高瓦斯矿井U型通风工作面瓦斯治理技术

针对李雅庄煤矿U型通风工作面上隅角及回风流瓦斯浓度高、瓦斯治理难度大的问题，根据工作面瓦斯来源及在采空区三带的运移储存规律，李雅庄煤矿开展了本煤层抽采工艺优化和裂隙带抽采技术研究。对本煤层钻孔封孔深度、联孔工艺、管路连接方式等进行优化，钻孔抽采浓度由抽采4个月后降低到9%提高到抽采10个月后维持在19%；通过调整裂隙带钻孔布置方式、优化钻孔布孔层位、采取下筛管护孔等技术措施，裂隙带钻场最高瓦斯抽采纯流量达13.6 m³/min，平均瓦斯抽采纯流量达8 m³/min，2个钻场联合抽采瓦斯纯流量在13 m³/min以上；取消了瓦斯措施巷、井下移动泵和上隅角风帘，上隅角和回风流平均瓦斯浓度分别控制在0.5%和0.4%以下，对高瓦斯矿井U型通风工作面瓦斯治理有借鉴意义。     

偏Y型通风下采空区瓦斯涌出规律及超限治理研究

为了揭示偏Y型通风方式下采空区通风联络巷瓦斯超限机理及提高采空区通风联络巷埋管瓦斯超限治理效果,以晋煤集团寺河矿5301工作面为研究对象,结合回采工艺参数与瓦斯涌出实测参数,利用UDF二次开发程序接口建立偏Y型通风方式下采空区瓦斯流场计算模型,模拟研究了回采工作面的遗煤与上邻近层瓦斯源条件下采空区瓦斯流场分布特点,推导了以工作面配风量为自变量的上隅角瓦斯浓度和采空区通风联络巷瓦斯浓度预测计算公式,预测公式计算结果与实测结果误差小于5%,验证了预测公式计算结果的可靠性,并在采空区后方第2个通风联络巷采取埋管抽采采空区瓦斯措施后,采空区通风联络巷及上隅角瓦斯浓度的降低程度进行预测计算。预测结果表明:在保证工作面足够配风量条件下,采空区采取埋管抽采瓦斯措施后,通风联络巷瓦斯体积分数由3.23%降低至0.94%,能够有效解决偏Y型通风方式下采空区通风联络巷瓦斯超限难题。     

基于偏Y型通风条件下采空区瓦斯抽采技术研究

为了研究综放工作面上隅角瓦斯超限原因及提高工作面上隅角瓦斯超限治理效果，以保德煤矿81505工作面为研究对象，结合工作面回采工艺参数，提出了偏Y型通风方式，利用有限元软件FLUENT模拟研究了工作面采空区瓦斯流场分布特点，在此基础上提出了大直径水平钻孔抽采采空区瓦斯工艺：即在备采工作面上顺槽通过施工水平钻孔接通采空区，进行采空区瓦斯抽采。研究结果表明：在保证工作面足够配风量条件下，大直径水平钻孔瓦斯抽采浓度3.2%～10.2%，抽采量5.4～23.6 m³/min，工作面上隅角瓦斯浓度不超过0.58%，回风巷瓦斯浓度不超过0.49%。确保了工作面安全高效生产。     

复产矿井瓦斯涌出量预测影响因素及偏差分析

针对复产矿井采掘期间配风依据不足的问题，在分析复产矿井瓦斯涌出量影响因素的基础上，以湖南省利民煤矿为研究对象，采用分源法和统计法，对矿井达产时不同生产时期的瓦斯涌出量进行定量预测和偏差分析。研究结果表明，采用分源法预测的矿井相对瓦斯涌出量为55.34～90.59 m³/t，绝对瓦斯涌出量为36.90～60.39 m³/min；采用统计法预测的矿井相对瓦斯涌出量为59.49～72.51 m³/t，绝对瓦斯涌出量为29.19～33.81 m³/min，矿井瓦斯涌出量随开采年度呈线性增加趋势；矿井相对瓦斯涌出量预测误差为6.98%~19.96%，受控于开采层及邻近层的煤厚、煤层原始瓦斯含量、开采深度、地质条件等自然因素，而矿井绝对瓦斯涌出量预测误差为20.89%~44.01%，受控于开采规模、开采顺序、回采进度等生产因素和停产导致的时间因素变化。     

腾晖煤业42200采煤工作面瓦斯抽采技术研究

针对腾晖煤业42200采煤工作面瓦斯含量较高的问题,采用理论计算和工程经验针对瓦斯含量及治理技术进行研究,工作面回采时预测本煤层绝对瓦斯涌出量为6.27m³/min,邻近层绝对瓦斯涌出量为7.08m³/min;采用“本煤层预抽、上邻近层裂隙带钻孔抽采、顶板孔抽采和大孔径钻孔抽采”技术方案进行瓦斯治理,通过现场瓦斯浓度监测,可知此技术方案可以有效防止瓦斯聚集问题,保证工作面安全生产。     

瓦斯含量多元数据融合分析及突出临界值确定

新建矿井由于运行时间较短,对瓦斯含量和地质信息勘探较少,在煤与瓦斯突出预测中存在较大困难。以山西某矿为研究背景,利用地勘钻孔瓦斯含量、瓦斯涌出量反演瓦斯含量以及瓦斯压力正演瓦斯含量相结合的多元数据融合分析方法,对山西某矿瓦斯含量进行预测,对突出危险预测敏感指标及其临界值进行确定。采用3种方法对瓦斯含量进行多元对比分析,结果表明,山西某矿瓦斯含量符合常规瓦斯地质规律,即与标高呈正相关关系;三者数据样本稳定,使得多元数据综合预测瓦斯含量更为可靠;通过对山西某矿10号煤层瓦斯含量预测可知,百米瓦斯含量增加2.6 m³/t,瓦斯风化下界为-257 m;根据邻近矿井煤与瓦斯动力参数与0.74 MPa下的瓦斯含量对比,确定瓦斯含量6 m³/t为该矿发生瓦斯突出的临界值。     

深部煤层区域预测指标临界值的研究

《防治煤与瓦斯突出细则》推荐的区域预测临界值指标分别为瓦斯压力0.74 MPa（相对）、瓦斯含量8 m³/t，然而实际生产过程中，深部煤层经区域预测瓦斯压力小于0.74 MPa或者瓦斯含量小于8 m³/t的煤层也曾多次发生突出。鉴于此，在考虑温度和地应力对煤层瓦斯赋存影响的基础上，对区域预测瓦斯压力和含量临界值进行了修正，修正系数为0.75。研究表明，考虑地温和地应力的影响修正得到的区域预测指标临界值对深部煤层的防突工作具有一定指导意义。     

基于层次分析法的煤与瓦斯突出预测研究

为了对煤与瓦斯突出进行预测，采用层次分析法研究了煤与瓦斯突出预测方法，分析了煤与瓦斯突出因素，对煤与瓦斯突出瓦斯压力和瓦斯含量临界值进行了确定。建立了煤与瓦斯突出的相关指标的层次分析模型。研究得出，某矿5号煤层的煤层瓦斯压力指标临界值为0.68 MPa，5号煤层瓦斯含量指标临界值为10.8 m³/t；影响煤与瓦斯突出的指标依次为煤的破坏类型和坚固性系数、顶板强度和厚度、煤层厚度、瓦斯压力、地质构造、瓦斯含量和埋深。研究为类似条件下煤与瓦斯突出预测提供了技术支持。     

煤与油页岩复合顶板瓦斯来源精准预测方法

针对煤与油页岩复合顶板瓦斯涌出异常、来源预测不准确的问题,提出了煤与油页岩复合顶板瓦斯来源精准预测方法。利用CWH12型煤层瓦斯含量测定仪测定瓦斯含量,并通过间接法反推瓦斯压力,结合瓦斯含量与瓦斯压力的结果分源预测瓦斯来源。在南家咀煤矿进行了现场测试,使用CWH12型煤层瓦斯含量测定仪对回采工作面和顶板油页岩的煤样进行了测定比较。现场试验表明:南家咀煤矿5^#煤层及顶板油页岩瓦斯含量分别为0.458 3、0.867 6 m³/t,瓦斯压力分别为0.02、0.038 2 MPa。采用分源预测法对南家咀煤矿进行了矿井瓦斯涌出量预测结果为:5^#煤涌出的瓦斯占工作面瓦斯总量的34.54%,上覆岩层涌出的瓦斯占工作面瓦斯总量的65.46%,顶板油页岩所含瓦斯对工作面瓦斯含量的影响相对较大,也是工作面瓦斯的主要来源。这就实现了煤层瓦斯来源的快速精准预测。     

大通煤矿3~#煤层瓦斯赋存特征及涌出量预测

开采深度和开采速度的增加,瓦斯动力突出灾害频发,瓦斯预测以及全矿区评判成为开采任务的重要研究方向。为进一步揭示大通矿区范围内瓦斯赋存以及突出可能性,采用采区实测数据对矿井范围内瓦斯含量以及涌出量进行预测。研究结果,4个采区的瓦斯赋存量和埋深进行拟合,3~#煤层的埋藏深度与瓦斯含量拟合关系为W=0.005 7H+2.161 8(R²=0.88),分源预测法分别计算了回采工作面、掘进工作面和生产采区的瓦斯涌出量,井田内3~#煤层瓦斯含量具有北高南低的特征,矿井最大绝对瓦斯涌出量达14 m³/min,相对瓦斯涌出量约为5.6 m³/t。     

基于SD的采煤面瓦斯浓度综合管控优化研究

为实现采煤面瓦斯浓度管控措施的组合优化,基于系统动力学理论(SD),构建了采煤面瓦斯浓度变化的因果关系结构和综合管控系统结构。分析采煤面瓦斯浓度的系统动力学行为,阐明瓦斯浓度随生产活动调整的变化规律,提出瓦斯浓度综合管控措施的优化方法。研究表明:影响采煤面瓦斯浓度的活动因素主要为单产、通风和瓦斯抽采,影响次序为单产、瓦斯抽采、通风;瓦斯浓度的动力学行为呈指数变化的振荡模式;利用非线性规划可实现瓦斯浓度管控措施的组合优化。将研究成果应用于矿井工作面瓦斯浓度的管控中,通过降低单产87 t/d,提高瓦斯抽采量8 m3/min,加大回风巷风量93 m3/min的组合优化策略,使工作面瓦斯浓度从0.44%～0.76%降低为0.22%～0.51%,有效预防了瓦斯事故的发生。     

综放工作面采空区瓦斯高效立体化抽采设计及应用

针对高瓦斯矿井U型通风方式回采工作面上隅角瓦斯易超限问题,采用数值模拟与现场试验相结合的研究方法,对采空区立体化瓦斯抽采措施的工作面上隅角瓦斯治理效果进行研究。以晋煤集团成庄煤矿4312综放工作面为研究对象,通过数值模拟优选出高效瓦斯抽采措施,建立了"高位钻孔+采空区联络巷埋管"采空区立体化瓦斯抽采体系,通过数值模拟手段预测得到采取该抽采措施体系后工作面上隅角瓦斯浓度最大值降低至0. 42%,该抽采措施体系的现场应用中工作面上隅角实测瓦斯浓度处于0. 30%～0. 45%之间,现场应用效果验证了数值模拟结果的正确性。研究结果表明,采空区瓦斯立体化高效抽采措施能够治理高瓦斯矿井回采工作面U型通风方式下上隅角瓦斯超限难题。     

沿空留巷Y型通风瓦斯治理效果分析

在瓦斯突出矿井中,沿空留巷Y型通风比U+L、U型通风方式更能解决巷道工程量大、掘进头多、掘进速度慢、采掘接替和矿井风量紧张的问题。介绍新元矿3107工作面沿空留巷Y型通风瓦斯治理方案,重点研究了不同主辅巷配风比条件下上隅角风流流线及扰动作用。通过实施沿空留巷Y型通风系统主辅巷合理配风,降低了工作面瓦斯浓度和配风量,工作面回采期间没有发生瓦斯超限,回风顺槽瓦斯浓度不超过0.4%,沿空留巷浇筑墙体处瓦斯浓度不超过0.56%,工作面总瓦斯涌出量由40.02 m3/min减为21.91 m3/min,工作面配风量由3 000 m3/min降至2 500 m3/min,Y型通风系统瓦斯涌出量明显减小,取得了较好的经济效益和安全生产效果,瓦斯治理取得了明显的效果。     

近距离高瓦斯煤层群首采层“一面四巷”瓦斯治理技术

针对近距离高瓦斯煤层群首采层回采工作面“U”型通风条件下，邻近层瓦斯通过煤岩体卸压产生的裂隙大量涌入到上隅角并进入回风流造成瓦斯超限的问题，以东于煤矿03X04回采工作面为研究对象，分析了回采工作面“U”型通风条件下采空区卸压瓦斯运移规律，从而确定了“回采工作面运输、轨道巷+高、底抽巷”相结合的“一面四巷”联合瓦斯治理技术方案。现场应用结果表明：回采工作面瓦斯抽采率达到81%,本煤层瓦斯含量下降了33%,完全处于卸压范围内的边部底抽巷拦截钻孔抽采纯量达到单孔0.02～0.03 m³/min,瓦斯抽采浓度最高达90%,抽采纯量提升2倍以上，大幅度减小了下邻近层瓦斯涌入回采工作面和上隅角，回采工作面轨道巷和边部底抽巷回风流瓦斯浓度稳定在0.2%～0.4%,上隅角瓦斯浓度处于0.3%～0.4%,有效地解决了回采工作面“U”型通风条件下上隅角和回风流瓦斯超限的问题，保证了矿井安全高效生产。     

余吾矿S1205工作面最佳通风参数研究

为了优化余吾煤业S1205工作面通风效果，通过数值模拟方法，对矿井工作面最佳通风系统和工作面最优风控瓦斯参数取值进行了研究。以防止瓦斯超限为标准，通过Fluent数值模拟软件，对影响工作面瓦斯浓度的高抽巷负压及风量分配方式进行了系统研究，得到了对工作面、采空区瓦斯涌出量控制的最佳通风参数，供相关研究与实践参考。     

马兰矿10706工作面瓦斯综合防治研究

以马兰矿10706工作面为研究对象,在对研究区煤层特征、瓦斯特征、构造特征、通风特征进行分析的基础上,进行了突出危险性预测。根据预测结果及工作面实际情况,制定了与工作面相匹配的综合瓦斯防治措施,并建立了抽采措施检验与验证方法。形成了一套集危险性预测、防治措施、效果检验与验证为一体的瓦斯综合防治方法,这对实现瓦斯的高效抽采具有重要的意义。     

采动落煤瓦斯涌出量预测模型的建立及应用

为了准确预测回采工作面采动落煤瓦斯涌出量,进行合理通风设计和制定瓦斯防治措施。通过现场实测和瓦斯涌出统计资料,考察不同落煤时间的瓦斯解吸量并建立数学模型,研究落煤瓦斯解吸强度与暴露时间的关系,得出了预测采动落煤瓦斯涌出量的经验公式,经验证,模型可信、预测精度高。     

掘进巷道过地质构造带防突技术研究

针对寺河煤矿掘进巷道过地质构造带期间的防突问题,采用区域措施孔、千米定向拦截钻孔、普通探测孔以及工作面预测孔等方式,探明了掘进前方煤层赋存情况,并采用千米定向拦截钻孔、普通探测孔以及工作面预测孔扩孔措施,强化瓦斯抽采和煤体卸压。通过采取该方案,将工作面残余瓦斯含量降低到6.0 m³/t以下,工作面预测指标K₁最大值为0.35 mL/(g·min^1/2),钻屑量S最大值为3.6 kg/m,工作面瓦斯浓度最大为0.3%,回风流瓦斯浓度最大为0.37%,保证了掘进巷道过构造带期间的安全生产。     

综放工作面配风量对采空区遗煤瓦斯涌出的影响研究

为了得到综放工作面配风量与通风方式这两个通风关键因素对采空区遗煤瓦斯涌出的影响规律,以郑煤集团新郑煤电有限责任公司11208综放工作面为研究对象,建立了综放工作面采空区遗煤瓦斯运移CFD稳态计算模型,在验证了计算模型计算结果正确性的基础上,利用该模型对U型、U+I型、偏Y型、并列双U型四种通风方式下工作面配风量对上隅角瓦斯浓度、回风巷瓦斯浓度、风排瓦斯巷瓦斯浓度、总风排瓦斯量的差异性进行了定量化分析,研究结果表明,U+I型、偏Y型与并列双U型通风方式有利于控制上隅角瓦斯浓度,但采空区风排瓦斯巷存在瓦斯超限隐患,研究结果对综放工作面通过配风量控制采空区遗煤瓦斯涌出措施具有重大的参考价值。     

原相煤矿瓦斯抽采量预测研究

通过对原相煤矿矿井瓦斯含量分布及瓦斯基础参数进行测试,得出02号煤层最大瓦斯含量约14.50 m³/t,2号煤层最大瓦斯含量约15.20 m³/t.根据02、2号煤层矿井瓦斯涌出量预测,02号煤层工作面为瓦斯治理的重点,其中关键是下邻近层涌出瓦斯的治理。对02号煤层工作面进行瓦斯抽采量预计,得到工作面总抽采量为48.91 m³/min,风排瓦斯量为10.42 m³/min.