高瓦斯薄煤层采动裂隙演化规律及瓦斯抽采技术

针对鸡西矿区某矿薄煤层工作面瓦斯涌出量大,现有风排措施难以控制,需采用抽采措施减小瓦斯量的问题。运用理论计算及数值模拟分析了顶板采动裂隙的发育规律,发现薄煤层工作面顶板环形裂隙圈的宽度较小,且不能使上部亚关键层破断,使得亚关键层及以上岩层中不能发育贯通裂隙富集瓦斯。因此应将抽采工程布置在亚关键层下的裂隙带内,根据分析进行了抽采工程设计并取得了良好的应用效果。     

采动裂隙椭抛带动态演化及煤与甲烷共采

为研究采动覆岩裂隙演化及其中瓦斯的运移规律,通过物理相似模拟及数值模拟发现,煤层开采后采动覆岩裂隙形态可用椭抛带来表征。基于岩层控制关键层理论,建立了考虑采高及第一亚关键层与煤层顶板间距的采动裂隙椭抛带动态演化数学模型。运用环境流体力学,传质学,渗流力学,采动岩体力学等理论,得到采动煤体应力与卸压瓦斯渗流,纵向破断裂隙区瓦斯升浮,以及横向离层裂隙区瓦斯扩散等方程,构建出椭抛带中卸压瓦斯渗流-升浮-扩散综合控制模型。分析了椭抛带卸压瓦斯抽采机理,提出相应的煤与甲烷共采技术。通过山西天池煤矿抽采卸压瓦斯的现场实践,说明采动裂隙椭抛带是卸压瓦斯的储运区,将瓦斯抽采系统布置其中,可取得良好效果。     

顶板千米定向钻孔在高瓦斯煤层群瓦斯抽采中的应用

针对低透气高瓦斯近距离煤层群开采邻近煤岩层大量卸压瓦斯涌入工作面的问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析了工作面顶板裂隙与卸压煤层瓦斯富集的关系,模拟了工作面顶板采动裂隙分布与演化规律|提出了顶板千米定向钻孔抽采采空区上部集聚卸压瓦斯的技术方案|并结合现场14301工作面的实际条件,确定了顶板千米定向钻孔布置的技术参数。现场应用表明：在顶板千米钻场抽采瓦斯观测期间内,瓦斯抽采浓度始终保持在25%以上,最高达到80%,瓦斯抽采纯量在2.0～3.0m/min之间,并且有效抽采浓度的持续时间长,取得了良好的瓦斯抽采效果。     

我国煤矿覆岩采动裂隙带卸压瓦斯抽采技术研究进展

采动裂隙带卸压瓦斯抽采是工作面瓦斯防治的主要方法,介绍了采动裂隙动态演化规律的研究现状,分析了卸压瓦斯抽采原理。根据瓦斯抽采直接通道的不同,总结提出采动裂隙带瓦斯抽采分类方法;基于工作面瓦斯绝对涌出量的大小,提出采动裂隙带瓦斯抽采技术的分级选择法。对各类采动裂隙带瓦斯抽采方法的优缺点、布置方式进行了分析论述,给出了具体的设计方法以及技术参数,并结合现场实例说明了各种抽采方法的效果。最后通过总结概括采动裂隙带瓦斯抽采技术的研究现状,指出采动裂隙带演化模型三维化、瓦斯高效抽采技术参数精准化以及瓦斯抽采技术装备智能化是覆岩采动裂隙带瓦斯抽采未来的研究重点及发展趋势。     

近距离高瓦斯煤层群采动裂隙带瓦斯抽采技术

为了解决沙曲矿近距离高瓦斯煤层群开采过程中瓦斯超限这一难题,运用理论分析和数值分析相结合的方法对沙曲矿南翼4号煤开采采动裂隙演化规律进行了分析,确定了高位裂隙钻孔组的合理布置位置。结果表明:采空区垮落带和裂隙带高度分别为8、36.5 m,贯通裂隙带距工作面顶板垂高8~23 m,非贯通裂隙带距工作面顶板垂高23~42 m,工作面上方22 m左右裂隙分布密集且覆岩整体结构相对稳定,将钻孔延深至该区域能有效提高瓦斯抽采的浓度、抽采量和稳定性。现场实践表明:利用DDR-1200型千米定向钻机,将钻孔布置在距工作面上方22 m处时,瓦斯抽采效果明显,平均瓦斯抽采体积分数90.68%,平均瓦斯抽采纯量达11.58 m3/min。     

许疃煤矿大采高综放工作面瓦斯治理技术

许疃煤矿针对大采高综放工作面瓦斯治理问题,采用了工作面顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、顶板高位上向穿层钻孔抽采大采高工作面上邻近层瓦斯、顶板高位走向钻孔抽采本煤层同时拦截抽采上邻近层卸压瓦斯的综合瓦斯抽采技术。针对大采高综放工作面顶板高位走向钻孔布置层位的选择,通过相似模拟试验、关键层理论分析和UDEC软件模拟研究许疃煤矿大采高工作面顶板冒落规律,寻找大采高采场上覆岩层中裂隙位置和顶板瓦斯富集区;以此确定顶板高位钻孔的相关抽放工艺参数,为大采高工作面采空区高位瓦斯抽放钻孔的设计提供了理论依据。同时为大采高工作面上邻近层卸压瓦斯抽采钻孔的设计提供了理论指导。     

远程卸压瓦斯抽采特征与采动裂隙演化的数值模拟

为了解远程卸压开采中的瓦斯抽采特征及裂隙演化过程,以朱集矿首采工作面综合抽采为例,对比分析了各措施抽采参数变化规律。研究结果表明:留巷埋管和地面钻井抽采瓦斯浓度较高,穿层钻孔因顶板运动可能造成钻孔错断,尚不能准确实现远程定点抽采,各孔瓦斯抽采纯量和浓度差异较大,在钻孔布位和维护方面仍有较大的优化空间。运用UDEC软件模拟了采动裂隙的演化进程,模拟结果与瓦斯抽采参数的监测结果和来压规律较为吻合,可辅助查明留巷内穿层钻孔的损毁原因。     

朱庄矿上隅角瓦斯抽采钻孔参数优化及效果分析

为防止工作面回风巷尤其是上隅角瓦斯超限,确保工作面的正常生产,同时可以充分利用瓦斯资源,本文利用顶板冒落的关键层理论,并在空区顶板采动裂隙、冒落数值模拟结果的基础上,对高位抽放钻孔的终孔位置、终孔平距、抽放钻孔的钻孔直径等参数进行了优化,朱庄煤矿Ⅲ4414工作面现场试验结果表明钻孔参数优化后,提高了抽采效率,保证回采工作面安全高效生产.     

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。     

低透气煤层群首采关键层卸压开采采空侧瓦斯分布特征与抽采技术

通过对首采关键层留巷采空区边缘岩体结构变形破坏和裂隙演化规律的分析,揭示了“Y”型通风工作面采空侧卸压瓦斯富集区域、运移通道、瓦斯分布特征及卸压瓦斯运移规律,提出了留巷钻孔法煤与瓦斯共采新技术和新方法;在留巷内布置上下向高低位抽采钻孔直达卸压瓦斯富集区域,实现连续抽采卸压瓦斯与综采工作面采煤同步推进,通过连续高效抽采上下被卸压层的瓦斯,实现了煤矿井下直接抽采卸压瓦斯的重大突破.     

薄煤层快速回采工作面瓦斯综合抽采技术应用实践

针对薄煤层快速回采工作面瓦斯涌出量大,工作面上隅角、回风流等多处局部瓦斯超限现象,采用分源瓦斯分析方法,确定工作面瓦斯来源及含量,并采用本煤层预抽、高位顶板裂隙抽放、采空区插管埋管抽放等综合抽放瓦斯措施,对工作面瓦斯进行综合治理。试验结果表明:综合抽放瓦斯措施分别解决了快速回采期间落煤及采动引起的工作面瓦斯涌出量大、上邻近层卸压瓦斯向采空区大量涌入、下邻层卸压瓦斯向采空区涌入、U型通风工作面上隅角瓦斯聚集和超限问题。薄煤层快速回采工作面瓦斯综合抽采技术能够有效治理矿井瓦斯,不仅实现了薄煤层工作面安全高效开采,同时为类似矿井瓦斯治理提供了借鉴。     

软厚煤层大采高工作面采场覆岩运移规律研究

卧龙湖煤矿8102回采工作面为软厚煤层大采高工作面,采用数值模拟、相似模拟与现场监测相结合的方法对其上覆岩层运移规律进行了分析研究,得出了裂隙带、垮落带高度、裂隙演化及亚关键层破断规律。     

含断层覆岩采动裂隙演化规律

卸压瓦斯抽采与覆岩裂隙变化规律紧密相关。采用相似模拟试验对贵州某煤矿含断层覆岩移动规律、裂隙分布规律以及形态特征进行分析,研究含断层覆岩裂隙场演化规律。试验结果表明,随工作面的推进覆岩裂隙经历了产生、发展、闭合过程,在顶板断层附近裂隙显著增多,其裂隙密度曲线呈"山"字形分布;采动裂隙场的发育高度受关键层和断层带影响明显。     

厚煤层大采高工作面高位钻孔终孔层位合理性研究

为了改善厚煤层大采高工作面高位钻孔的瓦斯抽采效果,以斜沟煤矿18205工作面为研究背景,采用现场试验对采空区顶板岩层裂隙的演化规律进行分析来作为高位钻孔终孔位置的确定依据。结果表明:高位钻孔的终孔层位布置在16～18 m时,顶板岩性属软弱-中硬型,受采动影响裂隙发育情况较好,同时又不受冒落带的影响,采空区瓦斯抽采效果较为显著,高位钻孔终孔层位布置在17 m时,上隅角瓦斯浓度基本维持在0.6%左右,回风流瓦斯浓度大约为0.42%。     

采空区瓦斯宏观流动通道的高位钻孔抽采技术

采场顶板来压极易将采空区内瓦斯压出引发上隅角瓦斯超限甚至瓦斯爆炸。基于岩体的尺寸及时间效应分析了采空区瓦斯宏观流动通道的演化发育规律,应用离散元数值软件计算了顶板来压前后瓦斯宏观流动通道的变化,结合关键层理论研究了基于顶板来压影响及瓦斯宏观流动通道变化的高位抽采钻孔终孔位置、钻场间距及钻孔接续的确定方法及设计技术。结果表明:采空区基本顶载荷作用时间越长,垮断距越大,岩层裂隙越发育;顶板来压及接近来压时瓦斯宏观流动通道最为发育,贯通性最好,其水平裂隙宽度是来压前的3倍,最利于瓦斯抽采。现场应用来压时抽采效率提高约55%,避免了瓦斯超限。     

高瓦斯综采工作面定向钻孔代替尾巷抽采瓦斯技术

针对高瓦斯综采工作面U型通风条件下上隅角瓦斯超限问题,分析了定向钻孔代替尾巷抽采卸压瓦斯的必要性及可行性,阐述了卸压瓦斯抽采原理;利用物理相似模拟及理论分析,分析了采动覆岩裂隙演化规律,确定了定向钻孔参数,并进行现场工程应用。结果表明:随着工作面推进,试验工作面采动覆岩形成不规则冒落带、规则冒落带、裂隙带、弯曲下沉带,其中规则冒落带高度为17.9 m(采高的4.48倍),裂隙带高度为60.36 m(采高的15.09倍);定向钻孔与回风巷平距为8～20 m,与煤层顶板垂距平均18.5 m;利用定向钻机施工钻孔偏移量较小,定位准确,瓦斯抽采纯量平均6.37 m~3/min,占瓦斯涌出量的8.59%,实现了定向钻孔代替尾巷治理瓦斯效果,保证了工作面安全回采。     

高瓦斯工作面立体化协同抽采瓦斯技术及应用

以汾西矿业集团曙光煤矿1214高瓦斯工作面为背景,分析了工作面瓦斯分布及运移规律,以瓦斯分源抽采为原则,提出了"本煤层预抽、低位采空区埋管、中位钻孔截流、高位钻孔抽采"的立体化协同抽采方案,结合1214工作面实际,确定了本煤层预抽钻孔、顶板走向裂隙带钻孔的布置参数,并在现场进行工业试验,工作面瓦斯抽采率达70%~75%,表明抽采效果良好。     

上覆灰岩回采工作面顶板瓦斯高效抽采

为探索灰岩顶板条件下的瓦斯赋存状态及抽采方案，开展了灰岩的X射线衍射实验，研究了灰岩的物理化学特性，分析了灰岩对顶板瓦斯赋存和瓦斯抽采的影响。以山西沁源常信煤矿90107工作面为工程背景，先用经验公式理论计算顶板“两带”高度，再结合3DEC数值模拟软件分析回采过程中顶板破坏形态及裂隙发育特征，根据顶板裂隙发育优势区设计高位定向钻孔瓦斯抽采方案，最后通过现场实测验证。研究表明：随着工作面的推进，顶板初次垮落步距为40 m,周期垮落步距为40 m,垮落带高度为11.4 m,裂隙带发育高度为50 m,裂隙发育优势区为11.4～25.0 m;现场实测发现上隅角和工作面瓦斯超限问题得到有效解决。抽采后，上隅角瓦斯浓度始终保持在0.8%以下，上隅角瓦斯浓度降幅最大可达87.5%。研究结果为相似灰岩地质条件下瓦斯高效抽采提供了参考依据。     

基于综放面采动裂隙场的瓦斯抽采钻孔优化布置研究

以高瓦斯矿井王坡煤矿3215综放面为研究对象,通过UDEC数值模拟与理论计算,阐述了工作面采动裂隙场瓦斯抽采机理,研究了3215工作面塑性区宽度、顶板上覆岩层裂隙分布范围和采空区"O"形圈空间位置,进而优化了工作面瓦斯抽采钻孔布置参数。现场实践表明,优化后的3215工作面瓦斯抽采率达到45%~52%,上隅角和回风巷瓦斯浓度稳定在0.8%以下,杜绝了工作面瓦斯超限现象,实现了工作面的安全高效生产。     

综采工作面顶板大直径走向长钻孔瓦斯抽采技术

针对马堡煤矿8204综采工作面邻近层瓦斯涌出量大,上隅角瓦斯频繁超限的问题,实测分析了8204综采面瓦斯涌出特征,针对性的提出顶板大直径走向长钻孔瓦斯抽采技术。采用FLAC3D数值模拟分析了工作面开采时上覆岩层裂隙演化规律,设计合理的抽采参数。现场应用结果表明:采用顶板大直径走向长钻孔抽采技术能对邻近层瓦斯进行有效拦截,解决上隅角瓦斯浓度超限问题,保障工作面安全高效生产。