高位钻孔抽采时采空区瓦斯分布规律研究

以郭庄矿为试验矿井,采用Fluent软件对高位钻孔抽采时采空区瓦斯分布规律进行了研究,研究结果表明:随着仰角减小表现越来越明显,并且抽管口上部瓦斯浓度变化要比下部的瓦斯浓度变化大,高位钻孔仰角相同时,钻孔抽采混量、抽采纯量和抽采浓度随着距巷帮距离的增大呈现逐渐减小的趋势。     

高位钻孔终孔间距与钻孔个数对抽采量的影响分析

利用Fluent数值模拟软件对王庄矿8101工作面高位钻孔抽采时的不同终孔间距与钻孔个数时的抽采纯量、上隅角瓦斯浓度进行数值模拟,并对不同终孔间距与不同钻孔个数时的抽采纯量、上隅角瓦斯浓度进行分析。分析结果表明:随着终孔间距的增加,抽采纯量呈现先增加后减小的趋势,并确定2个钻孔时终孔间距为6 m时的抽采纯量最大,上隅角瓦斯浓度呈现先减小后增加的趋势;随着钻孔个数的增加,抽采纯量逐渐增加,但抽采纯量的增加量逐渐减小,上隅角瓦斯浓度逐渐减小,但上隅角瓦斯浓度的减少量逐渐减小。     

无煤柱开采采空区瓦斯分布特征及抽采技术研究与应用

平煤集团为煤层群开采条件，为了更好地开展瓦斯治理工作，采用FLUENT数值分析软件模拟在无煤柱开采条件下，抽采前后戊8煤层采空区瓦斯分布特征，从而为高抽巷抽采钻孔的布置提供参考。研究表明：随着回风横贯距离工作面距离的增加，回风隅角处的瓦斯体积分数逐渐减小，且根据数值模拟结果及现场实际情况，综合确定高抽巷抽采钻孔应布置在垂高14.75倍处最佳，抽采后采空区体积分数明显减小；优化设计了高位瓦斯抽采钻孔的布置，分析钻孔抽采效果，发现高位裂隙带瓦斯浓度基本稳定在23%～45%，瓦斯抽采纯量稳定在12～18 m³/min。表明高位裂隙带瓦斯抽采浓度和纯量基本稳定。     

煤层顶板水平长钻孔布置高度对抽采效果的影响

通过对水平钻孔布置在煤层顶板不同高度时的抽采效果进行研究可为采空区瓦斯抽采时的水平钻孔布置高度选择提供理论依据.利用Fluent软件对钻孔与煤层不同距离时的钻孔抽采纯量与抽采混量、采空区瓦斯分布、上隅角瓦斯浓度变化进行数值模拟,并且研究了钻孔抽采纯量与抽采混量、采空区瓦斯分布、上隅角瓦斯浓度变化与钻孔布置高度的关系.研究结果表明:随着钻孔与煤层之间的距离增大,钻孔的抽采瓦斯纯量基本逐渐增加,抽采混量呈现减小趋势,抽采瓦斯浓度逐渐增大;采空区内部瓦斯浓度靠近进风巷侧和采空区深部逐渐降低,靠近回风巷侧呈现先减小再增加再减小规律,竖直方向上在顶、底板附近瓦斯浓度逐渐降低;上隅角瓦斯浓度先减小再增加再减小最后趋于平衡.     

高位巷与大直径水平长钻孔抽采采空区瓦斯效果对比分析

针对高位钻孔有效抽采周期短、高位巷实施工程量大,提出大直径水平长钻孔代替高位巷抽采采空区瓦斯,因此对高位巷与大直径水平长钻抽采采空区瓦斯时的抽采纯量与抽采混量、采空区瓦斯浓度分布以及工作面上隅角瓦斯浓度分布进行数值模拟。分析模拟结果得到:增加钻孔抽采负压,可利用大直径长钻孔代替高位巷治理上隅角瓦斯。     

倾斜特厚煤层综放开采采空区瓦斯分布规律研究

为研究综采放顶煤高位钻孔瓦斯抽采前后采空区瓦斯浓度分布及运移规律,采用FLUENT数值模拟软件,以兖矿新疆硫磺沟煤矿9-15(06)工作面为试验原型开展数值模拟研究。模拟结果表明:采空区在偏回风巷一侧瓦斯浓度较高,根据这一瓦斯浓度分布规律,在回风巷一侧布置高位钻孔;高位钻孔抽采后,靠近工作面回风巷一侧瓦斯浓度有明显下降;并对工作面及采空区30 m处的瓦斯浓度分布进行对比,发现高位钻孔抽采后,靠近进风巷一侧的瓦斯浓度变化较小,靠近回风巷一侧瓦斯浓度变化较大;通过数值模拟对高位钻孔抽采后瓦斯浓度分布进行模拟并对现场的瓦斯浓度进行实时监测,得到高位钻孔可将回风巷、工作面及上隅角瓦斯浓度降低至0.4%以下。研究结果为实现兖矿新疆硫磺沟煤矿9-15(06)煤层安全高效开采提供一定理论基础。     

青龙矿11615工作面高位定向长钻孔瓦斯抽采分析

为解决青龙煤矿11615回采工作面上隅角瓦斯浓度超限难题,结合该工作面实际瓦斯赋存情况,采用高位定向长钻孔瓦斯抽采技术方法开展瓦斯抽采。对比了瓦斯抽采效果与钻孔距回风巷距离远近的关系,研究了瓦斯抽采效果与回采里程的关系,总结了高位定向长钻孔的瓦斯抽采规律。研究结果表明：回采过程中,通过高位定向长钻孔抽采采空区上覆岩层瓦斯,回采工作面上隅角瓦斯浓度降低到0.25～0.35%,解决了该采空区上隅角瓦斯浓度超限问题;钻孔距回风巷距离为40 m时,抽采瓦斯浓度基本稳定在18.5%左右,抽采效果最佳;随着回采里程的增加,钻孔抽采效果呈上升趋势,但在抽采末期有所下降;说明高位定向长钻孔对降低采空区及回采工作面上隅角瓦斯发挥了一定作用,提高了回采过程中瓦斯治理效率。     

青龙煤矿11615工作面高位定向长钻孔瓦斯抽采分析

为解决青龙煤矿11615回采工作面上隅角瓦斯浓度超限难题,结合该工作面实际瓦斯赋存情况,采用高位定向长钻孔瓦斯抽采技术方法开展瓦斯抽采。对比了瓦斯抽采效果与钻孔距回风巷距离远近的关系,研究了瓦斯抽采效果与回采里程的关系,总结了高位定向长钻孔的瓦斯抽采规律。研究结果表明:回采过程中,通过高位定向长钻孔抽采采空区上覆岩层瓦斯,回采工作面上隅角瓦斯浓度降低到0.25%～0.35%,解决了该采空区上隅角瓦斯浓度超限问题;钻孔距回风巷距离为40m时,抽采瓦斯浓度基本稳定在18.5%左右,抽采效果最佳;随着回采里程的增加,钻孔抽采效果呈上升趋势,但在抽采末期有所下降。说明高位定向长钻孔对降低采空区及回采工作面上隅角瓦斯发挥了一定作用,提高了回采过程中瓦斯治理效率。     

基于COMSOL Multiphysics的超长钻孔瓦斯抽采数值模拟研究

利用COMSOL Multiphysics对马兰矿南5采区9#煤层采用的千米钻孔煤层预抽瓦斯来掩护集中回风巷掘进的工程,进行瓦斯抽采钻孔深度不同、抽采负压不同、抽采时间不同条件下瓦斯压力分布规律和抽采瓦斯总量的数值模拟研究。得出结论:瓦斯抽采初期,瓦斯抽采重点区域在径向距离较小以及钻孔较浅区域,随着抽采时间的增加,瓦斯抽采重点区域向径向距离较大以及钻孔深处转移;钻孔深度越大,瓦斯抽采难度越大,适当提高瓦斯抽采负压能够有效提高钻孔深处瓦斯抽采效率;抽采负压为13 k Pa,钻孔总深度为600 m时,抽采瓦斯有效时间为500 d左右;抽采负压为13 k Pa,钻孔总深度为700 m时,抽采瓦斯有效时间为600 d左右。     

综放工作面高位定向钻孔布置优化分析

为了研究综放工作面高位定向钻孔合理布置参数,以王家岭矿12318工作面采空区为研究对象,利用数值模拟软件建立了覆岩数值模型,分析了采空区覆岩应力和裂隙分布特征,定量化指出了采空区覆岩裂隙带分布范围,对高位定向钻孔的合理布置参数进行了优化设计,并考察了优化后高位定向钻孔的抽采效果,验证了分析结果的可靠性。结果表明:高位定向钻孔经优化后平均抽采瓦斯浓度提高1.0倍,平均抽采瓦斯纯量提高1.1倍,工作面上隅角及回风流瓦斯浓度明显降低,有效提高了采空区瓦斯抽采量。     

高抽巷抽采负压优化的数值模拟

基于山西某矿9101工作面的实际情况,利用Fluent模拟软件针对高抽巷不同抽采负压对采空区瓦斯分布规律的影响进行研究。结果表明:采空区在高抽巷不同抽采负压下均呈高瓦斯区域逐渐减小,低瓦斯区域逐渐增加的趋势,采空区内回风侧瓦斯浓度降低的速度比进风侧采空区大,且距离工作面越近,高抽巷瓦斯抽采的影响越明显;随着高抽巷抽采负压的增加,高抽巷抽采混量和抽采瓦斯纯量都逐渐增加,抽采负压超过12 k Pa后,抽采瓦斯纯量增速明显减小;抽采瓦斯浓度呈先增大后减小的趋势,当抽采负压为12 k Pa时存在1个峰值即14.25%,综合考虑高抽巷抽采瓦斯纯量和瓦斯浓度的变化,确定9101工作面高抽巷抽采负压为12 k Pa左右最合理。通过现场实测的采空区瓦斯浓度值与模拟值基本吻合,误差在工程允许的范围内。     

高位钻孔瓦斯抽采技术的模拟与实践

为了研究高位钻孔抽采效果,以曙光矿1208工作面为背景建立采空区瓦斯运移模型,使用FLUENT数值模拟软件对抽采前后工作面及采空区瓦斯运移规律进行数值模拟。结果表明:抽采前工作面上隅角和回风巷瓦斯浓度分别达到1.2%和1.3%;抽采后,上隅角瓦斯浓度为0.68%,工作面瓦斯浓度维持在0.6%左右,钻孔周围和工作面附近形成了低瓦斯浓度带,证明高位钻孔能有效抽采采空区瓦斯。经现场实践,实测1208工作面和上隅角瓦斯浓度分别在0.2%和0.4%上下波动,工作面瓦斯浓度得到有效控制。     

望云煤矿15103工作面高位钻孔瓦斯抽采技术研究与应用

为解决15103工作面回采期间瓦斯含量高的问题,采用Fluent数值模拟软件分别进行未采用抽采措施和高位钻孔抽采后采空区瓦斯运移规律的分析,得出高位钻孔抽采后采空区内的瓦斯含量呈现出逐渐降低的现象,上隅角瓦斯大幅降低,高位钻孔能够有效治理采空区瓦斯,基于数值模拟结果,具体进行工作面高位抽采钻孔各项参数的设计,并分别在高位钻孔抽采前后进行上隅角和回风巷内瓦斯浓度的测试。结果表明:高位钻孔抽采后,上隅角和回风巷的瓦斯浓度分别稳定在0.2%~0.68%和0.25%~0.8%,无瓦斯超限现象出现,为工作面的安全回采提供了保障。     

碾焉煤业高位大直径定向钻孔应用研究

碾焉煤业综采工作面采用"U"型通风,回采过程中上隅角风流不畅,为解决上隅角瓦斯浓度超限现象频发的问题,设计在4202工作面采用高位大直径定向长钻孔抽采采空区瓦斯,通过理论分析计算初步确定定向钻孔的布置层位,数值模拟研究确定最佳的抽采负压为15 kPa,定向钻孔距离煤层底板的最佳距离20 m,在4202工作面回风绕道布置钻场进行高位大直径定向钻孔的应用,应用期间钻孔抽采瓦斯平均浓度为18%,上隅角瓦斯稳定在0.4%左右,对于上隅角瓦斯治理及抽采效果良好。     

顶底板岩层透气性对煤层瓦斯抽采的影响研究

为了考察煤层顶底板岩性对瓦斯抽采的影响,基于含瓦斯煤流固耦合方程,利用COMSOL Multiphysics软件对透气和不透气2种顶底板岩层进行了钻孔瓦斯抽采数值模拟,其中透气性顶底板岩层孔隙率设置为20%,不透气性顶底板岩层孔隙率设置为0。研究结果表明,不同顶底板岩性条件下在抽采过程中瓦斯总是沿钻孔径向流动,但煤层顶底板岩性对煤层瓦斯流场有明显影响;不同顶底板岩性条件下钻孔瓦斯抽采时间越长,钻孔影响的范围越大,同时距离钻孔中心越远煤层残存瓦斯含量越大,但透气岩层模型的瓦斯压力衰减更快,残存瓦斯压力更低;顶底板岩性对煤层瓦斯抽采有效范围有显著影响,与不透气岩层相比,透气岩层的钻孔有效抽采范围更大。研究结果对穿层钻孔瓦斯抽采具有一定的指导意义。     

瓦斯排放巷在屯留矿厚煤层综放工作面的应用

针对屯留矿厚煤层综放工作面瓦斯涌出量高及分布范围广的特点,运用数值模拟方法,研究厚煤层宏观裂隙发育范围,提出了双巷掘进后用相邻工作面运巷做为本工作面瓦斯排放巷,并在其中布置高位钻孔和采空区抽采筛管的综合方法,对开采过程中煤层释放至采空区的瓦斯进行抽采。研究表明:高位钻孔应延深至工作面采空区中央上方28 m,抽采方案现场实施后,高位钻孔抽采瓦斯浓度平均达20.18%,筛管抽采平均19.1%,有效控制了采空区瓦斯向工作面的涌进量和上隅角瓦斯浓度。     

高瓦斯矿井极近距离煤层开采复合采空区自然发火综合防治技术

以高瓦斯煤矿极近距离煤层群开采为背景,采用理论分析、数值模拟和现场应用对极近距离煤层群复合采空区瓦斯抽采对采空区气体运移及立体"三带"分布的影响进行研究。研究结果表明:地面钻孔瓦斯抽采对采空区氧化带范围影响很大,地面钻孔抽采量越大,氧化带范围越大。选择合适的瓦斯抽采量,既能实现瓦斯治理效果,又能减少采空区漏风,减小"氧化带"范围。     

厚煤层采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对崔家沟煤矿2303综放工作面瓦斯涌出量高易造成瓦斯超限的安全难题,应用采动裂隙椭抛带理论,在分析特厚煤层综放开采覆岩破坏特征的基础上,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟试验研究了采空区覆岩"三带"演化规律,建立了采动裂隙椭抛带数学模型,确定出了覆岩裂隙瓦斯抽采有利区,提出了低-中-高位钻孔相组合的瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:2303综放工作面垮落带高度为33 m,断裂带高度为110 m,距离煤层底板35 m以上55 m以下与外椭抛面交集的范围为瓦斯抽采的有利区域;通过低-中-高位钻孔抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度小于0.6%,回风巷瓦斯浓度小于0.5%,有力保障了工作面的安全高效回采。     

1905S工作面上隅角瓦斯综合治理技术研究及应用

为解决福城煤矿1905S工作面上隅角瓦斯超限问题,通过分源预测法进行工作面瓦斯涌出量预测,采用高位裂隙钻孔抽采、高抽巷抽采与上隅角插管抽采相结合的方法来进行瓦斯治理。结果表明:高位钻孔最佳抽采位置为距离煤层顶板上方15~30 m,终孔位置内错工作面回风巷20~30 m;工作面上隅角瓦斯浓度日平均值降到0.3%~0.45%,工作面回风流瓦斯浓度降到0.08%~0.28%。     

高瓦斯综采工作面定向高位钻孔瓦斯抽采技术研究

为改善成庄矿采空区高位钻孔瓦斯抽采效果,采用理论计算和数值模拟的方法研究采动裂隙演化规律,分析顶板裂隙发育范围,通过在裂隙带范围布置不同层位的高位钻孔模拟研究了其瓦斯抽采效果和瓦斯治理效果,得出了高位钻孔最佳布置层位。结果表明:顶板岩层垮落、裂隙发育贯通整体呈拱形分布,裂隙带范围为21.90～62.54 m;将高位钻孔布置在距煤层顶板45 m的位置,既可以抽采到高浓度瓦斯,又能对工作面上隅角瓦斯起到良好的治理作用;现场施工定向高位钻孔后,瓦斯抽采浓度、纯量可以在较长的一段推进度内保持较高水平,工作面回采期间,上隅角最大瓦斯体积分数为0.69%,保证了安全生产。