回采面顶板覆岩卸压抽放瓦斯机理及合理参数研究

通过理论分析和现场试验分析了煤炭开采顶板覆岩冒落变形动态变化规律,分析了覆岩关键层的层位及岩体特性对煤层回采后顶板岩层的冒落区、裂隙区的扩展影响特征;结合现场工程实际,提出了顶板覆岩卸压抽放技术,分析了影响瓦斯抽放量的因素,给出了顶板卸压钻孔的合理布置参数,为高瓦斯煤田瓦斯抽放提供了一条新途径。     

改进抽放方法提高瓦斯抽放效果

分析了回采工作面回采过程中顶板覆岩卸压移动规律及其顶板覆岩结构与关键层层位对覆岩移动规律的影响，提出了利用采动煤层顶板覆岩卸压裂隙发育特征，实施覆岩卸压区走向长钻孔抽放瓦斯.给出了顶板走向长钻孔卸压抽放的合理布置区域，并在抽放钻孔内下入套管，增加了钻孔有效抽放时间和长度，完善了顶板走向钻孔抽放瓦斯的技术，取得较为理想的瓦斯抽放效果.     

高瓦斯突出煤层未保护区综放开采瓦斯综合治理研究

针对淮南潘三煤矿低透气性高瓦斯煤层综放开采的实际情况,在综合分析影响综放面安全开采的基础上,提出并实施了顶板走向长钻孔覆岩卸压瓦斯抽放、本煤层顺层孔卸压瓦斯抽放、尾巷抽放和排放等综合瓦斯治理措施,实现工作面的安全快速推进。实践证明,顶板走向长钻孔覆岩卸压瓦斯抽放是解决低透气性煤层瓦斯抽放率低的有效方法,回采面顺煤层瓦斯预抽率在30%以上;尾巷抽放和排放是低透气性高瓦斯煤层安全生产的有效辅助措施。该方法对类似条件的高瓦斯煤层综放安全开采有指导意义。     

利用顶板冒落规律抽放采空区瓦斯的研究

为了给采空区走向高位瓦斯抽放钻孔的设计提供依据,采用相似模拟试验方法分析了采空区顶板冒落规律、覆岩关键层的破断对采空区顶板冒落形态和采空区瓦斯的富集区域影响。依据瓦斯富集区域、顶板的垮落角和周期来压(垮落)步距给出了顶板瓦斯抽放钻孔的终孔层位、钻场间钻孔的压茬距离和抽放钻孔在倾向方向上控制范围的确定方法,并预测钻孔的抽放瓦斯效果。现场应用取得了良好的效果。     

高瓦斯矿井综放工作面综合抽采优化研究

为解决某高瓦斯矿井综放工作面瓦斯抽采困难、瓦斯严重超限难题,采用数值模拟和理论分析得到采动覆岩裂隙演化和卸压瓦斯运移规律,提出本煤层抽采和裂隙带抽采的综合、协同抽采技术。结果表明:回采作用下,覆岩裂隙垮落-压实的变化使得在裂隙带中易形成瓦斯富集;提出的综合治理技术可以实现对本煤层和采场裂隙带内瓦斯抽放,工作面实测抽采瓦斯纯量最大为6.15m~3/min,抽采瓦斯浓度最大为49. 9%,满足安全生产要求。     

综采工作面复合顶板采动裂隙发育规律数值模拟

基于古书院矿15#煤层152303工作面复合顶板采动裂隙的基础条件,采用RFPA模拟软件,模拟受采动影响工作面覆岩的变化规律,对工作面开采的垮落步距、卸压角等进行分析,研究覆岩最终垮落形态,结合理论计算确定"三带"高度。在对综采工作面煤层瓦斯赋存规律和瓦斯涌出来源分析的基础上,提出了高位钻孔抽采瓦斯的方法,最终确定综采工作面瓦斯治理技术措施及钻孔布置参数。     

超厚易自燃煤层放顶煤开采瓦斯治理研究

以塔山矿为例,在分析采场裂隙特征基础上,实施采场卸压瓦斯抽放试验。提出由于超厚而造成的低瓦斯含量煤层放顶煤瓦斯涌出量较大,且顶板的垮落不确定性易自燃煤层矿井瓦斯治理方案。现场试验表明,高位钻孔是解决易自燃、超厚煤层低瓦斯矿井瓦斯超限的有效办法。同时通过试验对高位钻孔进行调整,给出卸压瓦斯抽放高位钻孔合理参数。通过系统运行前、后比较,上隅角瓦斯浓度平均值降幅约27%。     

王家岭煤矿综放工作面上覆岩层运动规律及卸压区瓦斯抽采试验研究

为实现低瓦斯高涌出矿井综放工作面安全高效开采,以王家岭煤矿为背景,结合物理相似模拟实验、UDEC数值模拟和微震监测,系统分析了王家岭煤矿综放工作面上覆岩层运动规律,在此基础上,开展了现场卸压区瓦斯抽采试验。研究结果表明：随工作面推进,煤层顶板上覆岩层垮落高度距煤层底板距离增大,离层裂隙距顶板距离增大,空洞高度减小;采空区两侧瓦斯运移通道的裂隙多于压实区的裂隙。初次来压前,采空区垂直应力随工作面的推进而降低;初次来压后,采空区垂直应力随工作面的推进而增大。在进、回风巷顶板,煤层、采空区顶底板共发生2 572个微震事件,工作面前方50 m范围内应力集中较大,应注意超前支护防范。12301工作面周期来压步距20～26 m,采动裂缝带高度90～110 m,周期来压4～6次。现场卸压区瓦斯抽采试验中,合理层位工作面瓦斯抽采量是其他层位工作面瓦斯抽采量的1.5倍,且工作面上隅角和回风流瓦斯浓度均小于0.8%,瓦斯治理效果显著。     

复杂特困条件下煤层群瓦斯抽放技术研究

应用数值模拟、相似材料试验、工业性试验等方法，研究了采场顶底板煤岩层移动及裂隙发育特征与瓦斯流动的关系，以及与之配套的瓦斯抽放方法与关键参数。确立了开采煤层顶板瓦斯抽放技术、开采远距离煤层上向卸压瓦斯抽放技术、开采近距离煤层下向多重卸压瓦斯抽放技术等适合复杂特困条件下煤层群开采的瓦斯抽放技术，全面考察了现场应用效果。     

凤凰山矿15号煤顶板高位钻孔抽放瓦斯技术研究

 针对凤凰山矿151304综采工作面“U”型通风系统回采过程中上隅角瓦斯超限实际,在分析采空区瓦斯主要来源于上覆9号煤层的基础上,利用煤层回采后煤层顶板覆岩层的卸压特征,在煤层顶板覆岩内布置高位钻孔直接对上邻近层卸压瓦斯进行抽采和拦截,并对钻孔布置参数进行了研究。实践应用表明,所设计施工的顶板高位钻孔能够很好的满足151304工作面采空区瓦斯治理的需要,解决了工作面瓦斯超限问题。     

基于采空区瓦斯运移规律的抽采钻场设计

为了对高瓦斯工作面采空区抽采钻场进行设计,使采空区及工作面上隅角瓦斯得到有效控制,通过数值模拟分析了采场覆岩结构及裂隙发育规律;根据模拟结果利用实验室试验分析了抽采钻孔在不同位置时采空区瓦斯的运移规律,得出终孔位置距煤层顶板上方30m左右,距回风巷水平距离10～20m时抽采效果最佳;且终孔高度应根据工作面覆岩结构形态有所区别,靠近回风巷的钻孔高度应控制在规则冒落带上部,靠近工作面中部的钻孔应布置在裂隙带内。     

采空区下煤层开采覆岩破坏规律数值模拟

基于古书院矿煤层的实际地质资料,利用RFPA2D分析软件对采空区下15#煤层开采覆岩破坏进行了模拟,观察开采后15#煤层坚硬顶板的裂隙发育状况,研究采动覆岩中三带的发育高度,并对结果从采场上覆岩层移动破坏规律、15#煤层顶板位移及应力变化特征方面进行了分析。通过对15#煤层三带分布研究,编制矿井冒落带和导水裂隙带高度的等值线图,确定15#煤层的导水裂隙带最大发育高度,预测在15#煤层回采过程中,9#煤层采空区积水下渗的可能性。根据裂隙发育情况,结合顶板岩性,为15#煤建立抽放系统、治理瓦斯的论证提供依据。     

淮南高突煤层边掘边抽合理抽放参数研究

在谢一矿高突煤层B11煤层边掘边抽防突措施试验基础上，分析了采动应力集中、瓦斯及煤体结构对煤巷掘进中煤与瓦斯突出的影响，试验研究了钻孔抽放瓦斯后对工作面前方煤体应力集中带前移和煤体瓦斯排放效果，探讨了钻孔孔径、抽放时间、抽放负压对抽放瓦斯效果的影响，确定了谢一矿高突煤层B11煤层边掘边抽的合理抽放参数。     

水平工作面老顶初次来压步距计算及瓦斯抽放巷道位置确定

 以黄沙矿2上煤层为工程背景，采用结构力学中的力法对试验工作面的老顶初次垮落进行了力学分析。通过建立老顶-工作面基本力学模型，分析老顶首次破断时的极限弯矩，得出老顶初次垮落步距l的求解方程，计算出老顶初次垮落步距为22.4m，并利用采动裂隙椭抛带理论为瓦斯抽放巷道位置的选择提供预测和理论支持。     

采动裂隙椭抛带动态演化及煤与甲烷共采

为研究采动覆岩裂隙演化及其中瓦斯的运移规律,通过物理相似模拟及数值模拟发现,煤层开采后采动覆岩裂隙形态可用椭抛带来表征。基于岩层控制关键层理论,建立了考虑采高及第一亚关键层与煤层顶板间距的采动裂隙椭抛带动态演化数学模型。运用环境流体力学,传质学,渗流力学,采动岩体力学等理论,得到采动煤体应力与卸压瓦斯渗流,纵向破断裂隙区瓦斯升浮,以及横向离层裂隙区瓦斯扩散等方程,构建出椭抛带中卸压瓦斯渗流-升浮-扩散综合控制模型。分析了椭抛带卸压瓦斯抽采机理,提出相应的煤与甲烷共采技术。通过山西天池煤矿抽采卸压瓦斯的现场实践,说明采动裂隙椭抛带是卸压瓦斯的储运区,将瓦斯抽采系统布置其中,可取得良好效果。     

跃进煤矿龙水湖水库下采煤可行性研究

综合现场工程地质调查结果、现场测试、理论计算以及数值模拟得出了跃进煤矿在龙水湖水库库区下采煤是可行的结论,同时通过离散单元法UDEC软件数字模拟了跃进煤矿龙水湖下开采对地表沉陷的影响和煤层上覆岩层的垮落带、裂隙带、弯曲下沉带的分布,确定合理开采方案,为进一步试采研究奠定了基础。     

浅埋薄基岩厚煤层覆岩移动演化规律数值模拟研究

 本文应用RFPA2D岩石破断过程分析系统对神府煤田柠条塔煤矿浅埋薄基岩厚煤层N1201首采工作面开采过程中覆岩移动演化规律进行数值模拟分析。模拟研究了煤层采动后其上覆岩层破断发展过程,揭示了工作面推进过程中采场岩层的破断机理和来压特点以及煤层顶板支承压力的变化规律,并与井下现场实测来压步距进行对比分析,为今后开采神府矿区相似工作面的顶板管理及矿压控制提供了重要的参考价值。     

上覆岩层冒落带和裂隙带高度的确定

通过观测枣庄、淮南、开滦、峰峰、大屯、大同等矿区,开展了覆岩破坏特征的研究,得出了煤层覆岩的破坏范围形态,以及冒落带和裂隙带高度的计算公式,准确确定冒落带和裂隙带范围,为煤层开采、顶板管理奠定基础。     

受采动影响煤层水力冲孔增透技术试验研究

以张集矿北区为研究对象,介绍了在保护层开采后未及时进行瓦斯抽采,煤岩体重新压实条件下水力冲孔的现场试验过程,并与仅进行保护层开采的卸压增透和在未受采动影响的实体煤层中进行水力冲孔的卸压增透现场试验效果进行了对比。结果表明,在受采动影响的煤层中进行水力冲孔,对煤层进行二次卸压,可使水力冲孔的有效抽采半径增大到16 m,使瓦斯抽采率提高到46%,并且在受采动影响的煤层中进行水力冲孔可降低水射流的破煤压力。