特厚煤层综放开采定向长钻孔瓦斯抽采技术

为了解决玉华煤矿特厚煤层综放开采条件下采空区瓦斯涌出量大的问题,开展特厚煤层综放工作面覆岩裂隙演化物理相似模拟实验。掌握特厚煤层采动覆岩裂隙分布特征、“三带”高度及底板应力变化规律,以此为基础设计试验工作面采空区瓦斯抽采钻孔的合理层位,最终以卸压瓦斯抽采效果为考察指标,利用定向长钻孔代替常规高位钻孔对抽采钻孔层位布置的合理性进行验证。结果表明,工作面冒落带高度22 m,冒采比2.2,裂隙带高度140 m,裂采比14。参考矿井实际顶板垮落情况,确定顶板定向长钻孔的3个合理终孔层位分别为7 m、15 m、40 m。通过瓦斯抽采效果对比得到定向长钻孔的瓦斯抽采浓度和有效抽采距离均比普通钻孔提高了1倍以上,抽采效果良好。     

采场覆岩裂隙发育规律及高位钻孔优化

采空区覆岩裂隙发育规律严重影响着高位钻孔的抽放效果,采空区裂隙发育充分的区域是高位钻孔理想的抽放范围,以临涣煤矿Ⅱ926工作面为研究对象,采取理论及数值模拟相结合的方式对采空区覆岩裂隙发育规律进行分析,找出裂隙充分发育区域,优化布置了高位钻孔参数,现场的实践表明,优化后的高位钻孔对采空区瓦斯抽采、防止工作面瓦斯超限作用效果良好,可以在类似矿区推广应用。     

采动裂隙带高位定向长钻孔瓦斯抽采技术

为解决高瓦斯综采工作面采空区瓦斯涌出量大而导致的上隅角瓦斯超限问题,提出采用高位定向长钻孔瓦斯抽采技术对采空区瓦斯进行治理。数值模拟计算了工作面开采时上覆岩层裂隙带发育高度,设计了合理的定向长钻孔抽采参数。现场应用结果表明：采用高位定向长钻孔瓦斯抽采技术,瓦斯抽采浓度高、流量稳定、有效抽采时间长,回采期间尚未发生上隅角瓦斯超限,瓦斯抽采效果显著,保证了矿井安全高效生产。     

近距离高瓦斯煤层群采动裂隙带瓦斯抽采技术

为了解决沙曲矿近距离高瓦斯煤层群开采过程中瓦斯超限这一难题,运用理论分析和数值分析相结合的方法对沙曲矿南翼4号煤开采采动裂隙演化规律进行了分析,确定了高位裂隙钻孔组的合理布置位置。结果表明:采空区垮落带和裂隙带高度分别为8、36.5 m,贯通裂隙带距工作面顶板垂高8~23 m,非贯通裂隙带距工作面顶板垂高23~42 m,工作面上方22 m左右裂隙分布密集且覆岩整体结构相对稳定,将钻孔延深至该区域能有效提高瓦斯抽采的浓度、抽采量和稳定性。现场实践表明:利用DDR-1200型千米定向钻机,将钻孔布置在距工作面上方22 m处时,瓦斯抽采效果明显,平均瓦斯抽采体积分数90.68%,平均瓦斯抽采纯量达11.58 m3/min。     

采空区上覆岩层裂隙发育及瓦斯流动规律分析

针对煤矿采空区上覆岩层裂隙发育,采动裂隙瓦斯流动规律等对合理确定高位钻孔抽采区域的重要性,对采空区上覆岩层的裂隙发育规律和采动裂隙场的瓦斯流动规律进行分析,从采空区覆岩"竖三带"裂隙分布特征、采动裂隙"O"形圈以及U型通风采动裂隙瓦斯流动规律出发,找出采空区对工作面上隅角瓦斯超限影响较大的区域,得出高位钻孔的理论最佳抽采区域大致为工作面后方50 m区域,这个区域的覆岩裂隙发育情况是高位钻孔层位优化设计的关键,为高位钻孔抽采参数优化提供了理论基础。     

基于采动覆岩裂隙特征的高位钻孔优化与分析

为了深入了解覆岩采动裂隙带内瓦斯富集运移区的变化规律,提高矿井采空区瓦斯抽采能力。以覆岩裂隙演化理论为基础,针对山西王家岭矿主采工作面,运用物理相似模拟的方法,研究了工作面采动影响下覆岩裂隙带及瓦斯富集运移区的变化规律,并以此研究结果,进行现场高位定向长钻孔优化设计。研究结果表明:上覆岩层裂隙及瓦斯富集运移区受采动影响,在第四次周期来压后裂隙充分发育,裂隙带高度在28～92.3m,但瓦斯富集运移区发育高度在第二次周期来压后稳定在52m以内。在现场试验中,对高位定向长钻孔参数进行优化调整,得到位于富集区内的钻孔抽采效果明显高于位于富集区外的抽采效果,且高位定向长钻孔稳定抽采期间抽采瓦斯占绝对瓦斯涌出量的55%～75%。研究结果为采动覆岩裂隙瓦斯富集运移区辨识、覆岩裂隙带瓦斯精准抽采提供一定的理论基础。     

初采段不同卸压程度区域顶板走向高位钻孔布置层位研究

针对高河煤矿W1320工作面初采段瓦斯治理问题,提出多层位钻孔瓦斯抽采技术,研究初采段不同卸压程度区域顶板走向高位钻孔布置层位的分布范围,揭示了工作面初采段采空区周围煤岩体卸压程度的演化特征和覆岩裂隙发育规律。研究结果表明,初采阶段,采空区中部覆岩卸压程度先增大后减小,覆岩裂隙发育经历了开始发育、充分发育、重新压实等过程,采空区四周覆岩卸压程度逐渐增大,覆岩裂隙逐渐发育,直至形成“O”形圈;分析4个钻场的瓦斯抽采效果发现,工作面初采段存在2个瓦斯抽采有利区,第1个区域抽采纯量约为0.3 m³/min,内错距离为10～28 m,垂直高度为2～10 m;第2个区域抽采纯量约为0.46 m³/min,内错距离为18～46 m,垂直高度为10～18 m,应将多层位钻孔的有效抽采长度布置在瓦斯抽采有利区内。研究成果对于优化工作面初采段高位钻孔布置参数具有重要的实践意义,可为研究利用顶板走向高位钻孔代替高抽巷提供依据。     

瓦斯排放巷在屯留矿厚煤层综放工作面的应用

针对屯留矿厚煤层综放工作面瓦斯涌出量高及分布范围广的特点,运用数值模拟方法,研究厚煤层宏观裂隙发育范围,提出了双巷掘进后用相邻工作面运巷做为本工作面瓦斯排放巷,并在其中布置高位钻孔和采空区抽采筛管的综合方法,对开采过程中煤层释放至采空区的瓦斯进行抽采。研究表明:高位钻孔应延深至工作面采空区中央上方28 m,抽采方案现场实施后,高位钻孔抽采瓦斯浓度平均达20.18%,筛管抽采平均19.1%,有效控制了采空区瓦斯向工作面的涌进量和上隅角瓦斯浓度。     

采动覆岩卸压采空区瓦斯抽采技术及工程应用

结合采空区顶板覆岩移动破坏规律,通过数值模拟研究了采空区瓦斯渗流场随通风方式和抽采参数的变化规律,在此基础上提出了"良性通风,高位钻孔,低位埋管"的瓦斯抽采技术,通过实现Y形通风、优化布置顶板覆岩钻孔参数和采空区埋管相结合的瓦斯抽采技术,大幅度降低了隅角及采空区瓦斯浓度,保障了工作面的安全生产。     

厚煤层双重卸压采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对下石节煤矿222工作面开采过程中双重卸压造成工作面瓦斯涌出量高导致瓦斯超限的安全难题,结合采动裂隙"O"型圈和"环形裂隙体"理论,在分析厚煤层综放开采双重卸压采动覆岩破坏特征的基础上;采用相似模拟和数值模拟研究了双重卸压工作面开采采空区覆岩裂隙演化模型,确定了裂隙场和应力场演化反馈机制,依据裂隙密度,将覆岩裂隙场划分为贯通渗透区、纵向渗透区和水平渗透区;结合Fluent模拟瓦斯流场运移机理,将双重卸压采空区覆岩裂隙场+应力场+瓦斯渗流场相互耦合,进一步补充了采空区瓦斯流场规律:低位低浓度瓦斯流动带和高位高浓度瓦斯流动圈;提出了双重卸压采空区卸压瓦斯治理方式为复合采空区高位定向钻孔瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:确定卸压瓦斯抽采富集区域范围为回风侧偏向工作面宽度40 m,距离煤层顶板60.8 m以上150 m以下范围内;通过在复合采空区将高位定向钻孔瓦斯抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度低于0.8%,工作面及回风巷瓦斯浓度低于0.3%。     

高位定向钻孔合理层位确定及抽采效果分析

为了有效解决临近层卸压瓦斯通过采动裂隙扩散至本煤层工作面，导致采空区上隅角及工作面回风巷瓦斯浓度超限的问题。以某矿9103工作面为工程背景，采用理论分析与数值模拟相结合的手段，对工作面上覆岩层裂隙演化规律进行分析研究。研究表明：采用UDEC数值模拟软件分析工作面上覆岩层破坏时垮落带和裂隙带演化规律及裂隙带高度分布范围与理论计算结果基本一致，覆岩垮落带最大高度4.9 m，裂隙带最高13.44 m。基于此，确定了工作面覆岩高位钻孔设计方案：在9#煤层上方10 m位置的粉砂岩中，采用高位钻孔技术抽采瓦斯，整体抽采浓度较高，进一步验证了高位钻孔布置参数设计的合理性。     

厚煤层覆岩裂隙分布模拟分析及采空区瓦斯抽采技术

厚煤层开采时受到开采强度大、采空区遗煤量多等因素影响,回采空间内瓦斯浓度较高。30503综放工作面回采采空区瓦斯涌出量较大,仅依靠采空区埋管、风排瓦斯等方式难以降低采面瓦斯浓度,为此采用理论分析、数值模拟等方法对采动覆岩裂隙分布特征进行分析并提出采用低-中-高位钻孔对采空区覆岩瓦斯进行抽采。依据采面情况对抽采钻孔布置进行设计,现场应用后,抽采瓦斯抽采浓度保持在25%左右、抽采纯量稳定在9.5 m~3/min,同时回风巷以及回风上隅角瓦斯浓度分别控制在0.5%、0.6%以内,可满足采面安全生产需要。     

低透煤层采空区覆岩高位瓦斯富集区微震探测及应用

为了提高低透气性煤层采空区覆岩卸压瓦斯的抽采效果,采用微震监测技术,对工作面推进过程中采空区覆岩微震事件的演化过程进行了监测,进而分析了采空区覆岩的空间破裂特征,并依据微震监测分析得到的采动裂隙带位置及周期来压步距,设计了高位钻孔瓦斯抽采参数,检验了瓦斯抽采效果。结果表明:工作面回采期间周期来压步距在16 m左右,形成的采动裂隙带高度在50 m左右,据此设计的高位瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采量和抽采体积分数分别提升了100%和150%,表明微震监测技术可准确探测采空区覆岩高位瓦斯富集区的空间位置,为瓦斯抽采钻孔设计提供了依据。     

基于黄陵一号煤矿UDEC高位钻孔优化设计应用研究

为对黄陵一号煤矿工作面高位抽采钻孔参数进行合理优化,应用UDEC软件对工作面采空区上覆岩层的运移和裂隙延展进行了数值模拟,模拟得出了上覆岩层冒落带和裂隙带的裂隙延展范围;对高位钻孔抽采的最佳布孔层位进行了现场测定考察,结合数值模拟和现场考察结果,确定了两带的高度范围和高位钻孔抽采的最佳抽采层位,实现了对高位钻孔瓦斯抽采参数的合理优化。     

基于覆岩裂隙发育规律的高位钻孔合理布置研究

为了保证矿井安全高效回采,解决工作面上隅角瓦斯问题,以覆岩裂隙发育规律为研究基础,对采空区顶板高位钻孔的合理布置方式进行研究。并以申南凹煤矿20102综采工作面为研究背景,采用相似模拟、理论分析以及现场试验多种方法综合研究,利用相似模拟二维实验研究20102综采工作面回采期间覆岩裂隙发育规律,确定覆岩随工作面回采过程中压实区、裂隙区等分布变化规律。研究结果表明：在时间次序上覆岩裂隙随工作面回采经历横向裂隙发育、纵向裂隙发育、裂隙场扩张、裂隙重新压实的推进演化过程,其中裂隙扩张区为高位钻孔的合理布置位置,能够有效地提高钻孔抽采效率,高位钻孔的合理布置层位位于裂隙带距顶板30～50m范围内,能够合理地保证钻孔成孔率以及高效抽采效率,有效地降低上隅角瓦斯浓度(达到0.4%左右),并且能够稳定保持。     

东大煤矿采空区瓦斯抽放设计与应用

为治理采空区瓦斯涌出量过多导致回采工作面瓦斯浓度超限问题,对东大煤矿14151工作面采空区瓦斯抽放钻孔参数进行设计.随着工作面的推进,在采空区会形成冒落拱,在冒落拱附近裂隙较为发育,高位钻孔布置层位应在冒落带上方,裂隙带中下部位,每个钻场布置8个抽采钻孔,钻场间距取60 m.通过设计合理钻孔参数可以有效地提高瓦斯抽采效...     

综放工作面采空区高位定向钻孔抽采效果影响因素分析

为了分析采空区高位定向钻孔设计抽采参数对抽采效果的影响,运用统计方法研究了矿井53个高位定向钻孔的布置参数和抽采数据,确定了合理的钻孔布置层位和平距。以王家岭煤矿12311为试验工作面,试验了不同抽采负压和钻孔孔径下高位定向钻孔的抽采效果,综合判定了高位定向钻孔的最佳抽采负压和合理钻孔孔径,并对高位定向钻孔设计和抽采参数进行了优化,对优化后的钻场抽采效果进行了试验和分析。结果表明：高位定向抽采钻孔的合理布置层位为25～45m,平距为20～60m,最佳抽采负压为22.7kPa,最优孔径为133mm,优化后瓦斯抽采率提高15.5%,有效降低了回风流瓦斯浓度。     

综采工作面采动裂隙分布的数值模拟研究

确定煤层采动后裂隙区域的分布,是卸压瓦斯抽采高位钻孔合理布孔的先决条件,其直接影响瓦斯抽采效果。本文针对沙曲矿24207综采工作面,采用UDEC4.0模拟软件,确定了采动覆岩裂隙分布区域为:在垂向上位于煤层上方7m~46m,倾向上位于采空区两侧40m,走向上分布于采空区两侧45m。为高位钻孔布置提供了有益参考。     

综放工作面采空区高位定向钻孔抽采效果影响因素分析

为了分析采空区高位定向钻孔设计抽采参数对抽采效果的影响,运用统计方法研究了矿井53个高位定向钻孔的布置参数和抽采数据,确定了合理的钻孔布置层位和平距。以王家岭煤矿12311为试验工作面,试验了不同抽采负压和钻孔孔径下高位定向钻孔的抽采效果,综合判定了高位定向钻孔的最佳抽采负压和合理钻孔孔径,并对高位定向钻孔设计和抽采参数进行了优化,对优化后的钻场抽采效果进行了试验和分析。结果表明：高位定向抽采钻孔的合理布置层位为25～45m,平距为20～60m,最佳抽采负压为22.7kPa,最优孔径为133mm,优化后瓦斯抽采率提高15.5%,有效降低了回风流瓦斯浓度。     

高位钻孔布置参数优化研究

为了减少瓦斯灾害、提高高位钻孔瓦斯抽采效果,分析和研究各种瓦斯汇集区的确定方法,采用体积分数法确定唐安煤矿3#煤层的顶板裂隙带内瓦斯汇集区,对高位钻孔布置参数进行优化,将优化后高位钻孔参数应用于唐安煤矿3409回采工作面。抽采结果表明,高位钻孔有效长度达到钻孔的65.4%,瓦斯抽采浓度大幅提高且钻孔有效抽采时间增长,单个钻孔瓦斯抽采纯量和钻场内总瓦斯抽采纯量增加3倍以上。参数优化后的高位钻孔增加了回采工作面瓦斯抽采量,有效地减少了工作面回风风排瓦斯量,为回采工作面安全生产提供了保障。