放顶煤工作面的瓦斯防治理论与实践

根据综采放顶煤工作面瓦斯涌出特征,结合阳泉实际情况,采取了改变通风方式、合理配风、调节层间通风压差、抽放上部煤层采空区瓦斯、顶板岩石巷抽放邻近层瓦斯等措施,实践证明,对综采放顶煤工作面的瓦斯防治是切实可行的。     

综采工作面中邻近层瓦斯抽放钻孔参数的确定

本文通过对综采工作面采空区顶板活动和瓦斯分布的分析，详细阐述了综采工作面上邻近层瓦斯抽放钻孔参数的设计原则。     

坚硬顶板综采工作面采空区三维立体式瓦斯治理技术研究

针对某矿综采工作面瓦斯治理难题，根据瓦斯赋存规律及地质特征，采用高位钻孔抽采邻近层卸压瓦斯、高位巷抽采邻近层及采空区瓦斯、临近巷道及邻近采空区瓦斯抽采、回风隅角深孔预裂爆破放顶相结合的瓦斯综合治理模式。通过该模式的现场应用，显著提高了综采工作面及上隅角瓦斯治理效果，综采工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.5%以下，回风流瓦斯浓度控制在0.3%以下，保证了生产安全。     

综采工作面上邻近层采动卸压瓦斯综合抽采技术研究

南庄煤矿15~#煤层8830综采工作面上邻近层13~#、14~#煤层以及K_2、K_3石灰岩瓦斯含量高,在工作面开采过程中上邻近层瓦斯会大量涌出到工作面,严重影响着工作面的安全生产。南庄煤矿通过抽放上层12~#煤层采空区作为开采15~#煤层8830工作面的高抽系统控制高位瓦斯,利用本工作面回风巷低位钻孔、回风巷管路向采空区留管抽放作为辅助抽放,瓦斯综合抽放效果显著,有效解决了回采期间的瓦斯问题,从而保证了8830工作面安全生产的目的,对具有相似条件的煤矿综采工作面的瓦斯抽采具有参考价值。     

高瓦斯矿井综采工作面瓦斯综合治理分析

通过对综采工作面本煤层瓦斯涌出、上隅角瓦斯超标、邻近层瓦斯涌出具体情况的分析,采取采空区埋管抽放瓦斯、煤层顶板高位抽放瓦斯的瓦斯治理方案,保证了高瓦斯矿井生产工作面的安全生产。     

高瓦斯邻近层回采面初放期间瓦斯拦截技术

介绍了淮北矿业股份有限公司桃园煤矿,针对突出煤层特点,在综采工作面初放期间,采用邻近层卸压瓦斯强化抽采方法,有效抽采卸压瓦斯的治理技术。     

倾向高抽巷在阳泉五矿综放工作面的应用

介绍了阳泉五矿综采放顶煤工作面采用倾向高抽巷，对上邻近层瓦斯进行有效抽放，取得了预期的效果。     

顶板岩石水平长钻孔抽放上邻近层瓦斯

顶板岩石水平长钻孔袖放邻近层瓦斯的试验成功，为局瓦斯综采工作面瓦斯抽放开辟了新的技术途径，与传统的方法相比，在技术上经济上均具有显著的优越性。     

综放面瓦斯涌出影响因素及防治技术

介绍了综采放顶煤工作面瓦斯涌出特点和来源,分析了影响综采放顶煤工作面瓦斯涌出的开采层瓦斯含量、工作面的开采强度、邻近层瓦斯涌出和地面大气压力的变化等因素,对上隅角瓦斯治理、改变通风方式、顶板瓦斯排放巷、顶板瓦斯抽采钻孔、均压技术等瓦斯防治技术措施在综放面中的应用进行了探讨。     

薄煤层沿空留巷内抽放下邻近层瓦斯

龙煤集团七台河分公司煤层薄,煤层透气性系数低,常用的抽放方法:仰角抽放、高位抽放、本煤层迈步式抽放。仰角、高位抽放,对于上邻近层、采空区瓦斯涌出量大的采煤工作面,解决瓦斯问题有较好的效果;但当下邻近层瓦斯压力大,向开采层涌出大量瓦斯,造成采煤工作面瓦斯超限时,则没有对下邻近层进行抽放的有效方法。通过薄煤层沿空留巷内打钻抽放下邻近层,解决了因下邻近层瓦斯涌出量大造成回采工作面回风或上隅角瓦斯超限的问题,经济效益显著。     

驱替置换煤层甲烷的注气影响半径及其在不同方向上的差异性

注气置换驱替煤层甲烷是煤层强化预抽的一种新理念,并在阳泉矿区试验成功。采用实测法测定了石港煤矿15#煤层注气驱替置换煤层甲烷影响半径,发现注气影响半径在煤层的层理方向和垂直层理方向上存在差异性,并对此进行了分析,提出布孔建议以避免驱替置换盲区,更好地实现煤层消突。     

底板贯穿型裂隙现场实测及其对瓦斯抽采的影响

高瓦斯煤层群利用保护层开采治理瓦斯效果显著,为煤矿安全生产提供了极大的保障,但是对于近距离和超近距离高瓦斯煤层群,在应用保护层开采技术时又产生保护层工作面瓦斯超限严重、采空区下方卸压区域瓦斯抽采浓度急剧下降等新的问题。以沙曲煤矿北翼二采区为实验背景,利用示踪气体实测层间贯穿型裂隙的发育时间、位置以及程度,验证了底板破坏深度定量计算的结果,定性分析了贯穿型裂隙对近距离煤层群瓦斯运移和瓦斯抽采的影响以此为依据调整并优化卸压瓦斯抽采技术参数,并通过现场应用验证,提高了瓦斯抽采率。     

碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式

碎软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。以安徽淮北矿区芦岭煤矿8号碎软低渗煤层为研究对象,通过开展现场调研、分析测试、理论分析、水力压裂物理模拟和数值模拟等工作,提出了碎软低渗煤层的煤层气顶板岩层水平井分段压裂高效抽采模式,揭示了该模式下水力压裂裂缝的扩展延伸规律及控制机理,构建了该模式实施的主要工艺流程。研究结果表明:顶板岩层相对脆性、裂缝扩展压力较高,碎软煤层相对塑性、裂缝扩展压力低。在顶板岩层水平井进行套管射孔和水力压裂,顶板岩层中产生的压裂裂缝,在垂向上向下扩展伸延并穿入碎软煤层;同时在水平方向上也快速扩展延伸,由此产生的牵引作用撕裂下部碎软煤层形成较长的压裂裂缝。数值模拟结果显示,在给定的压裂施工参数条件下,顶板岩层中压裂在碎软煤层中形成的压裂裂缝长度,是直接在碎软煤层中压裂形成的压裂裂缝长度的6.7倍。碎软煤层和顶板岩层中形成的这些压裂裂缝在后续加砂压裂过程中被充填,成为煤层气从下部煤层向顶板岩层水平井运移的导流通道。显然,采用这种抽采模式,碎软低渗煤层可以获得良好的压裂改造效果。研究成果应用于淮北矿区芦岭煤矿煤层气顶板岩层水平井抽采示范工程,取得了很好的产气效果,水平井单井曾连续3,6,12个月平均日产气量分别为10 358,9 039,7 921 m3,截至2017-11-16,已累计产气500万m3,日产气量仍在3 200 m3以上,创造了我国碎软低渗煤层的煤层气水平井气产量的新记录。     

煤层气渗流方程数值分析

建立了煤层气扩散渗流的微分方程，对煤层气渗流偏微分方程，采用差分法建立差分方程，进行了数值分析。所建立的煤层气扩散渗模型较准确的反映了煤层中煤层气流动规律，对我国大面积低透气笥无烟煤煤层气的开发具有一定的指导意义。     

地勘时期煤层瓦斯含量修正方法的探讨

 井田地勘期间采用地勘法和直接法对同一煤层不同钻孔、不同埋深条件下的瓦斯含量进行测定,并以地勘法测定的煤层瓦斯含量为基础数据,采用直接法测定的煤层瓦斯含量对其进行验证,同时建立一种地勘时期煤层瓦斯含量的修正方法。该修正方法在金沙县化觉井田地勘时期煤层瓦斯含量的测定进行了现场试验,确定了井田地勘时期煤层的平均瓦斯含量,为井田建井前煤层的突出危险性评估、矿井瓦斯资源评价提供可靠的依据。     

特厚煤层群保护层开采与瓦斯预抽采防突技术的实践

通过鹤岗矿区南山煤矿抽采瓦斯示范性研究,获得了煤与瓦斯突出、厚煤层群无保护层开采条件下的保护层开采与瓦斯预抽防突的适用技术。该项技术不仅适用于该煤层赋存条件与开采条件下的鹤岗矿区高突矿井,对类似开采条件的其它高突矿井,也具有一定适用性和参考价值。     

煤层瓦斯富集区时频域低频阴影检测

为了研究地震波在含气地层传播过程中地震波能量衰减、波形变化、横向连续性的变化等特征,实现三维地震资料瞬时谱分解,检测瓦斯富集区的低频阴影特征,在已有煤矿实际地质资料分析基础上,构建了具有代表性的煤层瓦斯富集区地质模型。通过黏弹性地震波动方程正演数值模拟获得了模拟地震记录剖面,并借助于S变换实施了地震剖面时频分析,获得了不同频率成分的处理结果。对比分析结果表明:横向上,煤层瓦斯富集区较原生煤反射振幅更强,且煤层底面反射同相轴整体下拉,瞬时频率降低,具有低Q值的瓦斯富集区地震波高频能量衰减严重,低频成分衰减慢,低频(30 Hz)瞬时剖面中对应瓦斯富集区下方表现为强能量团,当频率增加到60 Hz及以上,瓦斯富集区能量明显低于低频瞬时剖面中对应位置的能量,呈现出明显的"低频阴影"现象。选取核桃峪矿区实测三维地震资料实施时频分析处理,并重点针对8号煤层的地震反射特征和时频谱属性进行对比分析,结果表明煤层瓦斯富集区具有与正演模拟结果完全一致的"低频阴影"特征。利用"低频阴影"不仅能预测煤层瓦斯富集区,而且可以刻画富集区的边界和空间展布,减小三维地震勘探资料预测煤层瓦斯富集区的多解性;经后期实际钻采结果验证,结果吻合较好,证明了利用"低频阴影"检测瓦斯富集区的可行性。     

煤层气注热开采的热-流-固耦合作用分析

如何提高煤层气产量是目前煤层气开采研究中的重要课题。煤层气在煤层孔隙中主要以吸附状态存在,提高煤层温度可以促使气体由吸附态转变为游离态,增加其渗流扩散能力。根据热弹性力学、非线性达西渗流理论和多孔介质热力学原理,对在煤层中注热提高煤层气产量的机理进行了系统研究,建立了包含煤的变形方程、气体渗流方程、热传导方程的热流固多物理场耦合数学模型。在此基础上利用COMSOL Multiphysics数值软件,对耦合模型进行了数值求解,结果表明:注热后煤层温度升高可以促进煤层气解吸、提高煤层渗透率,增加煤层气产量。研究成果可为煤层中注热开采煤层气的工程实践提供相应的理论基础。     

煤层中水-气两相流体渗透性影响因素分析

煤层气储层的渗透性是反映煤层中气、水等流体的渗透性能的重要参数,决定着煤层气的运移和生产。应用煤岩学的方法,从原地应力、有效应力,煤层埋藏深度与原始储层压力,天然裂隙和压力变化等几个方面,对影响煤层渗透率的因素进行了分析、探讨,得出了煤层渗透率与原地应力、有效应力存在相关性,渗透率随煤层埋藏深度的增大而减小、随原始储层压力增大而降低,天然裂隙发育有利于提高渗透性,在开采中受克林肯伯格效应、基质收缩及有效应力影响的结论,为预测煤层气储层的渗透性提供了依据。     

矿井地质瓦斯赋存特征及影响因素分析

针对正利煤业4号煤层瓦斯赋存不明确等问题,测定了煤层的瓦斯含量,得出瓦斯随着埋深的增加而增大,煤层最大埋深为490m,瓦斯含量为3.8m^3/t,确定了4号煤层瓦斯分带属甲烷带、氮气甲烷带,对4号煤层开采时的瓦斯预防提供了理论基础。