瓦斯抽采浓度自动化调控系统的研究与应用

通过对钻孔瓦斯涌出量、漏气量影响因素进行分析,认为在瓦斯抽采过程中存在一个最佳抽采负压值。通过探寻最佳负压值可以调整钻孔瓦斯抽采浓度,在保证最高抽采浓度的同时尽可能的降低漏气量,有效提高瓦斯抽采纯量。自主研发了瓦斯抽采管路浓度自动调控系统,在九里山矿进行了井下工业性试验,得到了最佳抽采负压,显著提高了抽采管路瓦斯抽采浓度及抽采纯量。     

定向长钻孔孔内负压分布及其有效抽采半径研究

为了解决定向长钻孔孔内负压分布模型不准确,长钻孔瓦斯抽采参数理论依据不足等问题,通过分析抽采负压与煤层瓦斯流动的关系,构建了定向长钻孔孔内负压分布模型,利用COMSOL软件数值模拟了定向长钻孔孔内负压非定常分布的有效抽采半径,并提出了“压茬效应”这一概念。研究结果表明：孔口负压与定向长钻孔孔内负压大小呈正比。在不同孔口负压下,分支长钻孔孔内负压与钻孔长度均呈线性关系,负压损失量和百米负压损失均随钻孔长度的增大而增大。提出了“压茬效应”这一概念,将定向长钻孔末端100 m的钻孔作为压茬钻孔,在瓦斯抽采效果检验时不做检验。同时,将钻孔孔深700 m处的有效抽采半径作为定向长钻孔的最终有效抽采半径。最后,利用残余瓦斯含量法得出某矿定向长钻孔抽采180 d的有效抽采半径为5.0 m,与数值模拟结果保持一致。     

黄陵矿区定向长钻孔瓦斯预抽技术试验研究

针对黄陵矿区目前非定向钻孔煤层瓦斯抽采易穿顶板、底板,造成抽采空白带和重复交叉以及抽采范围小、时间短,无法超前治理瓦斯的问题,在黄陵一矿309工作面中厚煤层中进行定向长钻孔瓦斯抽采技术试验。通过钻机改进使钻孔进尺平均提高115.9~220.3m/d,有效提高钻进施工效率;定向长钻孔瓦斯抽采2a后,1#~5#钻孔最低瓦斯抽采浓度仍达11.5%~15.3%,累计抽采瓦斯量64.7万m3,煤层瓦斯含量及瓦斯压力显著降低,定向长钻孔瓦斯抽采技术抽采效果较好,能够达到超前区域治理瓦斯的目的。     

基于大数据统计分析确定煤层瓦斯抽采合理负压

针对有瓦斯抽采历史矿井如何调整抽采负压的问题,采用大数据分析方法对此进行了研究。总结了我国瓦斯抽采现状及存在的问题,研究了负压对煤层瓦斯抽采效果的影响机理,分析了矿井瓦斯抽采历史统计数据,发现负压为影响钻孔瓦斯抽采效果的主要因素,直接影响着瓦斯抽采量和抽采浓度。研究表明,钻孔瓦斯抽采纯量、抽采浓度与抽采负压呈现明显的二次函数关系,并通过极值法确定最佳抽采负压为30.78～34.50 kPa,据此调节后矿井瓦斯抽采效果良好、稳定。     

单一低透气性煤层抽采钻孔参数优化探讨

为了提高煤层瓦斯抽采效果,研究了鹤煤六矿2145工作面的瓦斯抽采数据,对百米钻孔抽放量、抽放纯量、抽放浓度、抽放负压的数据进行了统计和定量分析;结合鹤壁六矿的煤层透气性、钻孔抽放半径以及钻孔衰减系数,对该矿本水平的瓦斯抽采钻孔参数进行了优化,使之能够更适合当前抽采需要,从根本上消除预抽煤层的突出危险性,提高矿井瓦斯抽采率。     

长距离定向钻孔预抽瓦斯技术应用研究

为解决山西省某矿3210回风巷掘进区域煤与瓦斯突出威胁，设计采用长距离定向钻孔预抽该区域瓦斯，综合运用数值模拟、理论分析等方法，确定定向钻孔合理直径96 mm、抽采负压25 kPa、抽采时间120 d,结合工作面生产地质条件设计钻场及定向钻孔布置方案，实践表明，为期120 d瓦斯预抽期间抽采浓度大于50%,抽采率达到58.5%,取得较好消突效果。     

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。     

黄陵二号煤矿抽采钻孔新型封孔技术研究

为了确定囊袋式新型两堵一注一体化封孔器对瓦斯抽采钻孔的封孔效果,以黄陵二号煤矿为工程背景,215工作面胶带巷本煤层抽采钻孔为试验对象,开展封孔现场试验及封孔效果考察。结果表明,钻孔孔口抽采负压对钻孔单孔浓度影响较大,但随着孔口负压增大,钻孔抽采浓度降低比较明显,选择最优的抽采负压为13 kPa,可实现瓦斯抽采最大化。经过封孔技术指导,掘进准备队自行封孔,单孔浓度均有较大提升,之前钻孔封孔反馈的瓦斯浓度在20%～30%,分析瓦斯浓度低的原因都归结于钻孔封孔质量不达标,新型囊袋封孔器不仅简化了封孔工艺,同时钻孔平均瓦斯浓度达到65%,钻孔抽采效果大幅度提高。     

基于负压影响因子观点的抽采负压优化

为研究负压在瓦斯抽采过程中的影响,提出了负压影响因子的观点,对其进行了赋值分析,并在赋存条件相同,抽采时间不同的煤层巷道建立若干试验观测点钻孔,通过周期性调整钻孔的负压大小记录其抽采钻孔的瓦斯浓度、流量等值,进行数据分析。研究结果表明,钻孔抽采初期,负压影响系数β较低,高负压抽采对提高抽采浓度和抽采流量意义不大,抽采后期,在煤层透气性系数显著提高时,β值增大,适当提高抽采负压,可大幅度提高钻孔瓦斯流量,提高钻孔抽采的瓦斯浓度,缩短抽采周期。     

煤矿超长定向钻孔双侧瓦斯抽采效果研究

为了解决保德煤矿大区域瓦斯治理问题，在保德煤矿81210工作面完成了3 353 m超长定向钻孔，应用COMSOL软件模拟了煤层超长定向钻孔单侧和双侧抽采方式的瓦斯抽采压力分布，观测了3 353 m超长定向钻孔的纯瓦斯量和百米钻孔瓦斯流量等抽采数据，拟合了瓦斯抽采率曲线。结果表明：双侧抽采方式超长定向钻孔的抽采效果优于单侧抽采方式，其纯瓦斯量是单侧抽采方式的1.9～2.7倍，百米钻孔抽采量是单侧抽采方式的7倍，衰减速率是单侧抽采定向钻孔的1/3，是常规钻孔的1/20，可以实现高瓦斯矿井在低瓦斯状态下的安全回采。     

矿井瓦斯抽采负压损失分析及对策

钻孔瓦斯抽采负压是影响瓦斯抽采效果的因素之一。针对矿井瓦斯抽采管路负压损失过大的问题,对某矿瓦斯抽采负压损失情况进行了分析,结果表明,管径变化、积水、漏气、管内异物、联网方式不合理等因素对瓦斯抽采负压损失均有影响,造成工作面钻孔抽采负压较小。根据抽采负压损失影响因素提出相应对策,对减小负压损失有重要意义。     

三软难抽煤层大孔径抽采封孔技术改进

三软难抽煤层顺层钻孔预抽瓦斯过程中抽采浓度、抽采负压均偏低等问题的存在,在一定程度上影响了瓦斯治理的成效。为有效解决本煤层顺层孔抽采浓度低的问题,以裴沟煤矿为研究背景,通过大直径顺层钻孔施工,采取"两堵一注"封孔工艺,比较和研究了不同封孔材料对抽采瓦斯浓度及负压的影响。研究结果表明:采取"两堵一注"封孔后,有效抽高了钻孔的抽采负压及抽采浓度。     

黄陵一号煤矿定向长钻孔瓦斯预抽数值模拟研究

为保证黄陵一号煤矿高瓦斯中厚煤层高效安全回采,采用定向长钻孔对煤层瓦斯进行预抽,通过Fluent数值模拟软件,对不同抽采时间、抽采半径、抽采负压、渗透率条件下预抽煤层瓦斯效果进行模拟,得到不同模拟方案下的瓦斯压力分布及抽采量的变化规律,为黄陵矿区高瓦斯中厚煤层瓦斯预抽参数确定提供了一定理论依据。309进风顺槽现场抽采效果表明定向长钻孔瓦斯预抽可有效降低煤层瓦斯含量,保证工作面安全回采。     

定向孔抽采特性对布孔参数响应变化规律研究

为了确保定向钻孔布置的合理性，进一步提高钻孔抽采瓦斯效果，通过数值模拟和现场工业性试验的方式进行定向孔抽采特性对布孔参数响应变化规律研究。研究结果表明：定向长钻孔抽采效果沿孔轴线方向呈递减趋势，整体影响范围呈圆台状；抽采负压一定情况下，定向钻孔开2个分支抽采效果较好，控制范围内瓦斯含量降幅较大，钻孔布置综合性价比较高；钻孔控制区域残余瓦斯含量与有效影响范围内空间位置耦合呈双指数变化规律。研究结果可为定向钻孔设计参数选取、抽采效果预评价提供参考。     

新集二矿顶板定向长钻孔瓦斯抽采效果试验研究北大核心

为研究顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术的效果及投资成本,针对新集二矿煤层赋存条件及瓦斯抽采需求,结合该矿210100工作面现场试验的观测结果,分析了顶板定向长钻孔瓦斯抽采效果,并与其他顶板瓦斯抽采技术进行了对比。现场试验数据分析表明:在同等瓦斯治理效果条件下,顶板定向长钻孔治理回采工作面瓦斯技术,其投资比顶板高抽巷节约44.8%、工期缩短30.0%,比顶板高位钻孔投资略少、工期缩短47.5%。试验表明,布置顶板定向长钻孔治理回采工作面瓦斯的技术方案性价比较高。     

新集二矿顶板定向长钻孔瓦斯抽采效果试验研究

为研究顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术的效果及投资成本,针对新集二矿煤层赋存条件及瓦斯抽采需求,结合该矿210100工作面现场试验的观测结果,分析了顶板定向长钻孔瓦斯抽采效果,并与其他顶板瓦斯抽采技术进行了对比。现场试验数据分析表明:在同等瓦斯治理效果条件下,顶板定向长钻孔治理回采工作面瓦斯技术,其投资比顶板高抽巷节约44.8%、工期缩短30.0%,比顶板高位钻孔投资略少、工期缩短47.5%。试验表明,布置顶板定向长钻孔治理回采工作面瓦斯的技术方案性价比较高。     

东曲煤矿大直径钻孔瓦斯抽采治理技术研究

上隅角瓦斯浓度超限问题严重影响煤矿安全生产工作，针对东曲煤矿瓦斯抽采流量低、工作面瓦斯浓度超限等问题，采用数值模拟方法对150 mm、250 mm、350 mm直径钻孔，以及-45 kPa、-30 kPa、-15kPa抽采负压的瓦斯抽采效果进行对比。以28802-2工作面为例，选取350 mm大钻孔与-45 kPa抽采负压进行30 d的瓦斯流量与浓度监测，结果表明瓦斯治理取得了良好效果。     

综采放顶煤工作面瓦斯预抽采数值模拟研究

通过分析煤层瓦斯赋存流动基本规律,对成庄矿5305综采放顶煤工作面不同瓦斯抽采负压情况下瓦斯基本参数的变化及钻孔周围瓦斯压力场和速度场变化进行了模拟研究,并在现场进行了抽采试验。抽采效果表明：在煤层原始瓦斯相对含量大于8 m3/t的综采放顶煤工作面实施区域钻孔抽采,钻孔有效抽采半径为2～3 m,抽采钻孔布置间距取4～6 m,经过8个多月的抽采,使平均吨煤钻孔进尺达到0.05 m以上,瓦斯抽采率达到40%～50%。     

长距离定向钻孔区域瓦斯抽采技术应用

针对王坡矿煤层抽放过程中单孔抽放量小、抽放率低、抽放周期长、存在抽放盲区等抽采效果不佳的问题,实行长距离定向抽采技术。结果表明,定向钻孔百米瓦斯抽采量相当于传统顺层钻孔的4倍左右;抽采瓦斯浓度高,平均抽采浓度在70%以上,是常规抽采的2倍以上;衰减系数仅为0.002,是常规顺层钻孔的20%,取得了较好的效果。