煤层群首采关键层工作面卸压瓦斯抽采技术研究

瓦斯治理问题是工作面安全回采最关键的问题.文章以淮南潘一煤矿低透气性远距离煤层群开采首采的2371(1)工作面瓦斯治理技术为实例,提出并实施了被卸压保护煤层强化抽采瓦斯技术和开采层采空区瓦斯抽采技术,取得了工作面瓦斯抽采率高达88.54%、工作面回风流瓦斯浓度低于0.6%的效果,实现了高瓦斯煤层群煤与瓦斯安全高效共采,研究成果可在类似条件下的煤矿推广应用.     

低渗透性煤层群卸压开采地面钻井抽采瓦斯技术

基于淮南矿区高瓦斯低渗透性煤层群赋存条件,通过试验模型分析了卸压开采后的覆岩移动破坏、卸压煤层移动变形、采动裂隙垂向分带和卸压煤层应力分带特征,得出了首采层采空侧顶板至上覆卸压煤层顶板中存在环形裂隙区、竖向裂隙区、远程卸压煤层裂隙区,根据采动裂隙区发育特征,提出了卸压瓦斯抽采地面钻井的部署方法。在顾桥矿1117(1)工作面切眼外侧、风巷内侧和工作面前方分别布置有“”、“│”型和“L”型地面钻井,实现了长时间、大范围、较高的卸压瓦斯抽采率。总结了地面钻井位置、钻井型式、钻井稳定性与卸压瓦斯抽采效果之间的关系。     

近距离煤层群采动卸压规律及瓦斯抽采技术

近距离高瓦斯煤层群开采时,受采动卸压作用工作面上部煤层瓦斯及底板下部煤层瓦斯均会对工作面造成影响导致瓦斯超限,需同时治理。针对杏花煤矿28#煤层右二工作面近距离高瓦斯煤层群开采时瓦斯涌出量大的问题,通过理论计算及数值模拟分析了顶底板煤岩破坏卸压规律为抽采工程设计提供了依据,结合工程经验采用了高位钻场、低位钻场及高抽巷相结合的立体化抽采措施控制本煤层及邻近层瓦斯,并取得了良好的应用效果。     

深井煤层群首采层Y型通风工作面采空区卸压瓦斯抽采与综合治理研究

以朱集煤矿1111(1)工作面为例,针对深井高瓦斯低透气性煤层群首采层开采卸压瓦斯治理难题,将Y型通风工作面采空区瓦斯运移规律与采空区内部空隙储存卸压瓦斯的优势相结合,提出并实施了强化留巷墙体封闭和Y型通风工作面留巷段采空区卸压瓦斯抽采技术,结合地面钻井抽采采动上部卸压煤层瓦斯,实现了深井煤层群首采层工作面的安全高效回采。1111(1)工作面回采期间,绝对瓦斯涌出量最大72.39 m3/min,平均为43.64 m3/min,在工作面风量2290~2700 m3/min条件下,回风流瓦斯体积分数0.6%以下,平均瓦斯抽采量34.27 m3/min,其中埋管抽采瓦斯纯量平均为21.94 m3/min,占瓦斯抽采总量的64%,工作面回采期间瓦斯平均抽采率为78%,研究成果为今后类似深井煤层群首采层开采的卸压瓦斯抽采和治理提供技术指导。     

近距离高瓦斯煤层群倾向高抽巷抽采卸压瓦斯布置优化

倾向高抽巷作为一种治理卸压瓦斯的重要方法,其布置参数与抽采效果的匹配关系需要合理确定。针对典型的近距离高瓦斯煤层群开采条件,对采空区上覆岩层裂隙演化规律进行了研究,揭示了倾向高抽巷最佳布置位置在竖直方向上15倍采高、水平方向深入工作面约35 m处。据此,在24202工作面回风巷,以40°仰角起坡且垂直于回风巷轴线向顶板方向施工60 m,再沿倾向水平施工8 m来布置高抽巷。实际治理效果表明,单个倾向高抽巷的抽采半径为55~60 m,开采过程中有4~5个高抽巷处于瓦斯抽采活跃期,有效抽采总距离为500 m,平均抽采瓦斯总量25.22m3/min,占抽采总量的62.24%,实现了卸压瓦斯高效治理。     

突出煤层群开采卸压规律及瓦斯抽采技术

针对沙曲矿2号煤层近距离高瓦斯煤层群开采时瓦斯涌出量大的问题,通过理论计算及数值模拟分析了顶底板煤岩破坏卸压规律,结合工程经验通过采用顶板高位钻孔布置在工作面上方22.5m裂隙带内,以控制2号煤层及采空区瓦斯,而底板定向长距离钻孔布置在距离2号煤层底板15 m范围内,以控制下伏煤层瓦斯;形成了立体瓦斯抽采模式来强化瓦斯抽采,消除了本煤层及下伏煤层的突出危险性。     

近距离煤层群卸压瓦斯抽采机理分析及工程验证

对于岩体而言,孔隙率应该是其固有的物理属性,而作者通过压汞实验发现煤体的孔隙率却可以随着受压和卸载作用有较大的变化,并直接影响煤层瓦斯区域预抽的效果。文章从如何增加预抽瓦斯量的本质出发,通过对孔隙率和游离瓦斯量的计算和分析,实验中利用压汞法测量被保护煤层煤样孔隙率,利用间接和直接方法测定区域瓦斯压力,通过计算分析和现场瓦斯抽采实测数据统计验证,孔隙度的增加对游离瓦斯量的增加和卸压瓦斯抽采效果的提升起到决定性的作用;并在实践中发现保护层工作面后方60m的范围内,其下伏被保护煤层的孔隙率和游离瓦斯量达到最大值,卸压瓦斯抽采效果最好。     

低透气性煤层群高瓦斯采煤工作面强化抽采卸压瓦斯机理及试验

针对低透气性高瓦斯煤层群首采卸压层瓦斯涌出量大、瓦斯治理困难的现实条件,在模型试验和理论研究的基础上,揭示出煤层群首采关键卸压层开采后采动影响区内顶、底板岩层裂隙的动态演化规律和卸压瓦斯运移规律,发现采空区侧存在“竖向裂隙发育区”,弯曲下沉带和底板膨胀变形带内煤体发生膨胀变形,煤层的透气性显著增加。2371(1)工作面煤气共采实践表明,工作面最大绝对瓦斯涌出量70.46 m3/min,平均56.71 m3/min,瓦斯抽采率达85.2%,其中抽采的高浓度瓦斯比例为67.25%,抽采的低浓度瓦斯比例为32.75%,保证工作面的安全回采,实现了煤与瓦斯安全高效开采。     

急倾斜煤层群卸压瓦斯抽采技术研究

针对急倾斜煤层群倾角大造成的瓦斯防治困难问题,基于涌山矿急倾斜煤层群保护层开采地质条件,通过实测分析下保护层开采卸压效果,提出了在工作面回风巷施工顶板钻场采用高冒孔抽放和采空区预埋管抽放相结合方式抽放采空区瓦斯。     

低渗透性煤层群邻近层瓦斯卸压抽采技术

在煤层群开采过程中,本煤层开采会使得工作面围岩应力重新分布,邻近煤层内赋存的吸附态瓦斯卸压解吸。同时岩层移动与破断在上覆煤岩层中形成采动裂隙,瓦斯大量涌入工作面。为了解决临近层瓦斯涌出造成的工作面瓦斯超限,通过研究上覆岩层破坏规律并结合工作面原有瓦斯抽放状况,对原有抽放钻孔参数进行优化,优化后钻孔瓦斯抽放浓度提高了21.2%,工作面风排瓦斯量降低了18.33%,安全性大大增加。     

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。     

高瓦斯低透气性突出煤巷快速掘进技术

分析了高压磨料射流割缝防突机理,在国内率先研制出用于高突掘进工作面的高压磨料割缝设备,并在平煤公司十二矿17180掘进工作面进行了工业性试验应用.试验期间,瓦斯释放空间大幅增加、掘进速度显著提高、煤层瓦斯压力得到了有效的释放,且该设备割缝效果好,操作方便,使用安全,不受巷道条件限制,适用性好.     

高瓦斯煤层掘进工作面水力挤排瓦斯技术

针对高瓦斯煤层掘进工作面放炮落煤时瓦斯经常超限和断电而影响生产的问题,提出了水力挤排瓦斯技术,并进行了试验,使煤体中的瓦斯在检修班内提前挤排出来,从而降低了生产班落煤时的瓦斯涌出量和瓦斯浓度峰值,均衡了高瓦斯煤层掘进工作面的瓦斯涌出,放炮落煤时的瓦斯超限问题基本得到解决,炮后瓦斯体积分数平均降低30%,掘进速度提高了22.5%,取得了显著的安全和经济效益.试验结果表明,水力挤排瓦斯技术是一项治理高瓦斯煤层掘进工作面瓦斯超限的有效技术措施,具有较大的推广应用价值.     

煤与瓦斯共采技术的研究现状及其应用发展

为了解地面直井水力压裂增透技术对阳泉矿区复杂构造带低渗透高瓦斯突出煤层的改造增透效果,在研究区断层附近布置了9口煤层气井,采用地面直井水力压裂技术对3^#、8^#和15^#主采煤层进行压裂增透改造。结果表明：经地面直井水力压裂增透技术改造后,位于向斜构造控制的封闭性逆断层构造带和冲刷带附近的煤层气井能够取得较高产气量,开发效果较好,压裂改造形成的高渗区与断层附近形成的高渗区相互沟通,显著提高了煤层气井有效瓦斯抽采范围和抽采效果,降低了采掘巷道的突出危险性。

     

低透气性煤层高压水力压裂—冲孔联合增透技术研究及应用

针对深部开采煤层普遍存在的构造应力复杂、透气性系数低、抽采效果差等问题,为探究最优的瓦斯抽采技术方案,以水溪煤矿K₁松软煤层为研究对象,分别采用水力压裂、水力冲孔、普通抽采和高压水力压裂—冲孔联合增透4种技术,进行现场对比应用试验。结果表明：高压水力压裂—冲孔联合增透技术对煤层透气性系数的提高程度分别为水力压裂、水力冲孔和普通抽采方案的1.85、1.61、6.30倍,抽采瓦斯纯流量分别提高了1.42、1.33、2.32倍,此外,抽采汇总瓦斯浓度(CH₄体积分数)保持在42.6%以上,抽采效率为四者之中最高。现场应用结果表明,高压水力压裂—冲孔联合增透技术具有明显的技术优势。     

碎软煤层底板梳状孔分段压裂抽采瓦斯技术

为提高煤层的瓦斯抽采效果,以阳泉矿区15#碎软煤层为研究对象,对煤层及其底板岩层特征进行分析,融合煤层底板梳状长钻孔和分段水力压裂技术,形成针对各个梳状分支孔的分段压裂方式,并理论分析了该方式水力压裂裂缝扩展延伸规律。试验研究了满足分段压裂技术要求的梳状长钻孔设计与施工工艺,构建了基于裸眼封隔器+滑套投球分段压裂工具组合的压裂参数设计和压裂施工工艺流程,最终形成梳状长钻孔主孔长度534 m,分支孔5个,主孔下入分段压裂工具串490 m,实现了4个分支孔分段压裂,单段最大注水量611 m³,最大泵注压力17.18 MPa;与常规的穿层钻孔瓦斯抽采技术对比,试验后瓦斯抽采浓度提高了10.53倍,百米钻孔瓦斯抽采量提高了2.02倍。     

功率超声波技术在低透气性煤层增透试验中的应用

为了增加低透气性煤层渗透率,提高预抽煤层瓦斯抽采效率,提出了一种安全高效的新型功率超声波技术来实现对煤层的增透,超声波增透煤层时通过破裂和声波扰动的方式增加了煤层透气性,这些方式的加载使得其原先裂缝不断地扩展、延伸,最终达到增透整个煤层的作用。将功率超声波技术应用于2130矿24312采煤工作面,采用回风巷顺层布孔的方式进行作业,现场试验结果表明:功率超声波增透技术显著提高了煤层瓦斯抽采浓度和抽采纯量,同时降低了瓦斯抽采钻孔的工程量。现场证明功率超声波技术作用于低透气性煤储层,提高了瓦斯抽采效率,对于矿井瓦斯高效抽采具有广阔的应用前景。