综放工作面瓦斯综合抽采治理技术

针对保德煤矿随着开采深度不断加大,煤层瓦斯含量逐步增加的问题,建立了深部煤层瓦斯综合抽采治理模式。回采工作面采用本煤层顺层钻孔和千米钻孔相结合的瓦斯抽采方法,掘进工作面采用母巷羽翼超前预抽方法,采空区采用在联络巷埋管抽采瓦斯的方法。结果表明:采用上述瓦斯综合抽采治理技术后,采煤工作面瓦斯抽采浓度和预抽率均在10%以上,残余瓦斯含量控制在4.5m3/t以下;掘进工作面残余瓦斯含量降低至4.5 m3/t以下,残余瓦斯压力均降低至0.2 MPa以下,且掘进期间工作面和回风流中最高瓦斯浓度均在0.3%以下;采用联络巷埋管抽取采空区瓦斯后,工作面上隅角瓦斯浓度由之前平均0.6%降低到0.3%以下,最大抽采瓦斯纯量13.60 m3/min,最高瓦斯浓度40%。通过瓦斯综合抽采技术,有效降低了工作面瓦斯浓度,有效保障了工作面安全高效回采。     

芦岭煤矿穿层钻孔二次封孔技术及工艺研究

针对当前芦岭煤矿地压大、底板巷穿层钻孔预抽时间长及穿层钻孔瓦斯抽采浓度偏低的情况,对穿层钻孔二次封孔技术及配套工艺进行研究,确定了适合芦岭煤矿底板穿层钻孔孔群的二次封孔工艺。不同负压条件下二次封孔技术实施后,瓦斯抽采浓度能够提高15%以上,并至少能够维持103d;负压2.5kPa时,二次封孔技术实施后103d内,技术实施前后瓦斯抽采浓度平均提高50%;负压4.5kPa时,二次封孔技术实施后43d内,技术实施前后瓦斯抽采浓度平均提高54%。     

高瓦斯综放面顺层钻孔二次封孔优化设计研究

针对伯方煤矿3211综放面赋存情况,实测分析了原封孔工艺抽采效果,显示原工艺封孔效果较差,初始抽采浓度低、抽采浓度衰减快、抽采时间短和瓦斯浓度变化异常;根据二次封孔技术的原理,研究了改进型二次封孔技术,确定了封孔深度16m,一次封孔长度8m,粉料腔室长度7m,实测结果显示改进型二次封孔技术所封钻孔在平均单孔瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采纯流量和平均有效抽采时间方面分别提高了10.3%,1.3L/min和22.2d,封孔效果良好。     

薛湖煤矿穿层钻孔水力扩孔瓦斯抽采增透技术

为研究薛湖煤矿穿层钻孔水力扩孔对瓦斯抽采效果的影响,采用FLAC~(3D)软件模拟穿层抽采钻孔扩孔0.6 t/m煤量前后钻孔瓦斯增透圈大小变化情况,现场实测2306工作面底抽巷穿层抽采钻孔冲孔0.6 t/m煤量与未冲孔钻孔在相同抽采时间内的瓦斯抽采量和有效抽采半径,并进行对比分析。结果表明,薛湖煤矿穿层抽采钻孔扩孔0.6 t/m煤量后,钻孔的瓦斯增透圈增大了62.5%,初始抽采纯量增加了100%,抽采75 d的抽采总量增加了70%,钻孔的有效抽采半径达到1.1 m所需时间缩短了77.2%,薛湖煤矿穿层钻孔水力扩孔可有效提高煤层抽采效率。     

底板穿层瓦斯抽采钻孔定点封孔工艺研究与应用

传统的底板穿层瓦斯抽采钻孔原插接式封孔工艺存在易出现封孔管错位、钻孔漏气等问题，为实现一孔多用、提高钻孔抽采效率、降低钻孔封孔成本目的，以白龙山煤矿一井为工程背景，研究并应用了穿层瓦斯抽放钻孔定点封孔工艺。通过钻孔窥视仪选择钻孔内岩性相对较好的孔段作为封孔点，有效避开了巷道围岩松动圈、构造带，且缩短了封孔段距离。与原封孔方式相比，定点封孔方式由于实现整管一次性下管到位而提高了劳动效率，消耗的单孔材料降低了10%,定点封孔方式的抽采钻孔单孔瓦斯抽采浓度提高近15%。     

定向顺层钻孔“钻-冲-护”一体化增透技术试验

针对松软低透煤层瓦斯抽采钻孔塌孔严重、瓦斯抽采效果差、抽采达标周期长、抽掘采衔接紧张等问题,基于现有装备,提出了定向顺层钻孔"钻-冲-护"一体化低透煤层高效促抽瓦斯技术,该技术在长平煤矿实践表明:大功率定向钻机施工煤段长度达到340 m,煤段水力冲孔后总返煤量260.46 t,扩孔孔径φ0.87 m。对冲孔方式进行考察,发现回转冲孔方式和交叉冲孔方式效率优于水平冲孔方式。未采取下筛管工艺抽采钻孔平均瓦斯浓度为25.05%;全程下筛管护孔抽采钻孔平均瓦斯浓度为49.10%,一体化工艺下抽采钻孔百米瓦斯纯流量比普通钻孔水力冲孔护孔后抽采钻孔百米瓦斯纯流量提高了约11倍,瓦斯流量衰减系数降低了9.4%。瓦斯抽采浓度提高约2倍,百米抽采瓦斯纯量由0.08 m~3/min增至0.94 m~3/min,瓦斯抽采效果明显,保障了矿井的安全高效生产。     

速凝膨胀封孔材料密封穿层抽采钻孔技术及其应用

对速凝膨胀封孔材料和有机发泡材料的性能及施工工艺进行了分析和比较,并在淮南矿业集团潘三煤矿的17101(3)工作面底板巷进行了试验,试验结果表明:在抽采负压均为15kPa的条件下抽放瓦斯60d后,有机发泡材料封孔的钻孔平均瓦斯抽放浓度约为10%,而采用速凝膨胀封孔剂的钻孔平均瓦斯抽放浓度提高至25%左右,平均抽采纯量约为0.05m3/min,抽采寿命提高了9倍以上。该项新工艺为提高区域防突效果、降低生产成本提供了技术支持。     

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。     

基于SD的采煤面瓦斯浓度综合管控优化研究

为实现采煤面瓦斯浓度管控措施的组合优化,基于系统动力学理论(SD),构建了采煤面瓦斯浓度变化的因果关系结构和综合管控系统结构。分析采煤面瓦斯浓度的系统动力学行为,阐明瓦斯浓度随生产活动调整的变化规律,提出瓦斯浓度综合管控措施的优化方法。研究表明:影响采煤面瓦斯浓度的活动因素主要为单产、通风和瓦斯抽采,影响次序为单产、瓦斯抽采、通风;瓦斯浓度的动力学行为呈指数变化的振荡模式;利用非线性规划可实现瓦斯浓度管控措施的组合优化。将研究成果应用于矿井工作面瓦斯浓度的管控中,通过降低单产87 t/d,提高瓦斯抽采量8 m3/min,加大回风巷风量93 m3/min的组合优化策略,使工作面瓦斯浓度从0.44%～0.76%降低为0.22%～0.51%,有效预防了瓦斯事故的发生。     

新型囊袋式带压封孔技术应用

为有效提高瓦斯抽采浓度,马兰煤矿采取了囊袋式带压封孔工艺,共施工本煤层钻孔443个,穿层抽放钻孔430个,通过与聚氨酯封孔技术的瓦斯抽采浓度及囊袋式封孔浓度相互进行比较,得出:囊袋式封孔技术瓦斯抽采浓度提高10%,囊袋式注浆封孔钻孔浓度变化有一定波动,主要是由抽采前期瓦斯浓度并不稳定及打钻过程中较早见矸导致的。     

地面钻井抽采卸压瓦斯的试验研究

为缩短瓦斯抽采工程工期、降低瓦斯治理成本,高效抽采上被保护层的卸压瓦斯,在淮北芦岭煤矿开展了地面钻井抽采卸压瓦斯的工程应用试验研究。论述了地面钻井抽采卸压瓦斯的技术原理及抽采卸压瓦斯的地面钻井基本结构。根据试验结果,地面钻井共抽采10个月,累计抽采瓦斯量2.484Mm3。瓦斯抽采分为增长期、产气高峰期和衰减期3个阶段,其中,产气高峰期历时4个月,瓦斯抽采浓度为60%～90%,平均抽采量达10.6m3/min。配合其他抽采措施,对应中组煤的瓦斯抽采率达70.6%,残余瓦斯含量降为5.2m3/t,残余瓦斯压力降为0.53MPa,消除了中组煤的突出危险性。最后对地面钻井卸压瓦斯抽采效果的影响因素进行了分析。     

特厚煤层综放工作面瓦斯抽采技术研究

为解决蒋家河煤矿采空区瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯超限和回风平巷风排瓦斯量大等问题,提出了本煤层预抽、专用瓦斯抽放巷抽采和上隅角埋管抽采瓦斯相结合的方法对该矿ZF202综放工作面进行瓦斯治理,进行了现场实测和瓦斯抽采效果分析。结果表明,本煤层预抽后,瓦斯含量由7.92 m^3/t下降为4.21 m^3/t,瓦斯压力由0.72 MPa下降为0.38 MPa;上隅角瓦斯浓度由0.78%下降至0.4%左右。通过对比,专用瓦斯抽放巷的抽采纯量是高位钻孔的2.5倍,抽采效果好于高位钻孔,使工作面和上隅角瓦斯浓度保持较低水平,有效地解决了特厚煤层综放工作面瓦斯超限问题,为安全生产提供了重要保障。     

深井高瓦斯工作面“一巷多用”瓦斯治理新模式

埋深超过900 m的深井高瓦斯工作面瓦斯治理一直是世界性难题。针对千米深井1112(1)工作面(最大瓦斯涌出量为124.87 m3/min)的实际条件,通过相似材料模拟实验,确定了位于开采煤层顶板上方10倍采高、水平方向内错沿空留巷侧约20 m开始存在宽度为30 m的扇形环状瓦斯富集区,该高度采动影响范围沿倾向外错轨道巷最大不超过30 m。基于此,在上距顶板20 m,外错轨道巷35 m处布置一条多用巷,提出“一面三巷、一巷多用、联合治理、连续开采”瓦斯治理新模式。工程实践表明,多用巷内大直径穿层钻孔单孔抽采瓦斯纯量最大达9.84 m3/min,瓦斯浓度最高为98.5%,工作面瓦斯抽采率最高为92.4%,回风流瓦斯浓度平均0.4%,日产原煤量最高为10 324.6 t,抽采瓦斯总量为2 457.2万m3,实现了深井煤与瓦斯的安全高效共采。     

观音山煤矿一井石门揭煤防突技术研究

针对低透气性煤层石门揭煤防突使用常规预抽方法存在钻孔多、效果差和周期长的问题,提出采用水力压裂石门揭煤技术,通过增加煤层裂隙提高透气性、提升抽采效果,从而缩短揭煤周期。同时将水力压裂石门揭煤技术在观音山煤矿一井与常规密集钻孔预抽技术进行对比试验,试验结果表明:压裂后的平均瓦斯抽采浓度由压裂前的20%提高到45%,提高了2.25倍;单孔抽采纯量平均由2×10^-3 m³/min提高到5×10^-3 m³/min,提高了2.5倍;煤层瓦斯含量由11.238 6 m³/t降低到4.414 0～6.785 2 m³/t,降低了39.6%～60.7%;预抽时间由9个月缩短到5个月,缩短44%。     

煤层大直径钻孔瓦斯治理技术研究与应用

针对王坡煤矿横川埋管工程量大和周期长、回采期间横川密闭墙维护成本高以及上隅角瓦斯超限严重等问题,提出了施工煤层大直径钻孔瓦斯治理技术,研究了钻孔参数设计、钻进、下管、封孔、管路连接、抽采等工艺流程,并在3310工作面进行了试验。结果表明：回采期间上隅角瓦斯控制在0.19%～0.61%,钻孔抽采浓度提高1.2倍,抽采支管平均浓度6.85%,抽采纯量达10.27m/min,工期减少23.53%,用工数减少30.57%,煤层大直径钻孔瓦斯治理技术,工艺简单,成孔速度快、效率高,有效解决了上隅角瓦斯超限问题,对回采期间工作面瓦斯综合治理具有借鉴意义。     

碎软低渗高突煤层井下长钻孔整体水力压裂增透工程实践

针对阳泉矿区碎软低渗高突煤层开展了井下长钻孔整体水力压裂增透技术的工程试验研究,工程实现了井下一次性整体压裂煤孔段长度达307 m,单孔注入水量达1 510 m3,最大注水压力达26.09 MPa。效果检测表明钻孔压裂影响半径最大达58 m,压裂后煤层透气性系数提高了2.67倍,百米钻孔瓦斯流量衰减系数降低了55%,230 d内钻孔日抽采纯甲烷1 395~2 810 m~3,平均2 173 m~3,钻孔累计抽采纯甲烷50.86×10~4m~3,抽采瓦斯浓度为49.38%~83.70%,平均64.31%。分析认为:水力压裂能改善煤层裂隙和孔隙的连通性、降低煤层有效应力、提高煤层渗透率,注水能促进煤层瓦斯从吸附态向游离态转化,是煤层压裂后钻孔高效抽采瓦斯的关键,依据填砂堵缝压裂技术原理提出了碎软低渗煤层长钻孔整体水力压裂煤层裂隙开启、扩展和延伸机制。工程试验成果及认识可为井下长钻孔整体水力压裂增透高效抽采瓦斯提供借鉴。     

高瓦斯突出工作面瓦斯治理措施及效果分析

 基于朗缪尔和气体状态方程对实验煤样的煤层瓦斯含量进行计算,得出该煤层瓦斯含量为12.02 m3/t。针对试验工作面掘进和回采过程,利用穿层钻孔、顺层钻孔、地面钻井、高位钻孔和采空区埋管预抽瓦斯措施治理试验工作面瓦斯问题,给出了治理措施的的使用方式及大概参数。最后,为了验证瓦斯治理措施的有效性,对采取措施后煤层残存瓦斯压力、残余瓦斯含量进行测量计算和选取相关瓦斯数据进行分析,结果显示,试验煤层残存瓦斯压力降为0.33 MPa,回风流瓦斯浓度维持在0.3%左右,措施效果明显。     

李雅庄煤矿“U”型通风工作面瓦斯治理技术

针对高瓦斯矿井“U”型通风工作面上隅角瓦斯浓度高、管理难度大的问题，在李雅庄煤矿开展了本煤层抽采优化分析和裂隙带抽采研究。通过改进本煤层钻孔的封孔深度、联孔工艺、管路联接方式等，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，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个钻场综合抽采瓦斯纯流量在13 m3/min以上；工作面取消了高抽巷和高位钻场裂隙带瓦斯抽采，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。     

24102采面采空区瓦斯治理方案与效果

为有效治理24102工作面采空区瓦斯,基于工作面煤层赋存特征,采用Fluent数值模拟软件进行采空区瓦斯运移规律的分析,根据数值模拟结果得出高位钻孔+埋管抽采瓦斯效果良好,进一步结合工作面实际进行高位钻孔和埋管抽采各项参数的设计,并在抽采方案实施期间,进行瓦斯抽采数据及工作面区域瓦斯浓度的测试。结果表明:瓦斯治理方案实施后,瓦斯抽采率达30%以上,工作面回采期间,上隅角的瓦斯浓度始终稳定在0.1%~0.5%的范围内,瓦斯治理效果显著,保障了工作面的安全回采。