穿层钻孔水力压裂增透防突技术在红阳二矿的应用

对深部矿井红阳二矿瓦斯突出防治中的难题进行了分析,针对井下条件开展了水力压裂增透防突技术研究。对水力压裂钻孔注水量、注水压力、钻孔布孔方式等参数进行了设计,通过考察注水时间、保压效果等参数对水力压裂注水效果,提出了影响水力压裂注水效果的关键因素;通过水力压裂后压裂影响范围内3个关键区域瓦斯抽采量与未压裂区域的对比考察,对水力压裂增透范围和增透效果进行了分析。从增透范围和增透效果看,水力压裂技术提高了煤层透气性,增加了煤层瓦斯抽采量,加快了煤层消突速度,保证了煤矿的采掘接替和安全生产,对相似条件的深部矿井瓦斯突出防治工作具有较好的借鉴作用。     

煤巷“深注浅抽”交变协同快速消突技术

基于水驱替瓦斯理论,提出了"深注浅抽"交变协同快速消突技术。通过RFPA2D-Flow模拟软件对"深注浅抽"快速消突技术进行了数值模拟,对单孔定向,双孔定向进行了注水压裂模拟试验。试验表明:在定向孔存在的条件下,注水压裂效果更加显著,卸压增透更加彻底。同时,对"深注浅抽"快速消突技术的钻孔布置方式进行了研究,提出了循环递进式"深注浅抽"快速消突技术的钻孔布置方式。     

水力冲孔增透技术在突出煤层中的应用实践

针对松软突出煤层预抽煤巷条带瓦斯中存在的问题,需要采取卸压增透的方法,介绍了穿层钻孔"钻-冲"耦合增透技术基本工艺流程及机理,研究了增透技术在松软低透突出煤层区域消突措施中的应用效果。实践表明,日瓦斯涌出量约降低8.8%,保证了巷道的安全高效掘进,同时煤层瓦斯含量下降15%~20%,动力现象明显减小,达到了煤体消突目的。     

长距离定向钻孔预抽瓦斯区域消突技术研究

为降低煤层内的瓦斯压力和突出危险性,石港煤业设计在15107工作面应用长距离定向钻孔预抽瓦斯区域消突技术。现场应用表明,各个钻孔抽采瓦斯最低浓度均在40%以上,瓦斯抽采纯量在0.5m~3/min以上,钻孔覆盖区域煤层瓦斯抽采率达到82.2%,抽采效果良好,煤层瓦斯含量和压力均降至突出临界指标以下,消突效果明显。     

突出煤层采煤工作面顺层钻孔水力压裂增透技术

为了解决采煤工作面顺层钻孔消突效果不均匀、效率较低等问题,以淮南地区谢桥煤矿低透气性煤层为试验对象,采用顺层钻孔水力压裂技术对煤层进行增透,以提高瓦斯治理效率。介绍了顺层钻孔区域防突措施设计方案,对水力压裂半径进行了考察;开展了水力压裂钻孔及瓦斯抽采钻孔设计,以及注水压力、注水量和保压时间等水力压裂工艺参数试验。水力压裂和未压裂顺层钻孔瓦斯抽采效果对比表明,水力压裂后钻孔抽采平均瓦斯浓度提高54%,平均单孔抽采瓦斯纯流量提高280%,抽采达标时间缩短了1个月;防突效果检验指标均达标,工作面回采期间未出现瓦斯浓度超限现象。     

高瓦斯掘进工作面深孔控制预裂技术

为降低高瓦斯掘进工作面掘进期间的突出危险性,增大煤层透气性,余吾煤业公司引进了CO2气相压裂增透消突技术,主要通过在工作面施工的压裂钻孔进行爆破增透。在原先单孔预裂的基础上,通过施工控制孔进行了控制预裂试验。试验证明,控制预裂对煤层的防突指标、瓦斯涌出均匀性及钻孔瓦斯抽采量都产生了良好的效果。     

下向穿层钻孔水力冲孔卸压增透强化抽采瓦斯技术研究

为提高预抽煤层瓦斯消突效果,本文试验了下向穿层钻孔卸压增透强化抽采技术,并在高抽巷区域预抽钻孔中进行了实践。水力冲孔实施后,钻孔的卸压影响范围增大,钻孔周围的煤体变形和透气性增大,抽采瓦斯效果显著提高。对比水力冲孔前后的钻孔瓦斯压力和抽采量变化表明,水力冲孔影响半径达到10m,有效影响半径大于5m。与水力冲孔钻孔平距2.5m抽采孔,瓦斯抽采纯量增大4.25倍,平距5m~6m抽采孔瓦斯抽采纯量增大1.5倍。水力冲孔卸压增透强化抽采技术卸压增透范围大,提高抽采效果显著,为高突煤层预抽消突提供了一种行之有效的方法,值得在低透气性高瓦斯突出煤层消突实践中推广应用。     

煤层注水压裂消突技术探析

为防止采煤过程中发生突出事故,实现安全高效开采,对煤层注水消突技术进行了研究.基于煤层注水消突技术原理,提出在平煤股份十三矿己15-17-11070回采面实施注水压裂技术的方案.研究对比了实施措施前后瓦斯相关参数、煤岩体含水率、粉尘、采掘速度等参数变化,结果表明注水压裂消突技术不仅在低透气性突出煤层能起到明显的增透、消突、降尘作用,而且提高了掘进速度,最终实现了煤与瓦斯安全高效共采.     

安顺煤矿瓦斯治理技术研究

通过对安顺煤矿9102工作面防突技术的研究,采用地下抽采技术布置并利用突出敏感指标(钻孔瓦斯涌出初速度q、钻屑量S、钻屑量解吸指标K1值(或Δh2)等)进行消突验证,得到常规的瓦斯治理井下抽采和突出敏感指标相结合的瓦斯治理新思路,对同类矿井瓦斯治理具有借鉴意义。     

高瓦斯煤层液态CO_2致裂消突巷道快速掘进技术

针对高瓦斯煤层煤巷掘进工作面钻屑敏感指标值较大、掘进困难等问题,利用高压液态CO_2致裂器掘进头短钻孔预裂消突技术,通过理论分析和现场试验手段研究发现:采用高压CO2致裂器在掘进头进行短钻孔预裂爆破,可以促进煤层裂隙发育,提高煤层透气性,降低瓦斯解吸指标,提高钻孔瓦斯抽采量,达到掘进头消突的目的。现场试验数据显示:致裂后钻屑瓦斯解吸指标△h2最大值为150 Pa,钻屑量S值也相对减小,达到消突目的。致裂后4 h内钻孔瓦斯抽采量超过未进行致裂时抽采量的2倍,短时间内煤层瓦斯含量降低,有效保证了煤巷掘进头安全快速掘进。     

深井、低透煤层爆注一体化技术研究与应用

〗随着采掘活动进入深部,伴随而来的高地应力、煤与瓦斯突出危险等复合动力灾害威胁也越来越严重,已成为制约矿井安全发展的重大瓶颈。为破解这一瓶颈,根据注水湿润煤体可有效降低突出危险性,以及对煤体进行松动爆破可提前释放煤层应力,创造性地将松动爆破和高压注水结合起来,对爆注一体化技术进行了积极探索和实施。松动爆破在释放地应力和瓦斯方面效果较佳,水力耦合爆破可提升爆破效果。爆破后裂隙发育,注水效果佳。该技术有效破解了深井、低透煤层重点回采工作面卸压、瓦斯防治、煤体固化、降尘等技术难题。在爆注一体化的实施过程中,不断改进煤层高压注水工艺,取得了明显效果,并逐步推广到矿井各重点采掘工作面。     

深部应力主导型突出精准防控技术实践

以千米深井朱集西矿11-2煤层11501工作面为工程背景,进行了应力主导型突出精准防控技术应用研究,测试了煤层及其顶板厚硬岩层瓦斯力学参数,评价了煤层突出危险性及煤岩层冲击倾向性,分析了11501工作面回采动力灾害属性,研究了动力危险区划分方法并进行了区域预测,制定了针对高应力危险的大直径钻孔、顶板深孔预裂爆破、煤层注水区域卸压措施及顺层钻孔预抽区域防突措施,配套了工作面回采邻近层瓦斯涌出治理技术,考察了动力危险防控及瓦斯治理效果。结果表明:回采期间局部预测最大钻屑量为3.9 kg/m、最大残余瓦斯含量为5.14 m^3/t、回风流瓦斯浓度维持在0.45%以下,未出现预测指标超标及瓦斯超限事故,实现了应力主导型突出动力灾害分区、分级的精准防控。     

复杂地质条件下煤巷掘进综合防突技术研究与应用

平煤九矿属于煤与瓦斯突出矿井,且该矿地质条件极其复杂,严重影响了矿井安全生产和巷道安全快速掘进。该矿己16-17-22050机巷掘进工作面瓦斯压力大、瓦斯含量高,属于突出危险区域。为了有效消除区域突出危险性,对该巷道煤巷条带采取了低抽巷穿层钻孔预抽瓦斯技术、煤巷条带深孔卸压释放瓦斯技术、煤层注水等一系列综合防突措施。通过区域突出危险性预测、区域综合防突措施、区域防突措施效果检验、区域验证四位一体综合防突技术手段,特别是多手段的综合防突措施应用,成功消除了突出危险性,并结合有效的安全防护措施,为巷道的安全掘进提供了技术支撑。     

煤层注水治理瓦斯灾害流固耦合关系研究

为消除瓦斯突出危险及工作面煤尘污染,基于平煤股份十矿己_15-16-24130工作面煤层地质赋存条件,建立了注水情形下煤层破坏的瓦斯抽采模型。提出了注水消除煤层瓦斯突出危险、降低煤尘排放的应用方案,分析了裂隙自由水运移影响下注水钻孔塑性破坏过程。模拟结果表明:随着自由水的注入,扩大了钻孔塑性破坏区范围,降低了自由水润湿区域内煤层物理特性。伴随自由水压力的升高,自由水逐渐进入煤层深部,提高了裂隙空间内自由水饱和度,抑制了煤层内瓦斯解吸、扩散过程,减少了瓦斯的释放。结合现场工业性试验可知,外界自由水的注入对煤层软化、破坏效果显著,对减少煤矿井下煤尘灾害、消除工作面瓦斯突出风险具有重要意义。     

突出煤层掘进巷道冲击地压防治技术

为了在垂深1 100 m、具有严重煤与瓦斯突出和冲击地压危险的煤层进行安全快速掘进,消除冲击地压和煤与瓦斯突出危险,应用巷道钻孔松动爆破卸压技术.通过对冲击地压发生机理和钻孔松动爆破卸压理论分析,研究了深井煤层卸压原理,确定了巷道钻孔松动爆破卸压技术参数和施工工艺.试验结果表明:利用瓦斯抽排巷道对掘进煤层进行打钻和松动爆破,在一定范围使突出煤层卸压、排放瓦斯,可使原始高地应力场发生改变,并沿巷道掘进方向向前方煤体和巷道两帮深部转移,同时提高煤层透气性,使高压瓦斯加速排放,减少了突出势能,有效防治煤与瓦斯突出和冲击地压.     

煤层浅孔注水防突有效影响半径的测定

为确定低透气性突出煤层浅孔高压注水防突技术的有效影响半径,设计了一套煤层注水防突系统,在此基础上优化了防突钻孔的布置方案,并在平煤五矿己16,17煤层进行了现场试验与效果检验,实现了钻孔注水增透一体化,结果表明：煤层浅孔高压注水防突技术有效影响半径为2.5m,在有效影响半径内瓦斯涌出初速度平均提高了80%以上。     

基于球壳失稳理论的松动爆破防突机理可行性分析

运用球壳失稳理论中发生煤与瓦斯突出时所满足的3个力学条件,分析松动爆破在防治煤与瓦斯突出过程中的作用机理,即通过运用松动爆破技术把突出时所同时满足的3个力学条件变成1个,使其解放的煤体失去突出危险性;并在突出动态应力场模型的基础上建立松动爆破前后安全煤柱厚度、瓦斯压力及应力变化示意图,得出了松动爆破技术在防治煤与瓦斯突出时的可行性、优点及措施;最后提出一些有利于提高松动爆破安全性的建议。     

煤层注水在瓦斯灾害治理中的研究与应用

为消除鹤煤三矿采煤工作面瓦斯突出危险,在已有相关理论研究的基础上,建立了注水情形下煤层破坏的流固耦合瓦斯抽采模型,详细阐述了煤层破坏、自由水运移、瓦斯压力变化三者耦合作用关系,分析了裂隙自由水运移影响下注水钻孔塑性区变化过程。模拟结果表明:外界自由水的注入对煤层破坏效果显著。首先随着自由水的注入,扩大了钻孔塑性破坏区范围,降低了自由水润湿区域内煤层弹性模量等参数,促进了自由水在裂隙内的运移。其次,伴随自由水压力的升高,自由水逐渐进入煤层深部,提高了裂隙空间内自由水饱和度,抑制了煤层内瓦斯解吸、扩散过程,减少了瓦斯的释放。通过现场实践表明,两者变化趋势一致,因此该模型可用于瓦斯灾害治理。     

深孔预裂爆破技术在巷道揭煤中的应用研究

淮南某矿区在巷道掘进揭穿13-1煤过程中,由于13-1煤具有瓦斯突出危险性,很大程度上制约了巷道掘进速度。为了缩短施工周期,快速消除突出危险性,采用深孔预裂爆破技术,分多次爆破,增加岩体-煤体透气性,提高瓦斯抽采量。现场考察了深孔预裂爆破煤层增透后瓦斯抽采纯量较爆破前增大了2倍,提高了煤层瓦斯抽采率,从而使井筒揭13-1煤层工期大大缩短,确保了巷道揭煤安全。     

水力挤出消突技术在水井头煤矿掘巷中的应用

针对水井头煤矿开采煤层具有严重的煤与瓦斯突出危险性,煤巷工作面推进速度缓慢等问题,根据煤层赋存特点,在掘进工作面实施水力挤出消突技术。通过理论研究确定了布孔方式为三花眼布置、注水孔孔深8m、合理封孔深度3m、合理注水压力12～16MPa、注水孔有效影响范围为1．0～1．5m、注水过程需20～40min,注水量4～6m^3。注水后,瓦斯钻屑解吸指标K1值由0．65mL／（g·min^1/2）降至0．22mL／（g·min^1/2）,煤体位移达到60～120mm,卸压带宽度增加了5m,月进尺达到75～90m,掘进速度提高1倍以上。