基于光纤光栅的煤层瓦斯钻孔塌孔位置表征试验研究

钻孔瓦斯抽采是解决瓦斯超限问题的重要手段，受地应力、钻进扰动等影响矿井瓦斯抽采钻孔易塌孔变形，严重影响瓦斯治理效果。针对煤层瓦斯抽采钻孔塌孔位置难以监测的问题，提出了一种基于光纤光栅智能传感技术的钻孔塌孔监测技术。首先从光纤光栅传感器应力监测理论出发阐述了光纤光栅钻孔塌孔监测原理，在此基础上构建了基于光纤光栅的塌孔表征实验平台，开展了不同塌落煤量下3种光栅布置方式（0°、90°、180°）的钻孔塌孔监测模拟试验，研究了光栅测量波长偏移量、抽采流量随塌落煤量的变化规律，划分了钻孔塌孔等级。结果表明：光栅测点位于基体材料下方布置方式的塌孔监测准确度最高，此时中心波长偏移量Δλ与塌落煤量m的关系为m=3.017Δλ，抽采流量Q与波长偏移量Δλ的关系为塌孔评判标准划分三级塌孔标准：Ⅰ级塌孔抽采流量衰减至90%，Ⅱ级塌孔抽采流量从90%衰减至50%，Ⅲ级塌孔抽采流量衰减至50%以下。最后，通过在潞安集团漳村煤矿2802工作面的现场试验验证了光纤光栅塌孔监测技术的有效性，发现钻孔30 d后塌孔位置分布与钻孔打钻完成后的初期期情况相近；在现场试验中，基于所提出的塌孔监测技术成功定位并修复了5个钻孔，...     

低透气性煤层瓦斯涌出规律研究及预抽效果分析

为了研究霍尔辛赫矿区煤层瓦斯涌出规律，采用自主研发的瓦斯流量监测设备对3308工作面后通风眼抽采钻孔的瓦斯涌出量进行监测，并运用COMSOL仿真软件模拟钻孔抽采条件下煤层瓦斯压力和瓦斯流速分布规律，对钻孔预抽方案进行了详细分析。结果表明，50 mm、110 mm钻孔瓦斯涌出规律具有一致性，均以指数函数形式衰减；随着与钻孔距离的增加，煤体瓦斯抽采率呈指数函数关系不断衰减，最终趋于零，在距离钻孔2.5 m处，瓦斯抽采率达到20%以上，印证了现场钻孔布置合理，抽采效果良好；如果将钻孔间距设置为4 m，煤层瓦斯预抽率将达到30%以上，可以很大程度提高低透气性煤层瓦斯抽采效果。     

本煤层顺层瓦斯抽采钻孔有效长度研究

通过分析钻孔周围瓦斯的流动模型,运用数学的方法推导本煤层抽采钻孔瓦斯涌出量的理论计算公式。比较抽采钻孔的实际抽采瓦斯量与理论计算得到的抽采瓦斯量,得到抽采钻孔的实际有效长度,建立钻孔有效长度与总长度的关系。这一结论的研究意义在于可以大概定位钻孔塌孔的位置,对解决钻孔塌孔、提高煤层瓦斯抽采效果有实际的指导意义。     

顺层钻孔预抽突出煤层瓦斯技术研究

选用新安煤矿17号煤层111706工作面作为本煤层顺层钻孔预抽瓦斯技术试验区,研究了17号煤层合理的预抽瓦斯技术参数值.结果表明:采用交叉布孔法的瓦斯预抽量可提高40％,94 mm大直径钻孔瓦斯预抽采量比直径65 mm钻孔提高34％;钻场内钻孔抽采瓦斯浓度比巷道钻孔抽采瓦斯浓度高将近1倍,封孔深度应不小于5 m.建议施工双向抽采钻孔来覆盖全工作面,掘进工作面钻孔深度控制在100 m内.     

顺层钻孔下花管技术在余吾煤业的应用

随着煤矿采深的不断延伸,所采煤层逐渐变为松软煤层。松软煤层具有瓦斯压力大,瓦斯含量高、透气性低等特点,预抽钻孔成孔后易发生塌孔现象,严重降低钻孔瓦斯排放通道的有效利用长度,导致钻孔瓦斯抽采效率低下、抽采周期变短、抽采达标时间延长等问题。为解决钻孔松软煤层预抽钻孔塌孔问题,针对性的选择余吾煤业公司N1101胶带巷作为试验地点,通过考察不同类型花管对于支撑钻孔稳定性及不同支护条件下瓦斯抽采纯流量的变化,确定筛眼密度和直径最优参数,从而增加钻孔瓦斯抽采纯流量,提高煤层瓦斯抽采率。     

松软煤层底板定向长钻瓦斯抽采技术实践

为解决松软煤层瓦斯抽采钻孔施工难、成孔差的问题,提出了松软煤层底板定向长钻瓦斯抽采技术:在被保护煤层底板选择合适层位,采用定向钻进技术施工长距离钻孔作为主孔,再从主孔施工若干探煤层的分支钻孔抽采卸压煤层瓦斯。现场试验2个主孔进尺都达到了603m,累计抽采瓦斯纯量183 204.98 m3,工程实践表明该技术不仅回避了松软煤层本煤层钻孔难于施工的问题,而且分支钻孔很好的实现了区域煤层瓦斯抽采。     

三软煤层顺层瓦斯预抽钻孔变形规律研究及其控制

为防止三软煤层顺层预抽钻孔塌孔,提高瓦斯预抽效果,需合理确定抽采钻孔封孔方法,全程下筛管施工工艺防止塌孔。通过分析可知:二₁煤层强度低,且埋深大,埋深产生的地应力远远大于煤体强度是导致钻孔塌孔的主要原因。通过数值模拟可知:顺层钻孔呈现径向变形的特征,钻孔直径明显减小。13051工作面本煤层钻孔成孔后,采用“封孔管+封孔筛管+注浆管+专用封孔器”进行封孔,塌孔减少,抽采达标时间缩短了约35 d,残余瓦斯含量为4.69 m³/t,13051工作面瓦斯抽采达标。     

松软煤层顶板水力压裂技术研究

针对松软煤层水力压裂钻孔易出现塌孔、抽采效率低等问题,提出顶板水力压裂技术,在新安煤矿14170工作面进行现场试验研究,并对压裂效果进行考察分析。试验结果表明,顶板水力压裂措施未造成巷道变形,对巷道维护没有产生负面影响;压裂钻孔接抽瓦斯后,瓦斯浓度保持在40%以上,单孔抽采纯量高达31500 m~3;采用顶板压裂措施后,工作面防突预测指标均有下降趋势。     

低渗煤层大直径钻孔瓦斯抽采参数优化研究

针对低渗煤层瓦斯抽采存在预抽难度大的问题,提出大直径钻孔预抽能够降低低渗煤层瓦斯含量的方法。但由于低渗煤层对气固耦合效应影响敏感,抽采中渗透率变化过程不明确,导致大直径钻孔抽采参数设计依据不足。首先分析了低渗煤体渗透率演化的主控因素,建立了煤层瓦斯运移理论模型,模拟研究了大直径钻孔不同工况下对低渗煤体的瓦斯抽采效果,对比分析不同孔径、负压、孔间距下煤层瓦斯渗流规律。结果表明钻孔孔径越大造成的煤体卸压区越大,瓦斯抽采量越高,瓦斯残余含量也越小,但抽采效果增加幅度逐渐降低。负压越大瓦斯抽采量越大,但差别较小,因此负压对提升抽采效率影响较小。受渗透率演化的影响,不同钻孔间距下瓦斯抽采总量差别较大,在间距为3 m时,40～120 d阶段内抽采量最高,后期抽采量缓慢下降。间距5 m时抽采总量最高,抽采范围内的瓦斯残余含量降低较多。现场优化抽采后的瓦斯抽采纯量与模拟结果一致,表明了研究结论可靠。该研究结果可为煤矿井下大直径钻孔瓦斯抽采参数设计提供理论依据与应用参考。     

三软低透煤层回采工作面快速消突技术

大众煤矿开采的二1煤层为三软低透突出煤层,由于煤层煤质软易塌孔,需要较长的抽采时间才能满足消突效果要求。瓦斯抽采效果不理想造成采掘衔接紧张,已经对矿井的经济效益产生较大的影响。针对这些技术难题,大众煤矿优化抽采钻孔布置方案,并采取顺层全钻孔防塌孔技术措施,较好地提高了抽采效果和效率。     

特厚松软煤层石门快速揭煤研究

分析得出特厚松软煤层普通钻孔预抽瓦斯失效的主要原因是钻孔塌孔,阐述了塌孔对瓦斯抽采流动的影响,对特厚松软煤层有针对性采用高压水射流卸压增透措施进行石门快速揭煤试验。提出了松软煤层高压水射流"掏空开采式"作用机理,提出了连续和间隔高压水射流2种模式下的水射流钻孔"卸压三带":冒落变形带、裂隙带和原始煤层带。在现场对穿煤长度58 m的特厚松软石门进行高压水射流快速揭煤试验,该措施能使钻孔周围尤其是钻孔深部煤体有效卸压,透气性增强,抽采达标时间大大缩短。从而解决了普通钻孔预抽失效的问题,实现了松软厚煤层石门快速揭煤。     

软弱煤层预抽钻孔防塌孔及增抽技术研究

软弱煤层瓦斯抽采钻孔成孔后,因煤质松软致使塌孔,造成瓦斯抽采浓度低、纯量低等问题。针对该问题提出采用筛管护孔抽采工艺,并在某矿23采区1~#回风下山掘进工作面与常规钻孔抽采工艺进行现场工业性试验,试验结果显示:采用筛管护孔抽采工艺可以使瓦斯抽采浓度达到39.2%,比常规抽采工艺提高了近1.6倍;纯瓦斯流量达到0.24 m~3/min,比常规抽采工艺提高了近1.8倍。该技术很好地解决了软弱煤层抽采钻孔容易塌孔、抽采效果差的问题,增加了工作面瓦斯抽采量,提高了工作面预抽瓦斯治理效果,具有很好的应用前景。     

筛管护孔技术在松软煤层中的应用

针对宏远煤矿松软煤层容易塌孔,影响钻孔下筛管深度和预抽效果的问题,通过下筛管防塌孔技术的研究应用,解决了该矿150202运输顺槽工作面局部软煤区域施工预抽钻孔的塌孔现象,提高了钻孔成孔率和瓦斯抽采浓度,缩短了预抽时间,保障了瓦斯治理效果和安全生产。     

霍尔辛赫煤矿松软煤层瓦斯钻孔维护装置研发与应用

为了有效解决霍尔辛赫煤矿松软煤层瓦斯抽采钻孔堵孔、塌孔的问题，研发了一种瓦斯抽采钻孔稳定性维护装置，其主要由煤层瓦斯采集系统、可旋转筛网清洁系统、瓦斯抽采动力系统和稳固系统组成，可实现对不同直径瓦斯抽采钻孔的稳定性维护，并成功进行了现场实测及应用。研究结果表明：经过维护装置支撑处理后，钻孔变形有显著减小，根据给出的钻孔变形维护效率表达式，得到钻孔维护效率在30%左右；维护处理后，钻孔瓦斯涌出速度、涌出总量与有效抽采时间均有所增加，与无维护处理相比，瓦斯涌出总量增长了20%以上，瓦斯有效抽采时间增加了4 d左右。     

定向长钻孔水力压裂在松软煤层中的应用研究

为提高碎软、低渗、高瓦斯突出煤层瓦斯治理效果,在阳泉矿区新景公司保安区3#煤层3109工作面试验采用井下顺层长钻孔水力压裂增透技术。钻孔设计在煤层底板开孔,穿过底板然后沿煤层延伸。钻孔煤层孔段长度不低于300 m,主孔设计深度459 m。开孔倾角12°、开孔方位角4°。试验累计共注水1510 m~3,开泵注水时间达到50小时27分钟。顺层长钻孔水力压裂增大了抽采影响半径(本次试验影响范围达到半径58 m的区域),提高了瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采量(本次试验日平均瓦斯抽采浓度保持在70%以上,日平均抽采纯瓦斯量在2415 m~3/d);采用顺煤层长钻孔水力压裂措施后,压裂注入的大部分清水留存于煤体内,使煤体湿润,在一定程度上减少采煤时工作面粉尘。     

三元煤矿定向钻孔合理层位及抽采波动规律研究

针对三元煤矿现有定向钻孔抽采情况,通过现场收集大量实测数据对定向钻孔布置的合理层位以及瓦斯抽采过程中抽采量波动变化规律进行研究,得出抽采邻近层瓦斯的合理钻孔高度应在距煤层顶板上方28~32 m处,钻孔距巷道的水平距离在10~15 m范围内,钻孔瓦斯抽采量受周期来压影响呈周期性变化,受接替式高位钻孔影响波动较大。     

松软低透气性煤层钻孔下筛管高效抽采瓦斯技术实践

为了解决松软低透气性煤层顺层钻孔塌孔难题,义马煤业集团在新安矿区突出矿井采掘工作面进行了顺层钻孔全程下筛管高效抽采瓦斯技术试验。通过对比全程下筛管本煤层顺层钻孔和未全程下筛管本煤层顺层钻孔的抽采浓度、抽采纯量数据,采用全程下筛管技术的单孔瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量比对比孔提高1倍以上,实现了"钻孔到位、筛管到底、抽采效果最优"的目标,确保了矿井安全高效生产。     

基于突出煤层区域防突技术研究

瓦斯突出是瓦斯治理的一大难题,基于贺西煤矿三采区3#、4#煤层采取地面钻井以及采掘工作面瓦斯预抽的技术,具体为钻孔间距取15 m,长度至少控制本在工作面及下一区段顺槽上帮15 m,钻孔孔径Φ96 mm,封孔深度应不小于8 m,封孔管直径大于50 mm,经测定得出地面钻井抽采区域内地煤层残存瓦斯含量为5.6 m3/t^6.5 m3/t,较原始瓦斯含量降低了6.4 m3/t^7.3 m3/t、降低幅度为46%~60%,防突效果明显,瓦斯得到了有效治理.     

梳状长钻孔预抽煤层瓦斯技术在青龙煤矿的应用研究

针对贵州毕节地区近距离煤层群开采定向钻孔瓦斯灾害综合治理体系的建设,特在贵州青龙煤矿16号煤层二采区一块段开展定向长钻孔预抽煤层瓦斯试验研究,分析定向长钻孔分支孔开孔数目、分支孔见煤段进尺对定向长钻孔瓦斯抽采效果的影响。试验结果表明:底板梳状定向长钻孔预抽煤层瓦斯效果显著,累计抽采385 d,共抽采瓦斯纯量3 006 163 m³,抽采浓度为60%～90%。同时,抽采效果受分支孔开孔数目及单个分支孔见煤段进尺共同影响,定向长钻孔单个分支孔见煤段进尺控制在60～80 m,抽采效果最佳,在此基础上,分支孔开孔数目越多越好。     

松软高突煤层筛孔管护孔工艺的应用研究

由于松软高突煤层成孔性差、孔壁不稳定,造成塌孔,影响钻孔施工质量和预抽效果。通过在首山一矿顺层瓦斯抽采钻孔应用筛孔管护孔下放工艺,既解决了松软煤层成孔难、塌孔、筛管下不到位等钻孔施工技术难题,又提高了钻孔瓦斯抽采浓度,同时分析了应用过程中存在的问题,为松软高突煤层筛孔管护孔下放工艺在抽采瓦斯技术中的应用提供技术经验。