高突煤层穿层钻孔“钻-冲-割”耦合卸压技术及应用

为提高高突煤层穿层钻孔的瓦斯抽采效果,针对单一水力化卸压增透技术的局限性,结合水力冲孔与水力割缝的技术优势,提出了穿层钻孔"钻-冲-割"耦合卸压技术,采用数值方法研究了其耦合卸压效应,并在相关矿井进行了现场应用。研究表明:穿层钻孔"钻-冲-割"耦合卸压后,周围煤体受到强烈扰动,卸压范围增加,塑性区增大,瓦斯流动通道增多;现场试验结果显示,采用该技术措施后,预抽单位长度煤巷瓦斯的穿层钻孔数减少了32.5%、钻孔长度减少了42.9%,煤巷掘进速度提高到100 m/月以上。     

考虑卸压和抽采效果的水力冲孔布孔参数优化研究

为了提高水力冲孔技术的消突效果,建立了考虑煤的塑性软化、扩容特性和流变特性的钻孔周围煤体黏弹塑性模型,得到了不同冲煤量钻孔的卸压范围,建立了考虑渗透率动态变化和吸附特征的渗流-应力耦合模型,采用COMSOL软件对建立的耦合模型进行求解,研究了不同冲煤量钻孔的抽放半径,优化了水力冲孔布孔参数。结果表明:在确定水力冲孔布孔参数时,应综合分析水力冲孔的卸压范围和抽放半径,冲煤量为0.5,1.0和1.5 t/m时,卸压范围分别为3.71,4.61和5.8 m,抽放半径分别为3.5,4.3和5.0 m,义安矿平均冲煤量为1.0 t/m,由此确定水力冲孔布孔间距为8.0 m,区域措施效果检验和工作面预测数据表明,确定的布孔参数合理可靠。     

高突煤层穿层钻孔“钻—冲—割”耦合卸压技术及应用

为了对高突煤层穿层钻孔的瓦斯的抽采效果进行提高,针对于单一水力卸压的增透技术局限性并结合水力冲孔以及水力割缝等技术的优势,研究提出了"钻—冲—割"的耦合卸压技术并进行现场应用。结果表明,穿层钻孔在通过"钻—冲—割"耦合卸压之后,周围的煤体均受强烈的扰动,同时卸压的范围、塑性区扩大,瓦斯的流动通道均增多;应用该卸压技术措施之后,预抽单位长度的煤巷瓦斯穿层钻孔数减少30.9%,同时钻孔的长度减少40.7%,且煤巷的掘进速度达到了100m/月。     

顺层钻孔分段复合水力化增透技术应用研究

水力化增透技术是低渗煤层瓦斯强化抽采的重要手段,在分析水力割缝技术高压水喷射作用及水力压裂技术高压水压入作用特点的基础上,以增大钻孔卸压范围、联通孔周裂隙网络、提高瓦斯抽采效果为目的,提出顺层钻孔分段复合水力化增透技术,并在霍尔辛赫煤矿进行了现场试验。结果表明:在实施顺层钻孔分段复合水力化增透技术后,钻孔孔径提高3～4倍,卸压范围显著增大;单孔日抽采瓦斯纯量较对比钻孔提升幅度明显,抽采初期提高3～4倍;单孔抽采出现大幅度衰减迹象由10d提高到20d,抽采30d单孔累积抽量提高4～6倍;抽采30d单孔瓦斯抽采率提高3～5倍,增大了钻孔抽采有效控制范围。     

超高压水力割缝卸压抽采区域防突技术应用研究

为了有效解决丁集矿高地应力、低透气性突出煤层煤巷条带瓦斯区域预抽效率低、预抽达标后区域验证指标仍超标的问题,在该矿1351(1)运输巷煤巷条带穿层预抽钻孔进行了超高压水力割缝卸压增透技术应用研究,利用水力割缝卸压增透原理确定了超高压水力割缝设备组成,选型配套了超高压清水泵、超高压软管、超高压旋转水尾、水力割缝钻杆、高低压转换割缝器、钻头和超高压远程操作台等超高压水力割缝设备,考察了相同孔径未割缝钻孔、割缝钻孔瓦斯涌出量及割缝钻孔瓦斯抽采量,理论研究了百米煤孔初始瓦斯涌出量、瓦斯涌出衰减系数及不同预抽时间、预抽率条件下的有效抽采半径,现场检验了顺层钻孔预抽措施单元、穿层钻孔水力冲孔措施单元、穿层钻孔水力割缝措施单元的预抽瓦斯区域防突措施效果,统计了不同措施预抽单元局部补充措施执行情况、局部措施效果,分析评价了超高压水力割缝卸压增透效果。结果表明:针对丁集矿11-2煤层工程条件选型配套的超高压水力割缝设备参数是合理的,在1351(1)运输巷煤巷对11-2煤层条带进行穿层钻孔超高压水力割缝措施卸压增透效果显著,与未增透措施相比,煤层透气性系数提高了25.9倍、113 mm孔径的穿层钻孔百米煤孔初始瓦斯涌出量提高了5.5倍、瓦斯涌出衰减系数降低了73.4%、预抽15 d和30 d达35%预抽率的钻孔间距提高了84.3%和53.0%,与穿层钻孔水力冲孔相比,煤巷条带防突局部补充措施工程量降低了50.0%、煤巷平均掘进速度增加了1倍。     

穿层钻孔煤层段变孔径掏穴卸压增透强化抽采瓦斯技术

为提高预抽煤层瓦斯消突效果,文章提出了一种变孔径的钻孔卸压增透技术,并在下山揭煤钻孔中进行了试验研究。通过对已施工好的下向穿层钻孔实施掏穴扩孔后,实际钻进出煤量相应增加,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,值得在低透气性高瓦斯突出煤层消突实践中推广应用。     

穿层钻孔煤层段变孔径掏穴卸压增透强化抽采瓦斯技术研究

 摘要：为提高预抽煤层瓦斯消突效果,本文提出了一种变孔径的钻孔卸压增透技术,并在下山揭煤钻孔中进行了试验研究。通过对已施工好的下向穿层钻孔实施陶穴扩孔后,实际钻进出煤量相应增加,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。掏穴钻孔与考察钻孔抽采瓦斯情况相比,具有显示流量抽采时间长、抽采浓度高和抽采瓦斯量大的特点。穿层钻孔煤层段变孔径掏穴扩孔卸压增透强化抽采瓦斯技术具有易操作简单、成本低和提高抽采效果显著等优点,值得在低透气性高瓦斯突出煤层消突实践中推广应用,为高突煤层预抽消突提供了一种行之有效的方法。     

综合水力化增透措施在豫西“三软”煤层的工程应用探讨

针对豫西"三软"煤层水力冲孔增透后瓦斯抽放浓度及流量衰减快的问题,采用水力压裂、水力扩孔综合增透措施,通过瓦斯涌出量、作用半径、抽采量对比,研究了综合水力化措施的应用效果。结果表明,综合水力化措施能有效解决防突、增加煤层透气性及煤层瓦斯涌出量,水力压裂半径达到20.0～25.0m,水力扩孔影响半径达到6m以上;水力扩孔后钻孔抽采浓度较普通钻孔增加4～7倍,流量衰减延长3～5倍。     

考虑流变特性的水力冲孔孔径变化规律及防堵孔技术

通过分析水力冲孔周围煤体的受力特征,建立了考虑煤的塑性软化和扩容特性的水力冲孔周围煤体黏弹塑性模型,分析了水力冲孔的卸压增透效果和孔径变化规律,制定了防止钻孔堵塞和注气驱替技术。研究结果表明：① 水力冲孔措施可以大幅度提高周围煤体的渗透率,冲煤量越多,水力冲孔的卸压范围越大,煤体的渗透率提高的幅度越大;② 由于煤的流变特性水力冲孔钻孔会产生缩孔现象,地应力越大,煤体强度越低,钻孔周围煤体的蠕变变形越剧烈,钻孔就越容易被堵塞,一旦抽采通道被堵塞,瓦斯抽采效果就会大幅度的降低;③ 采用下套管防堵孔技术,人工保留一条抽采通道,可长时间抽取高浓度瓦斯,抽采效果提高了2.7倍;④ 注气驱替与水力冲孔技术结合,单孔抽采纯量增加了8.1倍,可有效的提高瓦斯抽采效果。     

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。     

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。     

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。     

淹没射流旋转割缝技术在突出煤层掘进中的应用

针对突出煤层中现有防突措施耗时长,不能满足煤巷掘进需要的问题,提出利用淹没射流在煤层中旋转割缝,大幅增加围岩卸压区长度,改变煤体结构（包括孔隙裂隙结构和应力状态）,缩短防突措施时间,从而提高煤巷掘进速度。研究了淹没射流旋转割缝的卸压增透机理;理论推导出影响射流旋转割缝性能的水力参数;计算出适用于煤巷掘进的射流压力和喷嘴直径数值范围;并通过室内试验确定了煤层普氏系数0.8时的喷嘴最优转速。在平煤集团某矿回风巷掘进面现场试验结果表明,淹没射流旋转割缝技术有效影响半径是单一超前钻孔的2.5倍;钻孔数量较之减少70%,月进尺增加83%,显著提高了工效。     

区域瓦斯综合防突技术在九里山矿的应用

 九里山矿二1煤层属于严重的煤与瓦斯突出煤层,采用常规的区域瓦斯防治措施,严重影响了掘进工作面的生产效率,通过采用沿空留巷增加区域顺层长钻孔的预抽期,结合掘进过程中的水力掏槽措施的综合防突技术,消除了掘进工作面的突出危险性,实现了煤巷安全快速掘进。     

水力冲孔技术在松软低透突出煤层中的应用

针对嘉禾县罗卜安煤矿煤层松软低透气性的现状,选择了水力冲孔增透措施,介绍了水力冲孔增透机理及基本工艺流程,研究了水力冲孔在松软低透突出煤层区域抽放消突措施中的应用效果。研究表明,水力冲孔在松软低透突出煤层区域抽放消突措施中应用效果显著,单孔冲出煤体7t,冲出瓦斯558．3m^3,抽放钻孔等效孔径提高13．38倍,钻孔抽放有效影响半径提高2～3倍,单孔瓦斯预抽浓度提高4～5倍,抽放衰减周期提高3倍以上。     

基于水力压裂增透的多煤层瓦斯隧道快速揭煤防突技术研究

为实现瓦斯隧道安全快速有效地揭煤,以正习高速公路天城坝隧道揭煤工程为背景,分析了水力压裂大范围增加煤层透气性原理与增透效果影响因素,基于水力压裂增透技术建立了多煤层瓦斯隧道揭煤防突技术体系,探讨了以超前探测、初探、精探、区域瓦斯防突及检验、工作面防突及检验、验证揭煤等为核心的揭煤防突流程,优化了瓦斯隧道水力压裂防突技术中压裂钻孔布置、压裂工艺、封孔工艺、破裂压力及用水量、抽采钻孔布置等关键工艺参数。C6—C8煤层原始瓦斯压力（1.62~4.12 MPa）、瓦斯放散初速度（18.2~34.0）、煤体坚固性系数（普遍小于0.5）和破坏类型（Ⅲ类）等指标综合表明C6—C8煤层具有突出危险性。对C6煤层进行水力压裂增透后,煤层平均单孔瓦斯抽采纯量0.009 m³/min,抽采浓度在60%以上,抽采30 d后煤层残余瓦斯含量和瓦斯压力分别降为2.91~5.29 m³/t和0.26~0.61 MPa,缩短揭煤时间2个月。研究结果表明,水力压裂技术能有效改善瓦斯隧道揭煤防突效果,为安全快速揭煤工作提供安全保障,对类似隧道揭煤施工具有借鉴意义。     

水力冲孔快速消突技术的研究与应用

为提高石门揭煤和煤巷快速掘进速度,基于高压水射流破煤原理,研究了水力冲孔卸压增透的防突机理,通过理论分析、实验室研发及工业试验相结合的方法,阐述了水力冲孔的工艺流程及主要设备研发情况,并结合淮南矿区的实际条件,确定了水力冲孔的最佳破煤水压为煤的普氏系数的12~20倍。研究结果表明,在强突出煤层实施水力冲孔技术措施后,煤的弹性潜能得到释放,瓦斯压力梯度降低,有效消除了激发突出的应力,煤层的透气性增强,石门揭煤速度提高4倍,对比不同的防突措施,水力冲孔后煤巷掘进速度提高为原来的3~5倍,是中高压注水的3.3倍、是排放钻孔的2倍。     

芦岭煤矿8~#煤顶分层Ⅱ884-1掘进工作面局部防突措施参数考察

根据矿井瓦斯地质条件及采掘技术特点,考察了芦岭矿8#煤顶分层Ⅱ884-1掘进面的局部防突合理化参数。通过钻孔流量法和防突效果检验法,确定出煤巷掘进直径75 mm的超前排放钻孔有效影响半径为1.2 m。通过改进巷帮钻场及钻孔的相关参数,提高了掘进速度,掘进过程均未出现瓦斯浓度超限及突出情况,说明该煤巷局部防突技术措施取得了很好的效果,实现了突出煤巷安全快速掘进。     

爆破增注对煤层注水防突效果影响试验研究

云盖山煤矿为煤与瓦斯突出矿井,为探寻更为高效、经济的区域消突措施,设计在1232回风巷掘进期间采用注水防突技术,通过现场试验得到,钻孔松动爆破的有效半径为7m,爆破钻孔注水量为直接注水钻孔的35倍以上,爆破区煤层内含水率明显增大,爆破增注区域的瓦斯放散初速度(q值)和钻屑量(s值)明显减小,证实了爆破增注技术对防治瓦斯突出有显著效果,可采用该技术进行区域瓦斯消突。     

豫西三软煤层区域快速消突技术研究

为了解决三软煤层掘进工作面区域快速消突过程中存在的问题，通过现场观测、理论分析和模拟计算等方法，查明了高压水射流卸煤增透施工过程中煤与瓦斯喷出的主要原因，是卸煤所引起的水平应力集中；区域验证指标超限主要原因是钻孔密度小、瓦斯抽放量少。在选择合理参数基础上，采用水力压裂和钻孔加密的方法，现场应用中效果显著，有效减轻了高压水射流卸煤期间的煤与瓦斯喷出，掘进速度提高了72%左右。实践证明，穿层孔抽放结合水力压裂和高压水射流卸煤增透，可实现煤与瓦斯突出掘进工作面的快速消突。