错层位巷道布置在煤与瓦斯共采上的应用构想

随着煤矿开采深度和强度不断增加,瓦斯灾害的发生概率也随之增大,煤与瓦斯共采技术逐渐得到重视。本文致力于为提高煤矿瓦斯抽采率,实现高瓦斯矿井安全、高效生产找到更多可能的有效方法。通过对错层位巷道布置开采首采工作面之后其上覆岩层运动特点进行总结分析,试着从改革巷道布置方面着手,将错层位巷道布置与现有煤与瓦斯共采技术结合,从而提出了错层位巷道布置在煤与卸压瓦斯共采上的应用构想。文中做出了相应的预测,认为采用这种方法,比用传统方法抽采瓦斯在安全、经济方面更具优势,需要通过具体工程实践进行验证。     

薄煤层保护层无煤柱煤与瓦斯共采技术研究

针对沙曲矿北翼高瓦斯近距离煤层群安全高效开采的问题,运用理论分析和现场实测相结合的方法,分析了薄煤层上保护层开采的覆岩裂隙分布与演化、卸压机理及采空区瓦斯运移积聚规律,并结合北翼2#薄煤层22201首采保护层工作面的实际情况,介绍了2#薄煤层上保护层无煤柱巷旁充填技术,确定了留巷墙体埋管瓦斯抽采技术参数。现场试验结果表明,采用2#薄煤层上保护层无煤柱煤与瓦斯共采技术,实现了下邻近高瓦斯煤层群的全面卸压,形成了工作面Y型通风系统,大大减少采空区瓦斯涌入工作面,有利于高瓦斯突出危险性煤层群的安全高效回采。     

孤岛工作面高位钻孔抽采精准控制范围确定及效果分析

朱集西煤矿为煤与瓦斯突出矿井,主采的11-2煤和13-1煤均为突出煤层。11401工作面为孤岛工作面,回采时须治理本煤层瓦斯及上覆13-1煤卸压瓦斯。在高抽巷未到位的情况下,治理回采期间的瓦斯关键措施是高位钻孔抽采,结合理论分析和现场考察,确定了高位钻孔抽采精准控制范围,并对效果进行了分析。分析结果表明,控高在5~8 m抽采效果较平稳,控高在10~12 m抽采瓦斯浓度最高,采用高低层位高位孔、结合地面钻井、埋管抽采等措施,工作面瓦斯抽采率达到75%以上,效果显著。     

特厚突出煤层上保护层开采及卸压瓦斯抽采

为消除特厚CO2突出煤层的突出危险性,确保煤二层的安全掘进及回采,采用开采煤一层6213工作面作为上保护层并利用底板抽放巷施工穿层钻孔抽采煤二层6223工作面的卸压瓦斯,通过数值计算与现场动态瓦斯抽采过程分析,得到了煤二层的卸压瓦斯抽采随煤一层工作面的推进,瓦斯抽采的动态变化过程。实现了层间距为30～80 m特厚煤层的全部卸压,由于煤层瓦斯含量高,部分卸压瓦斯通过保护层工作面风排排出;单个钻孔的流量随煤一层6213工作面推进呈现与总体抽采一致的变化过程,并且在距离钻孔20 m左右,单孔流量就明显增大。实践表明采用上保护层开采及一定时间的卸压瓦斯抽采,消除了特厚煤层的突出危险性。     

高位定向长钻孔抽采技术在上隅角瓦斯治理中的应用

根据象山矿井5#煤层煤系地层赋存条件,分析了采空区瓦斯富集区层位,设计施工5个顶板高位定向长钻孔进行采空区瓦斯抽采治理。现场抽采结果表明:顶板高位定向长钻孔布置层位高度20~22m,水平内错距离0~45m较为合理;通过进行5#煤层顶板定向长钻孔抽采技术应用,工作面日产量大幅提升,而工作面上隅角瓦斯浓度由此前长期维持在0.7%降至0.4%左右,有效遏制了上隅角瓦斯超限事故,实现了取消高位裂隙钻孔和采空区埋管抽采的目标。     

顶板瓦斯抽采钻孔技术在掘进工作面的应用

根据大佛寺煤矿4#煤西部大巷掘进过程中,通过在4#煤西部大巷顶板上部煤层合理布置顶板瓦斯抽采钻孔,配合区域预抽、掘前预抽技术,对高瓦斯区域掘进工作面进行联合抽采,成功解决了高瓦斯区域巷道掘进期间风排能力不足和巷道两侧施工钻孔抽采范围有限的问题,确保了4#煤西部大巷掘进工作面的安全生产。     

底抽巷“一巷三用”煤与瓦斯共采技术

针对马兰矿高瓦斯工作面上隅角瓦斯浓度偏高问题,结合其近距离煤层的地质及回采条件,通过在8~#煤下邻近层9~#煤层内布置底抽巷,既可作为后期开采9#煤时的回采巷道,有利于采掘衔接,又可截抽下邻近层卸压瓦斯和预抽本煤层瓦斯,再又抽采高位裂隙带内瓦斯和现采空区的瓦斯。马兰矿将该技术在18301工作面得以实践,取得了良好的抽采效果。     

远距离下保护层底板穿层钻孔卸压瓦斯抽采研究

以桑树坪煤矿远距离下保护层11~#煤层开采保护主采3#煤层为研究对象,利用底板巷布置上向穿层网格式钻孔抽采被保护层卸压瓦斯,研究得出将3314底板瓦斯抽放巷布置在3#煤层底部法距15 m处较为合理。实际抽采数据表明,在远距离下保护层开采期间,采动影响能够有效卸压,提高被保护层的透气性,底抽巷预抽区域瓦斯预抽率约为65.6%。从卸压瓦斯抽采效果分析,11#煤层回采后保护层工作面前方10 m至保护层工作面后方60 m范围内对应的上覆3#煤层区域为最佳卸压瓦斯抽采区域。     

综采放顶煤工作面瓦斯预抽采数值模拟研究

通过分析煤层瓦斯赋存流动基本规律,对成庄矿5305综采放顶煤工作面不同瓦斯抽采负压情况下瓦斯基本参数的变化及钻孔周围瓦斯压力场和速度场变化进行了模拟研究,并在现场进行了抽采试验。抽采效果表明：在煤层原始瓦斯相对含量大于8 m3/t的综采放顶煤工作面实施区域钻孔抽采,钻孔有效抽采半径为2～3 m,抽采钻孔布置间距取4～6 m,经过8个多月的抽采,使平均吨煤钻孔进尺达到0.05 m以上,瓦斯抽采率达到40%～50%。     

高瓦斯近距离煤层群保护层煤与瓦斯共采技术

根据沙曲矿的具体地质条件,通过对保护层开采机理的分析,确定矿井北翼2号薄煤层为下方3+4号和5号煤层的保护层,计算得出保护层首采工作面22201的保护范围和解放煤量2.4Mt;针对2号煤层的赋存条件,研究了22201工作面的采煤技术,包括巷道布置、工作面主要设备和采煤工艺;采用保护层开采对突出煤层的卸压作用和瓦斯抽采技术,设计了本煤层、下部3+4号煤层和采空区瓦斯的抽采方案,达到解放下部煤层的目的。沙曲矿对高瓦斯近距离煤层保护层煤与瓦斯共采技术的研究,为其他类似条件下开采提供了借鉴。     

保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究

随着我国煤矿开采深度的增加，煤与瓦斯突出矿井和变出煤层的数量不断增加，利用保护层开采过程中的被保护层的卸压作用对卸压瓦斯进行强化抽采，使被保护层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层，从而实现煤与瓦斯资源的安全高效共采．系统介绍了基于分源原理的回采工作面瓦斯涌出预测方法，保护层开采及卸压瓦斯强化抽采技术的发展和工程应用．结合淮南潘一矿下保护层和谢一矿上保护层开采及卸压瓦斯强化抽采实例，将保护层工作面瓦斯涌出量预测结果与保护层工作面瓦斯涌出量实测结果进行了对比分析．研究结果表明，由于保护层开采的卸压作用，使被保护层卸压瓦斯抽采率远大于被保护层卸压瓦斯的自然排放率，导致保护层工作面瓦斯涌出量预测结果小于实际瓦斯涌出量．     

邻近层采动影响区瓦斯预抽钻孔优化布置及效果评价

针对高瓦斯矿井近距离煤层受邻近层采动影响下瓦斯抽采钻孔优化调整问题，通过引入保护层开采采动卸压效应与瓦斯越流理论，论证了邻近层采动卸压瓦斯越流效应以及I011501综放工作面受邻近层采动卸压瓦斯排放效果，并提出了预抽钻孔优化布置方案。通过工程实践及效果评价，研究结果表明，在增大钻孔布置间距、降低钻孔施工工程量的情况下，I011501综放工作面采前预抽效果仍满足相关规定要求，6.9 m瓦斯抽放半径能够满足M15煤层综放工作面瓦斯抽采需要。     

近距离煤层群高瓦斯工作面瓦斯立体抽放模型的建立和应用

针对近距离煤层群高瓦斯工作面的地质和开采条件,建立了高瓦斯工作面巷道掘进期间和工作面推采期间的瓦斯立体抽放巷模型。巷道掘进期间采用预掘内错底板低位巷或内错顶板高位巷并布置穿层钻孔或布置随掘进的瓦斯抽放钻场进行瓦斯的立体抽放;工作面推采期间采用内错顶板高位巷穿层钻孔和工作面巷道顺层钻孔预抽瓦斯的立体抽放技术。以瓦斯立体抽放模型为基础,结合矿井实际地质条件、矿井巷道围岩与开采环境条件和技术工艺条件,进行了瓦斯立体抽放的实地实验和应用,确定瓦斯抽放巷的垂距和内错距离为15 m、高位巷钻场间距100 m、顺层钻孔间距2 m等参数;并进行了保护层瓦斯的预抽。通过瓦斯立体抽放实现了巷道掘进与工作面开采的瓦斯抽放要求,既控制了本煤层工作面的瓦斯浓度,实现了安全开采,又释放了上部煤层的瓦斯。     

近距离突出煤层群瓦斯综合治理技术应用研究

采用实验室测定的方法对屯兰矿2#、8#煤层瓦斯参数进行了测定,2#、8#煤层瓦斯含量分别为13.57m3/t、8.631～15.49m3/t。采用实地调研的方法,得出2#煤层工作面瓦斯涌出主要来自邻近煤层,8#煤层回采工作面瓦斯主要来源于本煤层的结论。提出了上邻近层瓦斯抽采、本煤层瓦斯抽采、下邻近层瓦斯抽采、采空区抽采结合底板岩巷穿层钻孔的方法进行孔瓦斯抽采消突的方法,实测效果良好。     

基于示踪技术的地面钻孔抽采卸压瓦斯影响范围研究

为准确考察地面钻孔抽采煤层卸压瓦斯的影响范围,为合理布置地面钻孔提供可靠依据。通过相似模拟实验研究了沿工作面倾向方向在13-1#煤层中应力分布情况,基于示踪技术综合考察和得出了地面钻孔抽采卸压瓦斯影响范围。结果表明:在保护层开采条件下北中央3采区地面钻孔抽采范围在倾斜方向在160 m以上,在走向方向上在240 m以上。     

淮南矿区瓦斯卸压抽采理论与应用技术

基于淮南矿区高瓦斯煤层群开采条件,运用卸压开采及采场采动裂隙O形圈卸压瓦斯抽采理论,提出了一系列钻孔或巷道抽采卸压瓦斯方法;研究分析了开采卸压层时瓦斯抽采技术、上向卸压瓦斯抽采技术、下向卸压瓦斯抽采技术,采用煤层气开采消突试验方法有底板岩巷穿层钻孔条带预抽瓦斯、顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、地面钻井压裂预抽瓦斯,这些方法广泛应用于淮南矿区生产实践,建立起了卸压开采瓦斯抽采工程体系.结果表明:自1998 年以来矿井杜绝了瓦斯爆炸事故发生,百万吨死亡率由4.01降低到0.18,2009年瓦斯抽采量达3.2亿m3,矿井瓦斯抽采率达到53%,采煤工作面瓦斯抽采率达到90%以上;使高瓦斯突出煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层,同时抽采出的瓦斯作为绿色能源,减少大气污染.     

下伏邻近层瓦斯采动卸压运移规律及抽采特征研究

为研究下伏邻近层瓦斯采动卸压运移规律及顺层钻孔瓦斯抽采特征,以屯兰矿2^#煤层为研究对象,基于下伏采动卸压理论、底板采动破坏深度经验公式和稳定同位素测定分析技术,分析了下伏邻近层瓦斯卸压涌出规律,对下伏煤层顺层瓦斯钻孔采动卸压抽采特征进行了研究。结果表明：12507工作面底板采动破坏深度24.80 m,采动卸压后单孔最高抽采浓度75%、流量0.5 m³/min,下伏邻近层瓦斯抽采量占工作面瓦斯抽采总量的27.08%,为实现下伏卸压瓦斯高效治理,需对下伏4^#煤进行采前预抽和采动抽采;根据上隅角瓦斯主要来源及占比,将工作面瓦斯涌出划分为3个阶段,单一煤层主导阶段、邻近层卸压调整阶段及卸压平衡阶段;工作面回采6～100 m时,采空区下伏4^#煤迅速卸压,瓦斯大量涌出至采空区,100 m后下伏4^#煤层瓦斯达到稳定卸压涌出。     

掘进瓦斯异常影响因素及治理技术研究

为研究受采动影响掘进工作面瓦斯异常原因，利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件分析了上覆己组工作面回采后下部煤层的应力、渗透率变化；并通过在回采工作面卸压区域施工测试钻孔，分析卸压后煤层瓦斯涌出情况。结果表明，当上覆工作面回采后对下部煤层起到了一定的卸压作用，煤层渗透率增加至0.026μm2，导致卸压煤层内瓦斯极具解吸，从吸附态变为游离态。当采动裂隙或原生裂隙导通卸压瓦斯后，大量瓦斯涌入掘进巷道，造成瓦斯涌出异常。基于卸压瓦斯，在掘进工作面顶板超前施工抽采钻孔，对卸压瓦斯进行抽采，较好地解决了瓦斯异常涌出问题，保证了安全、高效掘进。     

近距离煤层采空区残煤综放复采技术研究与应用

针对白家庄矿20世纪70年代采用刀柱法开采过的8#煤层下积压大量9#煤的问题,采用错层位巷道布置法,在开采9#煤层时,顺利将8#残留煤进行了复采,成功地解决了近距离易燃煤层的残煤复采问题。介绍了巷道布置、配套设备、回采工艺、工作面压力观测和工作面巷道压力观测。     

浅析中兴煤矿底抽巷布置层位优化

汾西矿业中兴煤矿可采煤层有2#、4#、5#、6#、8#、9#煤层,现开采2#煤层,为了解决上组煤瓦斯治理难题,通过分析底抽巷的优越性,结合矿井实际确定了底抽巷布置方案,并从支护成本、瓦斯治理效果、服务年限和掘进效率等方面进行了分析比较,认为底抽巷布置在4#煤层下10 m左右的砂质泥岩中对上组煤工作面开采瓦斯治理更为合理,并针对布置的层位优化巷道支护参数,保证了底抽巷施工的安全。