顺层钻孔瓦斯抽采漏气规律及封孔技术研究

顺层钻孔瓦斯抽采时,在矿山压力作用下,极易出现抽采漏气的情况,为了提高顺层钻孔瓦斯抽采效果,据巷道围岩应力分布规律,分析了抽采钻孔轴向和径向的应力和裂隙分布特征,提出顺层抽采钻孔的4种漏气通道分别为:封孔材料漏气、钻孔周围煤体漏气、封孔材料与钻孔壁间隙漏气以及邻近钻孔影响漏气。基于漏气通道分析结果,得出顺层钻孔抽采应堵实钻孔径向松动圈和设计合理的封孔长度的封孔原则。根据钻孔漏气机理及封孔原则并结合现场条件,对孟津煤矿原聚氨酯封孔工艺进行考察并优化,得出优化后的封孔深度应为20 m,并结合径向裂隙范围,提出了两堵一注全程注SRS-Ⅱ高强微膨胀型快速凝固封孔材料的封孔工艺,在12030运输巷进行了工业试验。通过对封孔优化前后的跟踪监测数据进行对比分析,得出封孔优化后的瓦斯抽采体积分数为原封孔工艺瓦斯抽采体积分数的1.1～1.9倍,优化后的瓦斯抽采纯量为原封孔工艺的2.6倍左右,且原封孔工艺较封孔优化后的抽采体积分数和抽采纯量衰减明显。因此,优化后的封孔工艺抽采效果较原工艺明显提高,为同类型矿井顺层抽采封孔提供了借鉴。     

煤矿新型瓦斯抽采钻孔保压封孔技术研究

为提高钻孔瓦斯抽采效果,基于封孔工艺与封孔参数是影响钻孔瓦斯抽采效果的两个重要因素,通过分析钻孔轴向应力及径向应力它们各自与裂隙分布特征,得到了瓦斯抽采钻孔最佳封孔位置的选择方法以及封孔压力原则,通过分析传统“两堵一注”封孔工艺易出现漏浆“三角区”的不足,设计了一种新型保压注浆封孔装置,该装置通过把注浆管、回浆管以及瓦斯抽采管这三部分合理融合,进行一体化设计,封孔囊袋的气密性以及实际注浆压力得到了显著提升,实际应用结果表明,该种新型保压封孔技术,封孔效果更好,瓦斯抽采浓度更高,具有一定的推广应用价值。     

内支撑骨架封抽技术在突出煤层瓦斯抽采中的应用

针对突出煤层瓦斯抽采钻孔维护及封孔现场存在的技术难题,以钻孔维护、封孔技术理论为指导,研究开发了内支撑骨架支管封抽一体化技术。在井下现场实施过程中,进一步优化了封孔、抽采施工工艺。现场实践表明,利用组合封孔器和与之相配套的带压封孔施工工艺,可有效解决松软突出煤层瓦斯抽采钻孔自稳时间短、封孔不严的技术难题,从而大幅度提高突出煤层瓦斯抽采效果,为突出矿井顺利实施煤与瓦斯共采提供技术支撑。     

不同瓦斯抽采钻孔封孔工艺封孔效果的现场试验对比研究

为了考察不同封孔工艺在低渗透煤层中的瓦斯抽采效果,通过现场瓦斯抽采试验,对比分析了传统封孔、自胀式封孔、袋装封孔、封孔器封孔以及主动承压式封孔5种封孔工艺的钻孔瓦斯浓度变化特征,介绍了主动承压式封孔工艺的工艺原理。结果表明:主动承压式封孔工艺的钻孔瓦斯浓度在抽采初期呈上升趋势,随后缓慢降低并稳定在70%左右,钻孔瓦斯浓度出现显著衰减的时间为70～80 d,高瓦斯浓度抽采的时间长达91 d,远高于相同条件下采用其他封孔工艺的抽采钻孔;此外,采用该封孔工艺的钻孔瓦斯浓度自孔底向孔口仅衰减14%,为各类封孔工艺中瓦斯浓度衰减最低的封孔方式。综合对比各类封孔工艺下抽采钻孔瓦斯浓度变化特征、瓦斯浓度显著衰减时间和高浓度瓦斯持续抽采时间等指标,采用主动承压式封孔工艺可以取得良好的瓦斯抽采效果。     

大直径钻孔高压保压封孔技术研究

为提高钻孔瓦斯抽采效果，基于封孔工艺与封孔参数是影响钻孔瓦斯抽采效果的两个重要因素，通过分析钻孔轴向应力及径向应力各自与裂隙分布特征，得到瓦斯抽采钻孔最佳封孔位置。通过分析传统“两堵一注”封孔工艺易出现漏浆“三角区”的不足，设计了一种新型保压注浆封孔装置，该装置通过把注浆管、回浆管以及瓦斯抽采管这三部分合理融合，进行一体化设计，封孔囊袋的气密性以及实际注浆压力得到了显著提升，实际应用效果表明：该种新型保压封孔技术封孔效果好，瓦斯抽采浓度高，具有一定的推广应用价值。     

突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术

针对突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔现场存在的技术难题,以钻孔封孔技术理论为指导,研究开发了组合封孔器带压封孔技术。在井下现场实施过程中,进一步优化了封孔施工工艺。现场实践表明,利用组合封孔器和与之相配套的带压封孔施工工艺,可有效解决本煤层瓦斯抽采钻孔封孔不严的技术难题,从而大幅度提高突出煤层瓦斯抽采效果,为突出矿井顺利开展煤与瓦斯共采技术研究工作提供技术支撑。     

瓦斯抽采新型封孔装置的研究与应用

针对瓦斯抽采钻孔因封孔失效导致抽采效果不佳的情况,通过对钻孔漏气机理分析,提出瓦斯抽采钻孔3种典型漏气形式。结合“两堵一注”封孔装置的不足,提出一种新型瓦斯抽采钻孔封孔装置,通过“一管多用,多管合一”的结构设计,消除了封孔囊袋与抽采管路间的漏浆通道,提高封孔注浆压力。现场实验表明,在抽采50 d后,新型封孔工艺较聚氨酯封孔法、“两堵一注”封孔法的瓦斯抽采体积分数分别提升了49.50%和11.85%;瓦斯抽采纯量分别提升了43.75%和9.52%。     

注气式主动封孔技术在提高瓦斯抽采效率的应用

为了解决常规瓦斯抽采钻孔密封性差、瓦斯抽采浓度低的问题,提出了新型注气式主动封孔技术,通过其主动密封特性,实时封堵钻孔内部动态裂隙,进而提高瓦斯抽采浓度和抽采效率。注气式主动封孔技术与柔性膏体封孔材料联合封孔在经济性和瓦斯抽采效率上均优于其他钻孔密封工艺,适合在高瓦斯矿井大规模推广使用。     

低透气性构造软煤瓦斯抽采技术应用

为解决白坪煤矿低透气性构造软煤瓦斯抽采质量差的问题,理论分析了影响低透气性构造软煤瓦斯抽采效果的主控因素,提出了基于封孔工艺、“钻孔修复+二次卸压增透”的穿层钻孔瓦斯抽采成套工艺技术体系。通过优化封孔工艺、“钻孔修复+二次卸压增透”新工艺技术现场应用,使得瓦斯抽采平均浓度提高了约1.41～1.85倍,单孔平均瓦斯抽采量提高了约3.11～3.85倍,证实了该工艺技术在白坪煤矿低透气性且应力敏感性强的全层构造软煤瓦斯抽采中的优势,旨在为该类煤层瓦斯抽采新工艺技术大面积推广应用提供相应的技术支撑。     

瓦斯抽采钻孔漏气模型及封孔工艺优化研究

抽采钻孔漏气是影响瓦斯抽采率的关键因素,其主要受封孔材料、封孔工艺、封孔方法、封孔参数(封孔深度)、钻孔周围裂隙、煤体物理力学性质、抽采负压等因素影响。根据井下瓦斯钻孔抽采实际情况,系统地分析总结了6种井下瓦斯抽采钻孔漏气物理模型,并针对性地提出了对应漏气模型的解决封孔工艺。     

煤矿瓦斯抽采封孔工艺的探讨

为了提高煤矿瓦斯抽采钻孔封孔工艺,对穿层钻孔和顺层钻孔的设计和传统工艺的封孔进行了对比分析,提出了本煤层顺层三段式聚氨酯砂浆带压组合式、工作面封孔器以及穿层钻孔两段式聚氨酯砂浆封孔等新工艺。应用表明,新工艺有利于提高瓦斯抽采浓度,延长抽采时间,解决了封孔中遇到的许多问题,确保了煤矿瓦斯抽采工作顺利安全高效抽采。     

三软煤层顺层瓦斯预抽钻孔变形规律研究及其控制

为防止三软煤层顺层预抽钻孔塌孔,提高瓦斯预抽效果,需合理确定抽采钻孔封孔方法,全程下筛管施工工艺防止塌孔。通过分析可知:二₁煤层强度低,且埋深大,埋深产生的地应力远远大于煤体强度是导致钻孔塌孔的主要原因。通过数值模拟可知:顺层钻孔呈现径向变形的特征,钻孔直径明显减小。13051工作面本煤层钻孔成孔后,采用“封孔管+封孔筛管+注浆管+专用封孔器”进行封孔,塌孔减少,抽采达标时间缩短了约35 d,残余瓦斯含量为4.69 m³/t,13051工作面瓦斯抽采达标。     

下沟煤矿本煤层预抽钻孔合理封孔长度研究

封孔长度的合理性对于煤层预抽钻孔的抽采质量影响较大，当封孔长度较大时，不利于封孔段瓦斯的抽采，同时封孔成本增加，反之当封孔段长度较小时，若未封孔部分与煤壁裂隙导通，钻孔发生漏气又影响钻孔抽采质量。为确定合理的封孔长度，针对下沟煤矿302工作面特定的地质条件，采用单孔声波发射对巷道卸压区和应力集中区范围进行了研究，通过分析卸压区范围，确定了合理的封孔长度，并结合试验孔周边的预抽钻孔抽采数据，进行了验证分析，得出该工作面的合理封孔深度为8 m。     

Field investigation of using water injection through inseam gas drainage boreholes to control coal dust from the longwall face during the influence of abutment pressure

Coal dust is a primary contributor to underground coal-mining disasters and is also a major factor in adversely affecting the occupational health of mine workers. Pre-wetting the coal seam with water injection is widely considered as one of the effective means of mitigating coal dust generation during mining. Injecting water through inseam long boreholes parallel to the working face is a commonly used technique. However, for most fully-mechanised top-coal caving working faces, inseam gas drainage boreholes are drilled to extract gas from the gassy seam prior to mining. Therefore, there is neither enough time nor space at the working site for an elaborated water injection process. Based on the mining conditions at Panel 9801 of the Yangquan coalfield, this study designed a water injection system through the inseam gas drainage boreholes to control dust arising from the longwall face. Under the influence of abutment pressure, water injection through a set of inseam gas drainage boreholes was experimentally investigated to offset the conflict between water injection and gas drainage in terms of the time and space availability. The relations between the amount of injected water, the injection rate, the seam moisture content and the coal dust level at the working space were investigated. The effect of water injection for dust control at different distances ahead of working face was assessed. With the change of abutment pressure, the effect of water injection to inseam gas drainage and gas emission at working face was revealed and a space-time balance between gas drainage and dust control by water injection was established. The results indicate that under the influence of abutment pressure, water injection through inseam gas drainage boreholes wetted the seam and decreased the dust level at the working face. Water injection only has marginal influence on inseam borehole drainage and has a negligible impact on the gas level produced at the working face. Under the influence of abutment pressure, the optimum area for water injection through the inseam boreholes was the primary fracture opening zone and the secondary fracture development zone.     

RFPA~(2D)数值模拟在高位钻孔参数优化中的应用

基于准确划分煤层上覆岩层"竖三带"的煤层法向分布范围,以及有效提高高位钻孔瓦斯抽采效果的重要性,应用RFPA2D软件数值模拟祁南煤矿714工作面顶板垮落情况,初步分析了"竖三带"的煤层法向分布范围,并结合经验公式的计算结果,综合判定距71煤层顶板上方18.4～49.0m的岩层区域为裂隙带,高位钻孔法距参数的取值范围优化选择为18.0～34.0m。现场应用表明,高位钻孔的法距参数施工控制在20.0～35.0m时,钻孔抽采瓦斯体积分数均在30%以上,最大为53.2%。同时,高位钻孔的平均瓦斯抽采量为7.32m3/min,占工作面总瓦斯涌出量的60.6%,远高于采空区埋管技术的瓦斯抽采量,并且工作面的平均瓦斯抽采率提高到60.0%。     

定向长钻孔瓦斯抽采技术在低透气煤层中应用

针对采用本煤层顺层抽采钻孔进行煤层瓦斯抽采时,钻孔施工量大、施工周期长、瓦斯抽采效率低等技术难题,司马矿在1208工作面应用定向长钻孔技术抽采瓦斯,现场结果表明,相比本煤层顺层钻孔瓦斯抽采技术,定向长钻孔瓦斯抽采技术可减少钻孔长度4 500 m,钻孔成孔率提高1.5倍,瓦斯抽采率提高1.7倍,取得了显著应用成效。     

天池矿401工作面瓦斯钻孔抽放参数研究

煤层瓦斯抽放是解决煤矿瓦斯问题最根本、最有效的措施。为了寻求合理的钻孔抽放参数,应用Fluent流体力学数值模拟软件,分析不同抽放负压、钻孔直径、抽放时间、封孔深度条件下的钻孔抽放半径和抽放量,得到各因素对煤层瓦斯抽放效果的影响规律。结合天池矿401工作面现场实测数据,得出适合该矿15#煤层瓦斯钻孔抽放参数。     

石壕煤矿顺层钻孔瓦斯抽放流场模拟与优化

以石壕煤矿S1632工作面的煤岩层瓦斯赋存参数为基础,建立了顺层钻孔瓦斯抽放数值模拟模型,分别对不同抽放时间的单个顺层钻孔、不同间距的多个顺层钻孔抽放瓦斯后的煤层瓦斯压力分布进行了模拟,模拟结果显示:抽放时间6个月,抽放钻孔布置间距6～8 m时较为合理,并对石壕煤矿S1632工作面顺层抽放参数进行了优化。     

煤层钻孔瓦斯抽采与注水降尘一体化应用

本文应用理论分析、数值模拟和现场试验的方法研究煤层钻孔瓦斯抽采与注水降尘一体化效应,得出在煤层瓦斯压力为0.63MPa,工作面孔隙率0.069,煤层渗透率为1.5×10~(-3)μm~2,在钻孔直径95mm,抽采负压为13kPa时,80m深的瓦斯抽采钻孔有效影响半径为3m,对相同钻孔进行注水降尘48小时后,注水湿润半径为6m。从实际的注水降尘效果可以看出,不同工序下的降尘率均超过了56%,降尘效果明显,实现钻孔"一孔两用"的目标。     

水平定向钻孔在大佛寺煤矿瓦斯抽采中的优势探讨

煤矿井下水平定向钻孔在煤矿瓦斯抽采中具有明显的技术优势。通过对大佛寺煤矿常规钻孔工作面瓦斯治理技术的分析,指出了其中不足;经过对定向长钻孔钻进工艺、布孔技术进行分析以及通过大佛寺煤矿现场应用,得出定向长钻孔有利于实现工作面瓦斯区域集中抽采的结论;瓦斯抽采统计数据分析对比证明定向长钻孔瓦斯抽采效率要明显优于常规钻孔。