基于井上下联合抽采的三区联动瓦斯综合治理模式

为解决近距离突出煤层群开采过程中瓦斯超限及煤与瓦斯突出隐患,通过建立瓦斯治理的时空坐标系,系统分析井上、井下抽采技术的时空分布特征及其约束条件,进而揭示煤炭开采三区的井上下联合抽采的时空转换机制;基于沙曲矿近距离煤层群开采特点,在规划区大范围采用三类地面井,实现煤层气的规模化预抽,在开拓区和生产区首次实施了多分支水平井与千米钻孔定向对接高效抽采、大孔径定向长钻孔立体式抽采等关键技术,通过井上、下抽采方法优选集成,结合煤层气综合利用,形成了沙曲瓦斯综合治理模式与配套技术体系。经过实践验证,推行"沙曲模式"可实现采掘工作面瓦斯零超限,基本消除各煤层突出危险性,保证矿井安全高效生产,结合瓦斯综合利用可产生显著经济和社会效益。     

薄煤层保护层无煤柱煤与瓦斯共采技术研究

针对沙曲矿北翼高瓦斯近距离煤层群安全高效开采的问题,运用理论分析和现场实测相结合的方法,分析了薄煤层上保护层开采的覆岩裂隙分布与演化、卸压机理及采空区瓦斯运移积聚规律,并结合北翼2#薄煤层22201首采保护层工作面的实际情况,介绍了2#薄煤层上保护层无煤柱巷旁充填技术,确定了留巷墙体埋管瓦斯抽采技术参数。现场试验结果表明,采用2#薄煤层上保护层无煤柱煤与瓦斯共采技术,实现了下邻近高瓦斯煤层群的全面卸压,形成了工作面Y型通风系统,大大减少采空区瓦斯涌入工作面,有利于高瓦斯突出危险性煤层群的安全高效回采。     

复杂地质条件下高瓦斯近距离突出煤层群煤与瓦斯共采技术

针对贵州西部复杂地质条件下瓦斯含量高、透气性低以及近距离突出煤层群开采等特点,应用煤与瓦斯共采理念,提出了保护层开采结合高抽巷及巷内穿层钻孔抽采卸压瓦斯方案,构建了突出煤层群的煤与瓦斯共采技术体系,有效解决了突出煤层群开采的煤与瓦斯突出及瓦斯超限的难题,为安全高效生产创造了条件,实现了煤与瓦斯安全高效共采。     

底板贯穿型裂隙现场实测及其对瓦斯抽采的影响

高瓦斯煤层群利用保护层开采治理瓦斯效果显著,为煤矿安全生产提供了极大的保障,但是对于近距离和超近距离高瓦斯煤层群,在应用保护层开采技术时又产生保护层工作面瓦斯超限严重、采空区下方卸压区域瓦斯抽采浓度急剧下降等新的问题。以沙曲煤矿北翼二采区为实验背景,利用示踪气体实测层间贯穿型裂隙的发育时间、位置以及程度,验证了底板破坏深度定量计算的结果,定性分析了贯穿型裂隙对近距离煤层群瓦斯运移和瓦斯抽采的影响以此为依据调整并优化卸压瓦斯抽采技术参数,并通过现场应用验证,提高了瓦斯抽采率。     

高瓦斯煤层群“煤与瓦斯共采”技术研究

为了解决沙曲矿近距离高瓦斯煤层群开采过程中综采面上隅角和回风流中浓度超限这一难题,结合从德国引进的千米定向钻机设备,提出了高抽钻孔纽和顶板裂隙钻孔组联合抽采瓦斯技术,构建了沙曲矿"煤与瓦斯共采"技术体系.本文在项板千米钻孔抽采技术原理分析的基础上,采用UDEC4.0数值模拟软件计算得出采空区冒落带和裂隙带高度为9 m和30 m,采动裂隙"0"形圈的范围为距工作面顶板垂高10～25 m,距采空区两侧水平距离为10～35 m.研究表明,顶板千米大直径钻孔抽采技术治理瓦斯效果明显,上隅角瓦斯体积分数稳定在0.8%以下,且钻孔抽采瓦斯体积分数达55%以上,抽采量达50 m3/min以上,实现煤与瓦斯安全高效共采.     

近距离煤层群首采关键卸压层工作面瓦斯综合治理技术

近距离煤层群首采关键卸压层开采后,由于层间距较小,采动卸压后被保护煤层透气性增大数百到数千倍,卸压煤层产生采动裂隙,其相互贯通并与保护层采空区连通,导致被卸压保护煤层解吸瓦斯大量涌向保护层开采空间,造成首采保护层工作面的瓦斯治理更加困难。以淮南新庄孜煤矿近距离煤层群首采关键卸压层62114工作面开采为例,采用沿空留巷Y型通风煤气共采技术,提出并实施了被卸压保护煤层综合抽采瓦斯技术,工作面瓦斯抽采率超过80%,回风流瓦斯浓度低于0.6%,实现了高瓦斯煤层群煤与瓦斯的安全高效共采。     

突出煤层群开采卸压规律及瓦斯抽采技术

针对沙曲矿2号煤层近距离高瓦斯煤层群开采时瓦斯涌出量大的问题,通过理论计算及数值模拟分析了顶底板煤岩破坏卸压规律,结合工程经验通过采用顶板高位钻孔布置在工作面上方22.5m裂隙带内,以控制2号煤层及采空区瓦斯,而底板定向长距离钻孔布置在距离2号煤层底板15 m范围内,以控制下伏煤层瓦斯;形成了立体瓦斯抽采模式来强化瓦斯抽采,消除了本煤层及下伏煤层的突出危险性。     

顶板千米定向钻孔瓦斯抽采技术

针对沙曲矿高瓦斯煤层群综采工作面上隅角和回风流中瓦斯经常超限的难题,运用数值模拟和现场试验相结合的方法,理论分析了瓦斯在煤层开采过程中的积聚和运移规律,并结合从德国引进的DDR-1200千米定向钻机,提出了采用千米定向钻孔抽采瓦斯技术。根据14205综采工作面开采的实际条件,确立了抽采参数,并进行了工业性试验。结果表明,千米定向钻孔抽采瓦斯技术与传统的高抽巷相比具有明显的优势,单孔瓦斯抽采浓度达到79%,最大抽采纯量12.8 m3/min。     

上覆巨厚油页岩近距离煤层群瓦斯防治技术

针对上覆巨厚油页岩近距离煤层群瓦斯逸散困难、煤层间距近、煤层瓦斯压力和含量大、存在煤与瓦斯突出危险可能性、首采煤层瓦斯涌出量较大的特点,以依兰矿区为例,采用确定煤层开采顺序、消除首采工作面的突出危险、解决回采工作面瓦斯超限的瓦斯治理总体思路;提出利用底抽巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯+顺层钻孔抽采回采区域瓦斯的消突方法,采用定向钻孔以孔代巷(或高抽巷)+采空区埋管+底抽巷钻孔抽采回采区间采动影响瓦斯的抽采方法的抽采方法,从消突和防超限2个角度解决上覆巨厚油页岩近距离煤层群瓦斯防治问题。     

卸压开采抽采瓦斯理论及煤与瓦斯共采技术体系

针对低透气性、高吸附性、高瓦斯煤层群安全高效开采技术难题,以淮南矿区为主要试验研究基地,应用岩石力学、岩层移动、“O”形圈、瓦斯流动等理论,研究卸压开采采场内岩层移动及应力场分布规律、裂隙场演化及分布规律、卸压瓦斯富集区及运移规律等科学规律.针对不同煤（岩）层和瓦斯地质条件,探索出卸压开采抽采瓦斯理论,建立了卸压开采抽采瓦斯、煤与瓦斯共采技术体系.创新了低透气性、高瓦斯煤层群安全高效开采矿井设计理论,解决了煤与瓦斯共采重大工程技术难题.     

煤层群双重卸压开采覆岩移动及裂隙动态演化的实验研究

近距离煤层群双重卸压开采时,顶底板煤岩层反复破坏,形成了不同于单层煤层开采的裂隙通道,对瓦斯抽采造成了较大影响。采用相似材料模拟实验研究了单层开采和双重卸压开采覆岩位移、裂隙及应力分布与演化规律。研究表明：在双重卸压开采作用下,一些覆岩裂隙经历了生成、扩展、压实、张拉、再压实等复杂的过程;覆岩中形成了裂隙趋于闭合的“压实区”和裂隙趋于张开的“裂隙区”,这些裂隙形成了立体交错的瓦斯运移通道,并随双重卸压开采工作面推进而变化。提出了近距离煤层群重复卸压开采瓦斯立体抽采模式,实现上覆煤岩层和下伏煤岩层裂隙通道瓦斯的全面抽采,并在贵州盘江精煤股份有限公司金佳煤矿成功应用。     

近距离煤层群底抽巷瓦斯抽采实验研究

针对山西焦煤集团屯兰矿近距离煤层群开采过程中,采煤工作面底板瓦斯超限的问题,通过对近距离煤层群采掘工作面底板煤岩增透机理分析及回采工作面邻近层瓦斯涌出量计算,得出18205工作面底板瓦斯涌出量增大原因:18205工作面底板受采动影响,煤岩体形成裂隙带和卸压带,煤岩透气性系数成百倍增加,渗透率增大,为下邻近层瓦斯涌出提供了通道;下邻近层9#煤层瓦斯涌出量占18205工作面瓦斯涌出量的比例高达11.4﹪。结合理论分析、计算及开采条件,进行了底抽巷瓦斯抽采实验研究。结果表明:底板瓦斯浓度由0.46%降至0.1%,瓦斯抽放率提高了17%,矿井通风能力得到了提升。     

近距离煤层群上保护层煤与瓦斯共采技术研究

基于汪家寨煤矿多煤层群的赋存条件,探讨了8#煤层作为11#煤层上保护层开采的必要性,分析了关键上保护层8#煤层开采期间瓦斯涌出状况、特点及影响因素,研究了近距离煤层上保护层煤与瓦斯共采技术,即:底板穿层预抽下邻近层采动卸压瓦斯、顶板钻孔抽采上覆煤层裂隙瓦斯、采空区埋管抽采采空区瓦斯。现场应用结果表明,通过在X40806工作面的运输巷、回风巷对邻近层打钻预抽,有效治理了X40806工作面的瓦斯,保证了工作面正常生产,实现了煤与瓦斯共采。     

近距离煤层群井上下联合防突模式及其效果动态评价

针对近距离煤层群缺乏系统有效井上下联合防突模式及动态评价方法的问题,以华晋焦煤沙曲一矿为工程背景,通过类似矿区突出信息统计分析得出其地应力-瓦斯潜能大、突出源分散、煤体强度及渗透性低的特点,采用理论分析,从多次采动应力叠加及高能卸压瓦斯运移两方面,揭示了煤层群叠加开采突出力能转移及启动机制,进而启发多煤层协同疏解突出潜能、"多煤层-区域-局部"逐级强化抽采的防突思路。采用系统分析及归纳演绎法优选集成了多煤层全时段的井上、下联合防突技术体系,即规划区采用常规井、防突压裂井与多分支水平井联合抽采降突;准备区采用地面井+被保护层定向长钻孔群或多分支水平井井孔对接抽采立体区域化抽采防突;生产区采用本煤层定向长钻孔群条带预抽+递进式大孔径钻孔抽采消突,松软低透煤层需增加可控冲击波、低压脉动水力致裂等疲劳损伤增透方法以强化消突效果,并通过现场试验确立其关键技术参数。同时,建立了该模式应用过程阶段递进式动态评价函数,给出三阶段中2级指标四参数随时间变化表达式,并确定各指标临界值。现场工程实践表明:①沙曲一矿井上下联合消突模式在规划时间内基本实现上部2号,3+4号煤层协同消突;②资源开采3阶段的煤炭转化率依次为95%,85%,90%,整体动态转化率为70.5%,说明抽掘采衔接相对紧张,主要是准备区抽采防突效率低;③矿井优质煤炭产能释放量增加约80万t和煤层气产能提升420万m~3。     

底抽巷抽采高位裂隙带瓦斯技术研究

高位裂隙带瓦斯的抽采对于回采工作面上隅角瓦斯治理具有重要的意义。本文以马兰矿10608工作面为例,提出了运用底抽巷抽采高位裂隙带瓦斯的治理方法,该技术可为高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井近距离煤层开采治理瓦斯提供一种新的思路。     

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。     

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。     

近距离煤层群初采阶段应力场分布与煤岩运移规律模拟分析

为探讨近距离煤层群开采情况下初采阶段的应力场分布与煤岩移动规律特征,以沙曲矿24207工作面为研究对象,结合FLAC3D仿真软件和Tecplot后处理程序进行了仿真研究。模拟结果表明,3~4#近距离煤层初采期进尺范围达70m;在初采阶段,随着回采工作面的推进,采场上下煤岩体中部存在明显的应力泄放过程,载荷向采场两端煤柱转移,上覆和下伏煤岩层均呈现出压力拱效应,应力释放区也逐渐演变为瓦斯富集区;同时,邻近煤岩体整体向采出空间运移,位移等值线由水平向竖向转化且梯度逐渐增大,表明采场上下煤岩体由初始离层裂隙发育向竖向裂隙发育演化,最后形成贯通裂隙,从而为邻近层瓦斯运移提供了有效通道。     

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。     

煤与瓦斯共采技术在贵州煤层气开发中的应用研究

文章介绍了淮南矿区"煤与煤层瓦斯共采技术体系"诞生的背景、抽采机理、抽采效果及适用范围,并详细论述了贵州省煤层气发展现状、赋存、地质构造特征及淮南矿区"煤与煤层瓦斯共采技术体系"在贵州矿区煤层气开发应用的可行性分析,指出贵州省煤层气开发可充分利用淮南矿区科技成果并有效结合本省特征,形成并建立健全贵州省"小煤矿煤与瓦斯共采技术体系",实现适合本地区特色的瓦斯抽放技术体系。