高位钻孔瓦斯抽放技术的研究及应用

以吕家坨矿5323 工作面为研究对象,针对工作面上隅角瓦斯超限问题,通过理论分析、现场实测与数值模拟的手段,分析了采空区瓦斯来源及运移规律,研究了采空区冒落带与裂隙带的高度范围,在此基础上确定了高位钻孔参数,实施了高位钻孔瓦斯抽放技术措施,有效的解决了工作面上隅角瓦斯超限问题,保证了工作面的安全生产.     

综放工作面上隅角瓦斯治理数值模拟

对比分析综放工作面U形通风和Y形通风对于治理工作面上隅角瓦斯的优缺点,利用Fluent对3D模型进行数值模拟,无论Y形还是U形,沿采空区走向方向瓦斯浓度逐渐增大,但是U形较Y形来说,采空区瓦斯浓度较大;上隅角瓦斯浓度超出允许范围;Y形通风能更好解决上隅角瓦斯积聚问题。     

新安煤矿尾巷治理上隅角瓦斯技术研究

由于煤层开采期间U型通风方式的布置及采空区内瓦斯运移特征的限制,从而易导致大量采空区瓦斯涌向工作面上隅角并出现瓦斯积聚的现象。为有效降低新安煤矿综采工作面上隅角瓦斯积聚,通过对综采面基本情况的了解及上隅角瓦斯积聚原因的分析,提出了增设尾巷及调节上下巷风流压差来改变采空区瓦斯运移特征以达到根治上隅角瓦斯积聚的效果,并通过执行低位钻场高位孔对采空区裂隙带内高浓度瓦斯进行辅助抽采以降低回采面瓦斯涌出量及尾巷内回风流瓦斯浓度。通过增设尾巷,将为后期沿空留巷的实施提供更大的利用价值,并为煤矿的安全高效开采提供有效的保障。     

高强开采综放工作面瓦斯浓度空间分布规律研究

矿井瓦斯是煤矿重大自然灾害之一,尤其是在高强开采综放工作面,瓦斯极易局部聚集和超限,制约着煤矿的安全生产.为研究综放工作面高强度开采时支架下方空间和上隅角的瓦斯分布特征,采用立体网格测点布置法,通过反距离插值法对瓦斯浓度数据进行处理,绘制出综放工作面支架下方沿倾向的瓦斯浓度误差带图、沿倾向的支架后的瓦斯浓度线性图、瓦斯浓度空间分布图,构建出高强开采综放工作面支架下空间瓦斯涌出影响区分界线理论模型,得到了高强开采综放工作面瓦斯浓度空间分布规律.结果 表明,高强开采综放面靠近进风巷的瓦斯浓度梯度明显小于远离进风巷的瓦斯浓度平均梯度,一般回采工作面的瓦斯浓度平均梯度变化不大;测量断面瓦斯浓度最低点由采空区侧逐渐向煤壁侧移动,高强综放开采工作面瓦斯浓度分布的局部不均匀性比一般回采工作面更大;基于工作面瓦斯浓度分布特征将测试工作面支架下空间划分为风流主导区和瓦斯涌出影响区,得到支架下空间的瓦斯浓度区域占比:风流主导区为37.46％,瓦斯涌出影响区占62.54％,其中煤壁瓦斯影响区为53.99％,采空区瓦斯影响区为8.55％.在空间高度上,靠近底板的水平测量层面的瓦斯低浓度区域明显要小于其他水平测量层面;上隅角瓦斯浓度最高点为0.56％,是支架下空间最高瓦斯浓度的3.73倍.由此提出采空区埋管抽采方案,上隅角瓦斯浓度降低至0.22％,瓦斯治理效果显著,保证了高强开采综放工作面的正常安全生产.     

寺河二号井15号煤层首采面采场瓦斯运移数值模拟

基于寺河煤矿二号井15号煤层首采面工作面采场瓦斯涌出量大,引发工作面上隅角及回风流中瓦斯浓度过大的问题。依据现场实测瓦斯基础参数,采用FLUNET数值模拟软件对不同方案条件下采场瓦斯运移特征进行模拟,最终确定了风侧采空区第一个联络巷引排瓦斯与后方联络巷抽放瓦斯同时进行的方法,从而有效解决上隅角瓦斯超限的问题。     

U型综放工作面风流流动及瓦斯运移规律研究

针对五阳煤矿7802工作面综放开采过程中存在的瓦斯超限问题,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,对工作面风流流场及瓦斯分布进行深入研究,揭示了U型综放工作面风流的流动规律和瓦斯运移规律,同时找出了工作面回风上隅角瓦斯积聚的主要原因,并针对该主因提出了相应的防治措施。     

沿空留巷综放工作面采空区瓦斯运移规律

本文结合河南某矿14211沿空留巷综放工作面实际,结合渗流力学及流体力学理论建立采空区瓦斯运移数学模型,利用FLUENT数值模拟软件模拟得出了沿空留巷综放工作面采空区瓦斯运移分布规律。结果表明:采空区瓦斯浓度沿深度方向呈增大趋势,回风侧瓦斯浓度高于进风侧,上部区域瓦斯浓度高于下部。     

综放工作面瓦斯综合治理模式研究

开滦集团某工作面的回采工艺为综放开采,开采强度大,瓦斯涌出量高。基于此,提出了该工作面的瓦斯治理模式:在"U+L"型通风方式的基础上,增设1个切眼和倾向高位瓦斯抽采钻孔,并采取措施调节回风巷和瓦斯排放巷的风量。然后,采用数值模拟手段对该瓦斯治理模式下的采空区瓦斯运移规律进行研究,并开展现场工程应用。结果表明,含有瓦斯的风流被诱导流入瓦斯排放巷和抽放钻孔,阻止了采空区深部瓦斯向上隅角的涌入,在很大程度上减小了采空区内部及工作面上隅角的瓦斯浓度,从而解决了上隅角瓦斯局部积聚的难题。     

沿采空区不规则回采工作面分区瓦斯治理研究

为解决沿采空区不规则回采工作面瓦斯治理问题,以金源矿23下27工作面为工程背景,通过理论分析和现场实测对采空区瓦斯运移规律进行研究。研究表明：相邻23下21采空区切眼附近瓦斯浓度为42.86%,约为采空区平均瓦斯浓度的4倍,验证了采空区瓦斯富集区的存在。结合掘进期间瓦斯涌出规律,将采空区瓦斯富集程度划分为实体煤区,采空区瓦斯富集区,采空区瓦斯不富集区三个区域,提出了分区防治瓦斯措施。重点针对采空区瓦斯富集区,采取封堵瓦斯涌出通道、上隅角抽放、采空区高位钻孔抽放瓦斯措施后,回风巷瓦斯浓度稳定在0.06%～0.12%,回风隅角瓦斯浓度稳定在0.14%～0.22%,有效地解决了沿空工作面回采期间瓦斯隐患。。     

“U+L”与“双U”型通风方式对比分析

通过对综放工作面"U+L"型与"双U"型两种通风方式的原理和优缺点进行对比分析,寻求对工作面上隅角和瓦斯尾巷采空区段盲巷瓦斯聚集等问题的解决手段。     

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。     

综采工作面初采期局部高抽巷瓦斯治理效果分析

以开元煤矿9801综放工作面为研究对象,针对综放工作面初采期瓦斯频繁超限的问题,结合工作面上覆煤岩层覆存状态及采动破断规律,提出了9801综放工作面初采期局部高抽巷布置方案：局部高抽巷分为初采倾向高抽巷段、走向高抽巷段和辅助倾斜高抽巷段3段,顺序联结成抽采系统;初采倾向高抽巷段布置在6号煤层中,至开切眼水平距离为15 m;走向高抽巷段布置在3号煤层中,至工作面的垂直距离为43 m,与回风巷的距离为4 m。现场实际应用表明：回风瓦斯体积分数控制在0.6%左右,尾巷瓦斯体积分数控制在1.4%左右,较好地解决了9801综放工作面初采期瓦斯超限断电问题。     

综放开采采空区自然发火规律实测分析研究

为了研究工作面采空区自然发火规律,采用沿综放工作面全面布点测定方法,对朱仙庄矿873综放工作面采空区气体成份与温度变化规律综合分析,并结合数值模拟确定综放工作面自燃"三带"的分布范围;还发现各测点在距工作面3～11 m处,有自热氧化现象发生;873工作面采空区压实条件较好,供氧比较微弱,很难氧化自燃;综放工作面推进度只要大于24-n/月就不会发生自燃,因发火期为3～6个月,最短为25 d;这些结论为预防采空区煤炭自燃提供了科学依据.     

采空区瓦斯治理及利用实践

为有效阻止采空区瓦斯大量涌入工作面导致断电等事故,通过对成庄煤矿4308综放工作面采空区瓦斯涌出规律的分析,运用采空区尾巷埋管、顶板走向长钻孔及地面钻井等多种抽放措施对采空区瓦斯进行抽放,实践应用证明:以上抽放措施显著减少了采空区瓦斯向工作面的涌出,使尾巷的风排瓦斯量比应用前的风排量降低了46%,原煤月产量提高近2.5万t,同时建立了相对较完善的采空区瓦斯抽采系统,并形成良好的瓦斯利用途径,实现了煤与瓦斯共采。     

采空区瓦斯流动规律及分源抽放技术的应用

为降低回采工作面采空区的瓦斯涌出及上隅角瓦斯浓度,对采空区顶板裂隙变化及瓦斯流动规律进行了理论分析,基于此,对主焦煤矿21141工作面的瓦斯抽放提出了分源抽放的综合治理方法,即上隅角采用埋管抽放,顶板裂隙内瓦斯采用高位钻场钻孔抽放。应用结果表明:分源抽放技术的应用使得21141回采工作面上隅角瓦斯体积分数由原来的0.6%左右下降到0.4%,高位钻场单孔瓦斯抽放体积分数平均为34%,瓦斯流量为0.062 m3/m in,这在一定程度上降低了采空区瓦斯的涌出量,保证了工作面安全生产。     

高位钻孔配合埋管抽放治理采面上隅角瓦斯

为了解决高瓦斯矿井综采工作面上隅角瓦斯积聚的问题,通过采用高位瓦斯钻孔配合上隅角埋管抽放方法进行综采工作面的瓦斯抽放,结果发现:瓦斯抽放率由在上隅角单纯埋管抽放时的53%提高到71%,确定了高位瓦斯钻孔配合上隅角埋管抽放方法是解决上隅角瓦斯积聚的有效手段,综采面产量提高了1200t/d。     

浅埋深综放工作面采空区自燃危险区域判定

根据安家岭一号井工矿4106工作面的实际情况,采用现场实测与数值模拟相结合的方法对该浅埋深综放工作面采空区自燃危险区域进行了研究,以采空区松散煤体气流微循环非线性渗流模型、采空区松散煤体温度分布数学模型和采空区松散煤体内氧气迁移模型为基础,建立了基于FLUENT的采空区氧浓度分布三维数学模型,模拟结果与现场实测数据基本吻合,为准确划定浅埋深综放工作面采空区自燃危险区域提供了新的技术手段。最后,根据采空区自燃危险区域范围确定了上隅角预埋管灌注三相泡沫与下隅角预埋管注氮气交替实施的防灭火工艺,实施效果良好。     

综放工作面瓦斯涌出规律分析

为给解决高瓦斯单一低透气性难抽煤层综放开采工作面上隅角瓦斯积聚难题提供数据支持,采用控制单元体法,进行立体网格状的测点布置,对某工作面瓦斯浓度三维分布进行了测定和分析,绘制了瓦斯浓度分布等值线图,根据数据分析结果及瓦斯守恒方程和风量守恒方程,获得了采煤时采空区瓦斯涌出总量为1.77 m3/min;煤壁瓦斯涌出量为2.30 m3/min;落煤瓦斯涌出量为1.87 m3/min;工作面风排瓦斯总量为11.88 m3/min;工作面落煤、煤壁和采空区瓦斯涌出量的比值分别为31.5%、38.7%、29.8%。     

高位定向钻孔在综放工作面上隅角瓦斯抽采中的应用

针对王家岭煤矿综放工作面瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯超限的问题,使用定向钻机及机具,利用定向钻进技术进行高位定向钻孔瓦斯抽放。在分析工作面回采过程中瓦斯运移规律的基础上,通过大量现场实践,得出适用于该矿区的高位定向钻孔轨迹布设参数,有效地解决了上隅角瓦斯超限问题,实现高瓦斯矿井工作面安全高效开采。     

W型通风工作面中隅角瓦斯治理技术研究

针对龙滩矿井综采工作面W型通风系统,易造成回采工作面中隅角瓦斯积聚与超限问题,以龙滩矿井3112南回采工作面为工程研究背景,提出采取主动抽放采空区瓦斯,实施高抽巷瓦斯治理技术,实现了中隅角与回风巷瓦斯不超限,保证了矿井安全生产。