抽采半径的方法。     

松软低透强突出特厚煤层瓦斯治理

为了提高松软低透强突出特厚煤层瓦斯抽采效果,基于煤与瓦斯安全高效共采理论,采用保护层开采结合卸压瓦斯强化抽采技术,使高瓦斯突出煤层转变为低瓦斯非突出煤层,实现松软低透强突出煤和瓦斯安全高效共采。在崔庙煤矿进行了保护层开采试验,分析了保护层回采工作面瓦斯来源,利用分源预测法预测瓦斯涌出量并采取卸压瓦斯强化抽采技术。结果表明,保护层开采后,瓦斯抽采量由1.15 m3/min升高到4.3 m3/min且长时间保持稳定,抽采瓦斯加以利用可以取得保证安全生产、开发能源和减少环境污染三重效果,实现了煤与瓦斯安全高效共采。     

煤储层增渗技术研究现状与展望

为了解决煤储层低渗富集区的煤层气难抽采问题,总结了目前煤层增透技术的研究现状,通过煤对瓦斯的微观吸附机理的分析,提出了利用外加电场和声场的方法达到增渗的发展方向,对低渗煤层的煤层气开发具有重要意义。     

煤矿采动区地面井瓦斯抽采技术及其应用前景分析

针对我国煤层松软、低渗、抽采困难的问题,提出了充分利用煤层采动卸压效应强化抽采煤层解吸瓦斯和工作面涌出瓦斯的采动区地面井抽采技术。从资源评价、井型设计、地面布井、局部防护、安全抽采控制等关键技术和成套技术的应用效果及发展前景等方面对煤矿采动区瓦斯地面井抽采技术在瓦斯治理方面的应用进行了深入分析,指出煤矿采动区地面井抽采瓦斯技术是进行煤矿区瓦斯灾害综合治理的一条有效途径;提出了进行煤矿区煤层气规模化开发、有效治理井下瓦斯灾害的合理化建议:地面井布井应偏向工作面回风巷侧,井型结构应充分发挥采场裂隙带的作用。     

沙区矿保护层卸压瓦斯抽采技术研究

为防治沙区矿近距离煤层群瓦斯,研究了保护层卸压瓦斯运移规律,根据卸压瓦斯赋存特点,设计了保护层卸压瓦斯综合抽采技术:通过保护层本煤层钻孔抽采本煤层卸压瓦斯;通过顶板高位钻场钻孔抽采顶板裂隙富集瓦斯;通过沿空留巷墙体埋管抽采下煤层群卸压瓦斯。监测结果表明:被保护层煤层经卸压开采后,瓦斯抽采效果明显改善;保护层回风巷瓦斯浓度由0.58%降低至0.40%;经有效管理,沿空留巷埋管瓦斯抽采效果得到好转;保护层工作面瓦斯抽采纯量稳步提高,平均瓦斯抽采量为19.44 m~3/min,瓦斯抽采效果良好。     

朱集西矿远距离煤层群井上下联合防突工程实践

为解决朱集西矿远距离低透气性煤层群区域防突存在的难题,在分析11-2煤层作为保护层开采合理性的基础上,提出了针对保护层采用井下钻孔、被保护层采用地面井抽采为主的井上下分源联合抽采区域防突方法。实践结果表明,采用该方法后,提高了煤层群瓦斯抽采率,节省了井下钻孔工程量,消除了煤层群的突出危险性,实现了煤层群的安全采掘,对类似煤层群赋存条件下瓦斯治理具有一定的借鉴意义。     

强突松软煤层群综采面瓦斯立体治理技术研究

针对煤与瓦斯突出矿井松软煤层群开采的瓦斯治理难点,以贵州青龙矿井为研究对象,研究了强突松软煤层群综采工作面瓦斯立体治理技术。采取了底板岩巷穿层钻孔抽采、本煤层顺层钻孔抽采、走向高抽钻孔抽采、采空区埋管抽采及沿空留巷Y型通风治理上隅角瓦斯等综合瓦斯立体治理技术。现场试验表明,立体治理瓦斯取得了明显的效果,解决了回采时工作面瓦斯超限问题,实现了强突松软煤层群综采工作面的安全高效回采。     

可控冲击波增透松软煤层的工程实践

煤层增透改造是煤层气高效开发和煤矿瓦斯治理面临的首要技术难题,利用可控冲击波增透煤层是一种安全有效的新型煤层增透技术,冲击波通过破裂、撕裂、弹性声波扰动等方式增加煤层透气性,这些方式重复加载对煤层的疲劳效应使得煤层裂隙不断扩展、沟通和丰富,最终达到增透整个煤层的效果。本文介绍了一项将可控冲击波技术应用于松软煤层增透的工程实践。该实践中,通过在钻孔内使用筛管支护的方法解决了松软煤层钻孔垮塌对可控冲击波设备应用的限制,成功地在一个工作面的多个掘进孔和顺层孔中实施了冲击波增透作业。现场实践结果表明:可控冲击波增透技术显著提高了钻孔瓦斯抽采量,延长了钻孔瓦斯抽采周期,增加了瓦斯抽采总量及钻孔瓦斯抽采纯量,降低了区域煤层瓦斯含量和瓦斯压力,消除了瓦斯突出危险性。证实了可控冲击波技术在松软煤层改造及瓦斯抽采中的效益和有效性,并显示出地面煤层气井煤储层改造的可观前景。     

煤矿区煤层气开发利用新技术现状及发展趋势

"十二五"以来,我国煤矿区煤层气开发利用技术取得了巨大的进步,虽然我国煤矿数量由近20 000对直线下降到了不足5 800对,但煤层气产量仍由2010年的88亿m~3提高到了2018年的184亿m~3,利用率亦提升了10%,科技对产业的贡献巨大;但是也出现了单井排采产量低、气源分散性高等新的问题。因此,全面梳理了近10 a煤矿区地面抽采技术装备、井下抽采技术装备和煤矿区高、低浓度煤层气利用技术装备的科技创新及应用效果等,阐述了煤矿区煤层气开发利用在三级瓦斯地质分析技术、碎软低渗煤层地面井分段压裂顶板技术、煤层群分层控压联合排采技术、采动区地面L型顶板水平井技术、井下千米定向长钻孔技术、碎软煤层井下护孔钻进技术、智能化钻机远控钻孔技术、井下水力化压裂/割缝增渗技术等煤层气抽采技术及其配套装备最新进展和中高浓度煤层气深冷液化、低浓度煤层气分级压缩提浓、超低浓度煤层气蓄热氧化利用等煤层气利用装备的最新进展及技术指标。在此基础上,针对我国目前面临的深部开采、西部煤炭资源开发及高强度集约化开采等新特点,分类整理了束缚煤层气产业发展的技术瓶颈和发展趋势,提出了煤炭开采与煤层气开发协同规划和联合开发的技术思路等。     

深部高瓦斯煤层群煤与瓦斯协调开采技术

为了解决深部高瓦斯煤层群条件下的煤与瓦斯协调开采问题,在新集矿区实施了多种治理方法。主要的技术措施有保护层开采、瓦斯综合抽采、优化采掘部署等。结果表明:现场治理效果显著,消除了瓦斯超限,缓解了生产衔接紧张问题,初步实现了深部高瓦斯煤层群条件下的煤与瓦斯协调开采。     

大倾角突出煤层群岩层高位中小钻孔瓦斯抽采技术

大倾角突出煤层群保护层工作面开采过程中出现的保护层工作面上隅角瓦斯超限问题和被保护层瓦斯抽采难题亟待解决.以矿压理论为基础,研究了保护层工作面顶板"三带"的合理高度,提出了大倾角突出煤层群保护层工作面顶板岩层裂隙带高位中小钻孔瓦斯抽采技术,通过湖南煤业集团蛇形山煤矿2344工作面研究结果表明,该技术提高了瓦斯抽采量和瓦斯抽采浓度,解决了保护层工作面上隅角瓦斯超限问题,同时又拦截了被保护层涌出的瓦斯,为类似煤层瓦斯抽采提供了理论和实践依据.     

低透气性强突出煤层瓦斯抽采导流通道的构建及应用

基于芦岭煤矿低透气性强突出煤层瓦斯治理的需要,提出了地面钻井压裂抽采以削弱突出危险、保护层开采以消除保护范围突出危险和穿层钻孔强化抽采以消除保护边界外突出危险的瓦斯治理顺序,考察研究了对应抽采技术导流通道的特征及应用效果。结果表明,地面钻井压裂抽采,砂层是瓦斯抽采的导流通道,单个钻井长期可获得1 500 m 3 /d的煤层气产量;保护层开采,层间离层裂隙是瓦斯抽采的导流通道,煤层透气性可提高1 930倍;穿层钻孔群排煤抽采,孔群间的连通裂隙是瓦斯抽采的导流通道,单孔平均瓦斯流量可增加4倍,煤层透气性可增加200倍以上。     

近距离煤层群保护层开采对比分析及瓦斯抽采效果研究

为了对比分析在近距离煤层群条件下有保护层和无保护层开采时下伏煤层开采的卸压效果,采用数值计算及现场验证的方法对有无保护层开采时下伏煤层开采时卸压程度进行了研究,得到了有保护层和无保护层开采时,被保护层在开采过程中的垂直应力、卸压范围及塑性区变化规律。研究表明:在有保护层开采时,被保护层的卸压范围相对增大且应力集中系数相对较小,而塑性区发育范围相对增大。现场抽采数据表明:无保护层开采时抽采浓度、纯量相对14207工作面有保护层开采时偏低,有保护层开采时抽采效果更好,为优化底抽巷卸压瓦斯抽采系统,提高瓦斯抽采质量浓度、抽采量以及抽采率提供了一定理论依据。     

突出煤层群开采层序论证及三区联动瓦斯抽采技术

针对福泉煤矿山区低透气性突出煤层群开采瓦斯治理难度大,通过煤与瓦斯赋存情况、保护层保护范围及保护层开采技术条件综合论证煤层群开采层序,基于开采保护层为出发点,研究了"开拓区、准备区、回采区"三区联动瓦斯抽采技术体系:底抽巷超前抽采和保护层开采卸压联动瓦斯抽采、本煤层和邻近层卸压联动定向长距离钻孔抽采、一巷三用三维立体瓦斯抽采等技术,实现矿区瓦斯三区联动抽采,促进矿井年抽采量逐年提升,从时间和空间上提前解决了福泉煤矿突出防治及瓦斯涌出治理问题,促成了该矿抽、掘、采合理部署的良性循环。