下向穿层钻孔水力冲孔卸压增透强化抽采瓦斯技术研究

为提高预抽煤层瓦斯消突效果,本文试验了下向穿层钻孔卸压增透强化抽采技术,并在高抽巷区域预抽钻孔中进行了实践。水力冲孔实施后,钻孔的卸压影响范围增大,钻孔周围的煤体变形和透气性增大,抽采瓦斯效果显著提高。对比水力冲孔前后的钻孔瓦斯压力和抽采量变化表明,水力冲孔影响半径达到10m,有效影响半径大于5m。与水力冲孔钻孔平距2.5m抽采孔,瓦斯抽采纯量增大4.25倍,平距5m~6m抽采孔瓦斯抽采纯量增大1.5倍。水力冲孔卸压增透强化抽采技术卸压增透范围大,提高抽采效果显著,为高突煤层预抽消突提供了一种行之有效的方法,值得在低透气性高瓦斯突出煤层消突实践中推广应用。     

单一煤层底板巷穿层钻孔预抽煤巷瓦斯条带区域防突技术

为了降低单一突出煤层煤巷掘进突出危险性,研究了运用煤层底板抽放巷穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯为主的区域消突措施,使煤层卸压,瓦斯含量与压力降低,改变煤体应力分布,消除突出危险性。在区域措施效果检验超标的局部地点辅助采用水力冲孔增透措施增加煤层透气性,提高穿层钻孔瓦斯抽放率,实现突出煤层向非突出煤层转化,保证煤巷安全掘进。     

密集水力冲孔增透抽采瓦斯试验研究

高瓦斯含量低透气性突出煤层高效抽采瓦斯是复杂地质条件下工作面瓦斯治理的主要难题。为增加该类煤层透气性,依据瓦斯流量法测试水力冲孔影响半径的结果,利用煤层底板巷布置穿层密集钻孔,对工作面进行水力冲孔强化增透,达到高效预抽煤层瓦斯的目的。研究结果表明：水力冲孔在煤体中形成的孔洞促使钻孔周围煤体持续膨胀变形,约在1.8倍孔洞直径范围内煤体的地应力下降,煤体受压程度降低,煤体透气性增大;水力冲孔加速了煤体瓦斯的解吸,实现了连续18 d,平均单孔瓦斯体积分数大于52.64%的高浓度瓦斯预抽效果;预抽60 d后,煤层瓦斯含量由原始的9.09 m³/t降至4.03 m³/t。可见,采用密集穿层钻孔水力冲孔,提高了煤层预抽瓦斯效果,实现了低透气性突出煤层的消突,保障了工作面的安全生产。     

煤层底板穿层钻孔水力冲孔技术的应用及效果考察

采用底抽巷穿层钻孔水力冲孔卸压增透措施,可以有效增强煤层的透气性、扩大抽采半径和提高瓦斯抽采效果。基于水力冲孔卸压增透原理,对郑州矿区振兴二矿突出煤层实施底板穿层水力冲孔,考察水力冲孔前后瓦斯抽放浓度、煤层透气性和瓦斯流量衰减系数等的变化。试验结果表明:单孔平均瓦斯抽放浓度在水力冲孔后为11.02%,较未采取增透措施时的2.14%,提高了4倍;煤层透气性系数在采取措施后提高了39倍;瓦斯流量衰减系数则减小了近3倍。同时运用压力法测得该矿水力冲孔有效抽放半径为10 m。     

红阳二矿水力冲孔增透技术研究及应用

针对红阳二矿12煤层透气性低、底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采效率偏低难以满足预抽要求的情况,基于水力冲孔卸压增透机理,提出采用水力冲孔和普通钻孔预抽相结合的钻孔布置方式进行高效抽采。研究结果表明:水力冲孔在低透突出煤层区域瓦斯抽采消突措施中应用效果显著,采取水力冲孔措施的34 d内,钻孔的平均瓦斯抽采浓度是普通钻孔的2.5倍,平均瓦斯抽采纯量是普通钻孔的4.4倍。     

水力冲孔技术在瓦斯抽采中的应用

为推进水力冲孔卸压增透技术的推广应用,增加煤层透气性,提高矿井瓦斯抽采效率,在陈四楼煤矿开展水力冲孔卸压增透技术试验,考察该技术的作业工效和增透效果,数据分析结果表明:试验区煤层地质条件下,冲孔水压为8~10 MPa时,每米煤孔冲煤1.4 t所需的时间约为25.3 min,水力冲孔后钻孔两个月内的平均抽采浓度提高了3倍,平均单孔抽采纯量提升了2倍左右,卸压增透效果显著,为矿井瓦斯治理技术水平的提升提供支撑。     

“三软”煤体抽采钻孔水力修复增透技术研究

针对"三软"煤体透气性差、瓦斯抽采率低的问题,通过研制水力冲孔作业机实现瓦斯抽采钻孔修复增透。分析了水力作业机在卸压增透、解堵方面的作用机理。以郑州煤业集团大平矿21181底抽巷为试验点,考察分析试验钻孔修复增透前后煤层透气性系数、瓦斯抽采纯量等参数。考察结果表明:水力冲孔作业机的钻孔修复增透效果显著,修复增透钻孔中单孔平均浓度由10%以下上升到30%左右,瓦斯抽采达标率达71%,所有的钻孔抽采量均超过消突需要抽采量的50%以上。在郑煤集团大平煤矿的现场试验充分检验了水力冲孔作业机的可靠性和上述理论分析的准确性。     

水力冲孔增透技术在提高煤层瓦斯抽采效率方面的应用

为解决突出煤层低透气性导致的瓦斯抽采达标时间长的问题，以山西某矿2号煤层煤巷掘进工作面的超前瓦斯预抽为工程背景，采用水力冲孔增透技术对前方煤体瓦斯进行强化抽采。结果表明，采取水力冲孔增透技术钻孔的瓦斯抽采浓度明显高于普通钻孔，平均单孔抽采纯量均保持在普通钻孔的3倍以上；煤巷掘进期间的钻孔瓦斯解吸指标K₁值明显小于未实施水力冲孔措施的指标，水力冲孔增透技术能有效提高煤层透气性，从而大大提高煤层瓦斯抽采效率。     

低透气性煤层水力冲孔增透合理冲孔煤量的确定

水力冲孔是低透气性煤层普遍采用的卸压增透措施,合理确定钻孔的冲孔煤量,能够有效保证冲孔区域的瓦斯抽采浓度,加快瓦斯抽采达标速度。针对现场应用水力冲孔增透措施后瓦斯抽采方面存在的问题及对煤巷掘进产生的影响进行分析,探讨了水力冲孔增透合理冲孔煤量的确定方法,进一步指导低透气性煤层瓦斯治理工作。     

底板巷水力冲孔卸压增透技术的研究与应用

为了考察底板巷水力冲孔卸压增透技术对增加煤层透气性,提高瓦斯抽采效果,在浦溪井1259(3)底板巷实施水力冲孔卸压增透技术试验.结果表明:水力冲孔卸压增透半径达到4～5m,为普通钻孔抽采影响半径的1.6～2.0倍;采取水力冲孔措施的半个月内,钻孔的平均瓦斯抽采浓度是普通钻孔的2.77倍,平均瓦斯流量是普通钻孔的3.43倍,卸压增透效果比较明显,提高了煤层透气性,降低了突出危险性.     

演马庄矿综合瓦斯治理模式及成套技术

演马庄矿开采的二₁煤层为单一厚煤层,透气性低,瓦斯含量高,瓦斯涌出量大。以27151工作面瓦斯治理为例,通过顶板岩巷穿层钻孔和顺层钻孔预抽区段和条带煤层瓦斯、回采工作面综合治理瓦斯、瓦斯抽采系统优化,并配套水力冲孔、水力压裂和深孔预裂爆破等卸压增透措施,全方位、多层次、综合化的瓦斯治理模式,使得控制区域应力得到消除、煤层透气性系数大幅度提高,瓦斯抽放量有大幅度提高,能够有效缩短抽采达标需要的时间,保证了采煤工作面在回采过程中的安全生产。     

严重突出煤层穿层钻孔“钻冲筛运”一体化瓦斯治理技术研究与应用

鹤煤公司八矿地质构造复杂、断层褶曲发育,尤其井田深部断层多,并且煤层透气性低且松软,打钻塌孔、喷孔严重,瓦斯抽放效果不好,给煤炭开采和瓦斯综合治理带来了困难。针对鹤煤公司八矿穿层钻孔瓦斯治理技术措施进行井下现场探索与研究,通过在3205底抽巷经过多次技术方案论证、实践,摸索出一套钻冲筛运一体化整套技术流程,并分析高压水力冲孔瓦斯涌出特征、有效影响半径。通过采用高压水力冲孔、振动筛选、转载装运,提高了水力冲孔效果和效率,改善了工作环境。     

低透气三软煤层瓦斯综合治理技术研究

永华能源郭村煤矿位于偃龙矿区,主采的二1煤层地质构造简单,为典型的三软煤层.该煤层瓦斯含量高,煤层透气性系数低,煤质松软、破碎,抽放钻孔成孔困难.通过采用穿层钻孔并辅助水力冲孔预抽,运输巷、回风巷顺层长钻孔抽放,工作面浅孔抽放,采空区埋管、插管抽放等方法,有效增加了煤层透气性,降低了瓦斯压力,提高了抽放率,实现了矿井的安全生产.     

穿层钻孔抽放煤层瓦斯数值模拟研究

矿井瓦斯抽放是解决煤矿瓦斯问题、提高资源使用效益、确保煤矿安全生产的一种有效方法。为合理安排矿井抽掘采接替关系,确定穿层钻孔抽放参数,根据煤层瓦斯流动理论、质量守恒方程、真实气体状态方程、气体压缩系数方程,并以朗格缪尔方程作为吸附瓦斯解吸的数学规律,建立了穿层钻孔抽放煤层瓦斯数学模型,采用有限差分数值方法编制了计算程序,以全隐式格式确保计算过程的稳定性,根据实测煤层瓦斯参数进行了数值模拟计算,获得了穿层钻孔抽放条件下钻孔周围瓦斯压力分布情况以及钻孔有效抽放半径等抽放参数。分析表明,低透气性煤层抽放钻孔周围容易形成较高的瓦斯压力梯度,且在有限的抽放时间内有效抽放半径较小。数值模拟结果与现场实践基本一致。     

基于水力冲孔的回采工作面快速卸压消突技术研究

为了确保煤巷掘进安全、高效和工作面的顺利投产,采用水力冲孔技术,对掩护煤矿掘进和回采的区域预抽钻孔进行强化抽采,研究了水力冲孔影响半径以及冲孔后钻孔预抽效果。研究得出:采用水力冲孔技术后,2713底板抽放巷水力冲孔影响半径在7 d后可以达到4.9 m,在10 d后可以达到5.7 m,在17 d后可以达到8.9 m,随后趋于稳定,抽放时间缩短为原来的一半;在40 d内水力冲孔效果达到极限;煤层透气性增加了约11.4倍,研究为类似低透气性高瓦斯突出煤层的高效安全瓦斯治理和安全生产提供技术支持。     

水力冲孔造穴增透机制及应用研究

为研究水力冲孔造穴技术的卸压增透机制，利用受载煤体全应力—应变曲线，建立受载煤体渗透率演化模型，结合Comsol Multiphysics多物理场数值模拟软件，验证了水力冲孔造穴对煤体卸压增透的有效性。结果表明:水力冲孔造穴技术在形成半径为0.60 m的空洞后，在钻孔周围煤体内形成了半径为1.34 m的瓦斯渗透率增高区。该技术在焦煤集团九里山矿井下16051运输底抽巷开展试验，通过对普通钻区和冲孔造穴区的瓦斯抽采数据进行对比，可以看出:采取水力冲孔造穴措施后，抽采钻孔的瓦斯浓度提高了0.77倍，瓦斯抽采纯量提高了1.51倍，该措施有效地提高了煤层瓦斯抽采效率，减少了安全事故，保证了工作面的安全回采。     

突出矿井水力压裂增透技术应用研究

针对煤与瓦斯突出矿井煤层透气性差、瓦斯较难抽采的现状,为提高突出矿井的抽采效果,改善矿井抽掘采衔接紧张的局面,提出采用水力压裂增透技术,结合保安矿现场实际考察应用情况,详细介绍了适用于矿井的水力压裂工艺流程及参数。现场实践表明,水力压裂后,掘进条带区域的煤层瓦斯抽采纯量相比原始未压裂煤体的瓦斯抽采纯量提高1倍以上,煤层透气性系数相比原始煤层透气性系数提高8倍以上。水力压裂技术可精准提高矿井煤层的透气性,增大瓦斯抽采浓度和抽采量,大大缩短了瓦斯预抽时间,可进一步提升瓦斯抽采钻孔的抽采能力,有效缩短抽采达标时间,为采煤工作面本煤层预抽提供了瓦斯抽采空间,解决了矿井抽掘采衔接紧张问题,可为相似地质条件矿井提供参考。     

Enhanced coalbed gas drainage based on hydraulic flush from floor tunnels in coal mines

Gas drainage for the single and low gas permeability coal seam is the key technical problem hampering efficient coal mine gas drainage and without which mining safely cannot be realised in China. To solve this problem, this paper presents an engineering method for enhanced coalbed methane recovery based on high-pressure hydraulic flush from floor tunnels. The first step is to evaluate when the likelihood of coal and gas outburst reaches dangerous levels according to coal seam parameters (including coal seam gas contents, gas pressure, permeability and geological conditions). With these parameters in place, the second step is to determine and optimise borehole parameters, such as the effective influencing radius of hydraulic flush, hydraulic flush space between drills and borehole number to make sure that the coal seam stress is fully released and permeability is dramatically increased. What is also included in this step is the employment of a high-pressure hydraulic flush of coal from boreholes drilled from tunnels developed in the floor of the coal seam. Parameters of water pressure, water flow rate and the volume of coal flushed out are selected based on on-site testing and numerical modelling. Finally, numerical modelling and onsite testing are employed to validate the effects of enhanced coalbed methane recovery, which is whether or not coal and gas outburst danger is eliminated according to the national standards of China. The results show that the technology could improve the permeability of a coal seam and that the gas seepage coefficient was increased by about 10.50 times, the pre-gas drainage ratio was up to 35.5–70.4% and the borehole gas drainage experienced a process of increase-steady-decrease, which delayed 15–20 days of the attenuation time.     

穿层钻孔水力冲孔消突技术的应用研究

由于薛湖煤矿煤层透气性较低,且原始煤层瓦斯预抽效果较差,抽放达标周期长,为提高突出煤层的透气性,该矿在2306机巷实施了煤层底板穿层钻孔水力冲孔强化瓦斯抽采消突技术,介绍了该项技术的施工工艺、冲孔工艺及冲孔增透瓦斯抽采消突成果。结果表明,该技术有效的增加了煤体的孔隙率,提高了煤体的湿润度、透水性和可塑性,改变了煤体的物理力学特性,瓦斯抽放率得到了较大提高,有效地解决了措施施工和掘进相对集中的问题,为突出矿井的高产高效生产提供了理论依据和实践经验。