卸压瓦斯运移区“孔-巷”协同抽采布置参数优化及高效抽采

高突矿井瓦斯抽采是治理工作面隅角瓦斯超限的重要手段,各抽采方式布置层位不同,其抽采效果存在明显差异,研究协同抽采各抽采方式的最优布置层位具有重要意义。为提高高抽巷抽采效率实现瓦斯精准抽采,基于“椭抛带”理论,运用Fluent数值模拟软件对协同抽采各抽采方式的布置层位进行模拟研究,分析各布置条件下工作面隅角瓦斯浓度,确定最优布置层位。模拟结果表明协同抽采中各抽采方式布置层位为：高抽巷最优平距25 m,最优垂距30 m,定向长钻孔最优平距在10～20 m,最优垂距在11～21 m。通过对单一抽采与协同抽采进行对比分析,协同抽采中回风侧快速提升区跨度明显增大,使得回风侧经上隅角涌入工作面的瓦斯强度降低,隅角瓦斯得到进一步控制。协同抽采较好解决了工作面回风侧风流引起的相对负压造成上隅角瓦斯大量聚集的问题,隅角涡流所引起的瓦斯聚集现象在长钻孔抽采下逐步消失。优化后的布置参数进行现场应用后,试验工作面在生产期间高抽巷平均抽采纯量为64.79 m³/min,占瓦斯涌出量的79.91%,定向长钻孔平均抽采纯量为9.68 m³/min,减小了风排瓦斯的压力,上...     

近距离高瓦斯煤层群首采层“一面四巷”瓦斯治理技术

针对近距离高瓦斯煤层群首采层回采工作面“U”型通风条件下，邻近层瓦斯通过煤岩体卸压产生的裂隙大量涌入到上隅角并进入回风流造成瓦斯超限的问题，以东于煤矿03X04回采工作面为研究对象，分析了回采工作面“U”型通风条件下采空区卸压瓦斯运移规律，从而确定了“回采工作面运输、轨道巷+高、底抽巷”相结合的“一面四巷”联合瓦斯治理技术方案。现场应用结果表明：回采工作面瓦斯抽采率达到81%,本煤层瓦斯含量下降了33%,完全处于卸压范围内的边部底抽巷拦截钻孔抽采纯量达到单孔0.02～0.03 m³/min,瓦斯抽采浓度最高达90%,抽采纯量提升2倍以上，大幅度减小了下邻近层瓦斯涌入回采工作面和上隅角，回采工作面轨道巷和边部底抽巷回风流瓦斯浓度稳定在0.2%～0.4%,上隅角瓦斯浓度处于0.3%～0.4%,有效地解决了回采工作面“U”型通风条件下上隅角和回风流瓦斯超限的问题，保证了矿井安全高效生产。     

工作面煤层瓦斯立体抽采时空效应分析

针对低透气性煤层瓦斯难以抽采的问题,以新集二矿220112工作面回采区域煤层为背景,采用倾向顺层钻孔、底板穿层钻孔、顶板定向钻孔及上隅角埋管抽采相结合的立体瓦斯抽采系统抽采瓦斯。瓦斯抽采数据表明,回采煤层瓦斯抽采具有一定的时间效应和空间效应,抽采瓦斯的混合量和瓦斯浓度随着抽采时间和推进距离的增加呈现减小趋势,并趋于稳定;上隅角埋管和高抽巷抽采瓦斯浓度和混合量与顶板周期来压具有较好的一致性,上隅角埋管抽采瓦斯受周期来压影响较大,在周期来压前,应加强上隅角瓦斯抽采,防止周期来压时上隅角瓦斯超限。抽采效果表明,工作面回采区域瓦斯预抽率为31.9%,实测最大残余瓦斯含量为3.5 m³/t,最大残余瓦斯压力0.25 MPa,回采期间钻屑瓦斯解吸指标最大值为90 Pa,钻屑量最大值为2.6 kg/m,取得了较好的抽采效果,实现了回采工作面的安全开采。     

高瓦斯低透气性突出煤层瓦斯治理技术实践

针对土城煤矿1338工作面瓦斯难抽采、涌出量大、采空区及上隅角瓦斯浓度高的问题,在3号煤层采用本煤层预抽、高位抽采、采空区埋管抽采、工作面边采边抽等相结合的综合瓦斯抽采方法。通过采用本煤层瓦斯预抽,抽采量较常规的抽采方式提高了0.52~1.35倍,高位钻孔抽采瓦斯后邻近煤层的瓦斯相对涌出量由14.73~20.32 m³/t降为8.46~ 9.83 m³/t,采空区埋管抽采确保采空区的瓦斯浓度降到5%以下,符合《煤矿安全规程》对瓦斯浓度的相关规定,工作面边抽边采保证了工作面回采期间回风巷瓦斯浓度在1%以下。     

高瓦斯矿井U型通风工作面瓦斯治理技术

针对李雅庄煤矿U型通风工作面上隅角及回风流瓦斯浓度高、瓦斯治理难度大的问题，根据工作面瓦斯来源及在采空区三带的运移储存规律，李雅庄煤矿开展了本煤层抽采工艺优化和裂隙带抽采技术研究。对本煤层钻孔封孔深度、联孔工艺、管路连接方式等进行优化，钻孔抽采浓度由抽采4个月后降低到9%提高到抽采10个月后维持在19%；通过调整裂隙带钻孔布置方式、优化钻孔布孔层位、采取下筛管护孔等技术措施，裂隙带钻场最高瓦斯抽采纯流量达13.6 m³/min，平均瓦斯抽采纯流量达8 m³/min，2个钻场联合抽采瓦斯纯流量在13 m³/min以上；取消了瓦斯措施巷、井下移动泵和上隅角风帘，上隅角和回风流平均瓦斯浓度分别控制在0.5%和0.4%以下，对高瓦斯矿井U型通风工作面瓦斯治理有借鉴意义。     

马兰矿18502工作面以孔代巷瓦斯抽采技术研究

本文针对马兰矿18502工作面瓦斯抽采过程中利用辅运巷、高抽巷等抽采瓦斯、钻孔原设计长度较长且穿经陷落柱等问题,依据工作面当前条件对原瓦斯抽采措施进行了改进,提出了利用大直径顶板走向孔、大直径采空区抽采钻孔以及下邻近层钻孔代替现有瓦斯抽采巷道的“以孔代巷”技术思路。实测结果表明,瓦斯抽采总量为21.25m³/min,工作面瓦斯抽采率为70.25%,工作面瓦斯浓度降低至0.13%~0.22%,上隅角瓦斯浓度降低至0.17%~0.38%,回风流内的瓦斯浓度降低至0.21%~0.31%,瓦斯浓度显著降低,从根本上解决了瓦斯超限问题。     

黄岩汇煤矿综采工作面上隅角瓦斯治理技术研究

黄岩汇煤矿煤层透气性系数差,原始瓦斯含量低,在回采期间工作面绝对瓦斯涌出量较大,上隅角瓦斯浓度容易超限。现场跟踪考察分析了15108综采工作面上隅角瓦斯来源,找到了采放煤和采空区瓦斯涌出的主要原因,并提出了以高抽巷和顶板低位斜向钻孔相结合的卸压瓦斯治理模式,对卸压瓦斯抽采效果进行评价。研究表明:高抽巷平均抽采纯量69.5 m^3/min,最大90.0 m^3/min,可达全部抽采量的92%;低位钻孔抽采措施起到较好的辅助作用,最大抽采纯量为12.4 m^3/min,平均为5.8 m^3/min。回采期间上隅角瓦斯浓度维持在0.08%~0.40%。     

赵庄矿高抽巷抽采负压优化模拟研究

为研究高抽巷抽采负压对治理采空区瓦斯的影响并寻求最优抽采参数,以赵庄矿1309工作面为背景,通过数值计算得到布置垂高应为25m,平距应为20m。通过FLUENT软件对进行高抽巷不同抽采负压条件下的数值模拟,并采用UDF程序定义采空区参数使模拟结果接近实际。模拟结果表明：在无抽采模型下,工作面上隅角瓦斯浓度最高可达18%,影响安全回采。高抽巷抽采条件下增大抽采负压,采空区瓦斯浓度降低,上隅角附近的低瓦斯浓度区域由不存在逐渐扩大。高抽巷瓦斯体积分数及抽采纯量在抽采负压高于20kPa后增量趋于平缓。为保证抽采效果同时避免采空区漏风,确定合理抽采负压为20kPa。现场实测高抽巷瓦斯抽采纯量平均为43.93m/min,与模拟结果基本吻合。     

基于工作面顶板巷“一巷两用”的试验及应用

在煤巷掘进过程中为防治煤与瓦斯突出,以及防止工作面回采期间瓦斯超限,采用顶板巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯;在工作面回采期间将顶板巷作为高抽巷抽采瓦斯。在恩洪煤矿122908工作面的试验及应用结果表明:顶板巷穿层钻孔可有效消除煤巷掘进工作面突出危险性,瓦斯含量基本控制在8 m3/t以下;掘进进度由平均不足30 m/月提高到平均48 m/月,月进度提高60%;工作面回采期间高抽巷瓦斯抽采浓度为10%~17%,抽采纯量为2.32~3.56 m3/min,上隅角瓦斯浓度在1%以下。通过优化设计,实现了顶板巷"一巷两用"的目的。     

基于工作面顶板巷“一巷两用冶的试验及应用

在煤巷掘进过程中为防治煤与瓦斯突出,以及防止工作面回采期间瓦斯超限,采用顶板巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯;在工作面回采期间顶板巷作为高抽巷抽采瓦斯。在恩洪煤矿122908工作面的试验及应用结果表明:顶板巷穿层钻孔可有效消除煤巷掘进工作面突出危险性,瓦斯含量基本控制在8m3/t以下;掘进进度由平均不足30 m/月提高到平均48 m/月,月进度提高60%;工作面回采期间高抽巷瓦斯抽采浓度为10%~17%,抽采纯量为2.32~3.56 m3/min,上隅角瓦斯浓度在1%以下。通过优化设计,实现了顶板巷"一巷两用"的目的。     

走向高抽巷瓦斯抽采技术应用研究

随着开采深度的增大,某矿采煤工作面的瓦斯涌出量日益增大,尤其是回风巷及工作面上隅角瓦斯问题,制约着工作面的安全持续生产。目前采用的本煤层抽采虽取得一定消突效果,但是上隅角瓦斯超限时有发生,为更好地解决这一问题,选择在顶板布置走向高抽巷的治理方案。但目前高抽巷布置层位及高度多根据经验确定,很多高抽巷并不能有效降低工作面瓦斯,因此准确选定高抽巷位置对于上隅角瓦斯治理有着重要意义。基于理论计算,结合某矿地质及开采条件,在12061工作面进行了现场试验,确定了走向高抽巷的合理布置位置,为矿井后续工作面的高抽巷布置提供有效的经验。     

煤巷快速掘进气相压裂增透技术研究及应用

针对夏店煤矿煤巷掘进工作面瓦斯涌出量高、掘进速度慢、采掘接替紧张等问题,将气相压裂增透技术引入到掘进工作面瓦斯抽采实践中,阐明了低渗煤层气相压裂增透机理,研究分析了低渗煤层气相压裂增透装备系统和气相压裂增透工艺,并在夏店煤矿掘进工作面进行了工程应用。结果表明:气相压裂增透技术具有降低巷道瓦斯涌出浓度、促进巷道瓦斯均衡涌出、提升巷帮钻场瓦斯抽采效果和加快巷道掘进速度等多重作用;实施气相压裂措施后,抽采钻孔的瓦斯浓度、混合流量和抽采纯量得到有效提高,抽采时间内瓦斯抽采纯量是未进行气相压裂的5.12倍;掘进面前方煤体的瓦斯含量及钻屑瓦斯解吸指标K₁有明显下降,其中瓦斯含量下降2 m³/t,K₁值下降0.12 mL/（g·min^0.5）左右;巷道掘进平均单日进尺从4.0 m提升至5.5 m,掘进速度提升显著,极大地缓解了工作面接替紧张问题,保障了工作面的安全高效开采。     

唐口煤矿深部复杂开采工作面瓦斯分源涌出规律研究

研究工作面瓦斯涌出规律对工作面瓦斯治理有重要意义。为了得到唐口煤矿深部3号煤层复杂开采条件下工作面回采时期瓦斯涌出时空演化规律,选取6304工作面作为对象,采用实测方法研究6304工作面瓦斯涌出规律。结果表明:6304工作面瓦斯涌出量为6.534 m³/min,其中煤壁占34.27%,落煤占29.62%,采空区占36.11%;沿工作面倾向由低到高,瓦斯浓度整体为上升趋势,其中1—76号架工作面瓦斯浓度小于0.20%,76—102号架瓦斯浓度上升明显,最大为0.387%;上隅角的后部采空区是工作面的瓦斯主要涌出源,上隅角1号测点瓦斯浓度0.78%,上隅角周边3号、5号、7号、8号、9号测点瓦斯浓度平均为0.643%;周期来压时,上隅角瓦斯相对平时较高。研究为针对性的瓦斯分源监控与灾害防治提供基础。     

低位放顶煤工作面瓦斯浓度分布规律与控制技术研究

基于高瓦斯低位放顶煤工作面瓦斯涌出量大、回采期间瓦斯容易超限的问题,提出采用单元法测定和分析工作面瓦斯涌出及分布规律。以五阳煤矿7607综放面为研究对象,将工作面划分为12个单元,布置测站和立体网格状测点,测定回采期间综放面瓦斯浓度分布和风量变化。通过测定数据分析工作面瓦斯来源、工作面漏风情况和工作面瓦斯浓度聚集分布规律,从而针对性地提出了U型通风配合“顶板高位钻孔+上隅角插管+高抽巷”的综合瓦斯治理方式。工程实践表明,工作面上隅角和回风流等容易超限区域的瓦斯浓度控制在0.8%以下,治理效果显著,证明了瓦斯治理控制技术的有效性,促进了五阳煤矿的安全高效生产。     

高抽巷在瓦斯抽采中的应用研究

为了解决松藻打通一矿工作面回采初期和回采期间瓦斯超限、制约煤矿安全生产的问题,对W2709S工作面采用了高抽巷治理邻近层瓦斯技术,采用KJ90N煤矿安全综合监控系统测量了瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量等参数。结果表明,随着高抽巷的应用,W2709S工作面的瓦斯抽采浓度提高了367%,抽采纯量提高了87.2%,工作面尾排瓦斯浓度下降了63.2%,工作面隅角瓦斯浓度下降了23.7%,工作面回风巷的瓦斯浓度下降了0.34%,W2709S工作面的推进度提高了25%,同时相邻的W2709N工作面推进度提高了7%。说明高抽巷在W2709S工作面的应用,使工作面瓦斯超限问题得到了极大的缓解,同时研究为同类煤矿工作面瓦斯问题的解决提供了重要参考。     

井下大直径钻孔瓦斯抽采技术研究

为研究面间煤柱内的大直径钻孔抽采采空区瓦斯效果,基于某矿实际生产条件及COMSOL数值模拟软件,依据上覆岩层运移理论、采空区顶板岩性、顶板垮落破坏特征对采空区孔隙率进行了分块赋值,COMSOL数值模拟研究结果表明:钻孔布置的最佳距离为8～10 m。考虑经济因素及顶板垮落步距的影响,钻孔布置的最佳距离应为10 m;靠近工作面上隅角处,采空区内瓦斯浓度呈中心高、四周低的圆环状分布,该低瓦斯浓度圆环的出现与大直径钻孔对采空区内瓦斯的抽采作用密切相关。ORIGIN数据拟合及计算表明:10 m钻孔间距条件下,控制上隅角瓦斯浓度不超限的钻孔最小瓦斯抽放量为5.4 m³/min。该理论成果的成功运用,指导了该矿的生产安全。