含水钻孔瓦斯压力测定新技术及其应用

针对复杂地质条件下煤层瓦斯压力难以准确测定的问题,对单管测压过程中钻孔的含水情况进行分析。在钻孔呈充水状态或出现塌孔时,采用剔除水压的测压方式难以准确测定瓦斯压力。基于此,设计出"高低位双测压管测压技术"及采用"两堵一注"的快速封孔方式,并在常村煤矿进行现场试验,经过现场试验结果可知:该技术可有效控制和降低封孔后孔内通过导水裂隙或水泥砂浆浆液析出积水对压力测定的影响,可以准确测定煤层瓦斯压力值。     

主动式煤层瓦斯压力测定技术改进

为了准确测定煤层真实的瓦斯压力,对主动式煤层瓦斯压力测定技术进行了改进,由过去测压钻孔一次成孔改为注浆后二次成孔。现场应用表明,测压钻孔二次成孔技术提高了测压结果的准确性和可靠性,缩短了测定时间,为煤层瓦斯压力的快速准确测定提供了良好的技术支持。     

基于上行含水钻孔双测压管的瓦斯压力测定试验

针对复杂地质条件下煤层瓦斯压力难以准确测定的问题，采用高低位双测压管测压技术及“两堵一注”快速封孔方式，并在白坪煤矿进行现场试验。试验结果表明，可有效控制和降低封孔后孔内通过导水裂隙或水泥砂浆浆液析出积水对压力测定的影响，准确测定煤层瓦斯压力值，为瓦斯突出危险性预判提供有效途径。     

长距离下向测压钻孔排水与封孔技术改进

煤层瓦斯压力是反映煤层突出危险性的重要指标,准确的测定煤层的瓦斯压力对预测煤层的煤与瓦斯突出危险性、制定合理的瓦斯治理措施有着重要意义。在富水围岩条件下,采用长距离下向穿层钻孔封孔测压时,由于钻孔中的积水难以排除干净,影响封孔测压工作,难以保证所测瓦斯压力的准确性。针对此问题,根据水泥浆特性,改进原排水与注浆封孔技术,并通过在贵州某煤矿的现场实践,证明此方法的可行性。     

主动测压技术在沿沟煤矿的适用性研究

针对沿沟煤矿采用被动测压技术无法准确测出煤层瓦斯压力的难题,采用直接法与间接法相结合的方式测定瓦斯压力,引用主动测压技术,选用N2作为补偿气体,对沿沟煤矿1~#、7~#煤层进行压力测定。现场实践表明,选用N_2作为补偿气体的主动测压技术,能快速准确地测定沿沟煤矿煤层原始瓦斯压力。     

定向长钻孔瓦斯压力直接测定装置研究与应用

准确测定煤层瓦斯压力,是煤矿制订防治瓦斯措施的依据。对于瓦斯含量整体偏小、局部富集的煤层,采取在煤层底板施工巷道布置穿层钻孔测压的方法,巷道施工费用高、时间长。针对该问题,研制了长钻孔定点密封测压装置,提出了利用定向钻机在煤层施工定向多分支长钻孔,在分支孔内安装密封测压装置进行定点测压的方法,并在陈四楼煤矿开展现场工程试验,测定300 m定向多分支钻孔不同位置的瓦斯压力。结果表明,研制的测压装置结构合理、自动化程度高、性能可靠,利用本装置测定的瓦斯压力与底板巷道同一位置穿层钻孔的测定值相吻合,更接近煤层瓦斯压力实际值,为区域预测煤与瓦斯突出危险性提供了科学、准确的基础资料。     

新型煤层瓦斯压力测定封孔技术

煤层原始瓦斯压力的准确测定关系着矿井的安全生产,而测压钻孔的封孔技术是影响煤层原始瓦斯压力测定的重要因素。通过分析现有煤层瓦斯压力测定封孔技术的主要优缺点和适用条件,设计出一种新型煤层瓦斯压力测定封孔装置,包括封孔装置结构,封孔材料和封孔原理,确定了封孔装置的带压封孔工艺。现场工业性试验表明,与水泥砂浆封孔对比,设计的封孔装置封孔测压密封性好,测压成功率高,应用范围广。     

穿含水层下向钻孔瓦斯压力测定技术研究

针对赵庄煤矿8-1煤层下向瓦斯测压钻孔穿越2层灰岩含水层时,围岩松软、易破碎、易垮落,难以成孔,真实煤层瓦斯压力难以测定,通过分析穿含水层钻孔各封孔方法的适用条件,结合赵庄煤矿实际地质条件,在同一测压地点布置2个测压钻孔,1号钻孔采用全孔注浆-二次扫孔-注浆封孔方法进行封孔测压,结果未能成功堵水,测得水压0.98 MPa;2号钻孔采用双套管带压注浆封孔方法进行封孔测压,经试验,该方法较好地封堵了含水层裂隙、支固松软围岩,准确测得8-1煤层原始瓦斯压力为0.40 MPa.     

钻孔参数对瓦斯压力测定时间的影响分析

为了能缩短现场瓦斯压力测定时间,探讨了被动式测压方法,从理论上分析了测压钻孔半径与入煤深度对瓦斯压力测定所需时间的影响,并建立计算模型,推导出了瓦斯压力测定稳定时间的计算公式,结果表明:煤层瓦斯压力测定稳定时间与测压钻孔半径的4/3次方成正比,与测压钻孔入煤深度的2/3次方成正比。现场试验表明:在相同的钻孔暴露时间下,钻孔半径与入煤深度越小,瓦斯压力测定时间越少,且瓦斯压力测定结果越大。同时也表明了理论公式的可行性,这为煤层瓦斯压力的快速测定提供了重要的参考依据。     

上向钻孔直接测定瓦斯压力新技术研究及应用

针对当前瓦斯压力测定技术存在的问题,提出了水—套管带压封孔测压技术,介绍了该技术的原理及工艺,在丁集煤矿13-1#煤层瓦斯压力测定中进行了应用,为了检验水—套管带压封孔技术测定煤层瓦斯压力的准确性,利用煤层瓦斯压力间接计算法计算出煤层瓦斯压力与测值对比,结果表明,瓦斯压力间接计算法求得煤层瓦斯压力在1.42～1.45 MPa之间,其数据与1#、2#钻孔现场测压值1.41～1.43MPa基本吻合.     

复杂条件下瓦斯原始压力测定方法的研究与应用

矿井深部地质条件非常复杂,在煤层瓦斯压力的测定过程中经常遇到裂隙水影响瓦斯原始压力测定结果的情况,尤其在复合煤层及煤层群中测定瓦斯压力更是困难重重。平煤十矿对己_15-16煤层瓦斯测定方法及测定结果表明,利用钢管固孔—高压注浆—胶囊黏液封孔等组合工艺能够准确测得矿井深部复杂地质条件复合煤层原始瓦斯压力。     

突出煤层卸压增透后封孔技术研究与应用

为了解决突出煤层水力化卸压增透后，普遍存在瓦斯抽放钻孔塌孔严重、钻孔封堵难度系数大、抽采出的瓦斯浓度低、抽采衰减速度快、抽采钻孔经常出现一氧化碳等问题，传统的封孔工艺不能有效解决煤层中的裂隙对瓦斯抽采钻孔的影响，通过对高应力突出松软煤层封孔技术的研究，制定了八矿高应力松软煤层封孔工艺，提出了反压注浆封孔工艺方法。降低了瓦斯抽放钻孔漏气率、增强钻孔密封性、提高抽采浓度、消除钻孔自燃隐患，实现了瓦斯抽采最大化。     

高压水射流环切割缝自卸压机制与应用

为解决深部矿井低透气性煤层瓦斯抽采难题,针对穿层钻孔提出了高压水射流环切割缝煤层自卸压增透技术。通过瓦斯流动理论分析普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动模式,分别建立了普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动微分方程,获得了高压水射流环切割缝自卸压技术改善煤层瓦斯流动机制;采用FLAC3D软件建模分析高压水射流割缝后钻孔周边煤体应力演化规律,基于煤体卸压程度及塑性区分布特征,确定了穿层钻孔合理化割缝参数;通过底板穿层钻孔高压水射流环切割缝技术现场考察,环切割缝后煤层变形量达到0.136%,煤层透气性系数较原始状态提高了42倍,瓦斯抽采纯量相较普通钻孔提高3.44~5.32倍,同等条件下煤层抽采半径提高了1倍以上。理论研究与现场试验均表明,采用高压水射流切割在煤层内部形成环形缝槽,能有效改善钻孔煤体应力状态,增加煤层渗透性,提高瓦斯抽采效率。     

三软难抽煤层瓦斯抽采浓度偏低的影响因素研究

杨河煤业主采的二叠系山西组二₁煤层为全层构造煤发育,煤层渗透率低,属较难抽采煤层,普遍瓦斯抽采浓度偏低,抽采水平低下。通过对煤层结构、瓦斯赋存、封孔工艺的分析,找出三软难抽煤层瓦斯抽采浓度偏低的根本原因。采用瓦斯抽采工艺流程分源剖析法,对钻孔成孔质量、封孔质量、护孔筛管深度、抽采负压、抽采系统积水、抽采参数测试误差、抽采系统气密性等各项影响因素深入研究。分析得出煤层结构及瓦斯赋存条件对抽采系统瓦斯抽采浓度起着决定性作用,钻孔成孔质量、封孔质量对抽采浓度的影响起着关键的作用。分项剖析瓦斯抽采工艺流程的影响因素能够有效掌握影响抽采浓度的关键环节,使瓦斯抽采工作找到侧重点。     

复杂含水地层精准测压技术

针对煤岩层含水、渗水等地质条件下真实瓦斯压力测定困难的现状,分析测压钻孔出水位置及出水量,对传统测压钻孔施工工艺进行优化,经过现场多次测试,逐步形成了具有杨柳煤矿特色的复杂地质条件下“五步走”精准测压法,实现了煤层原始瓦斯压力精准测定。     

基于COMSOL钻孔有效抽采半径测定的数值模拟研究

为了准确测定霍尔辛赫煤矿3308工作面煤层钻孔有效抽采半径，合理布置钻孔间距，结合现场实测的煤层瓦斯压力和渗透率等参数，运用COMSOL-Multiphysics仿真软件对3308工作面钻孔的瓦斯涌出规律和有效抽采半径进行了模拟分析，并进行了现场实测验证。结果表明:有效抽采半径随着抽采时间的推进不断增大并最终趋于恒定值，整体呈正指数函数关系；瓦斯预抽率随着与钻孔距离的增加而不断减小并最终趋于恒定值，整体呈负指数函数关系；数值模拟和现场实测结果较为一致，钻孔有效抽采半径略大于1.5 m，现场每间隔3.0 m布置1个钻孔可大大提高煤层瓦斯抽采效果。     

水力冲孔技术在瓦斯抽采中的应用

为推进水力冲孔卸压增透技术的推广应用,增加煤层透气性,提高矿井瓦斯抽采效率,在陈四楼煤矿开展水力冲孔卸压增透技术试验,考察该技术的作业工效和增透效果,数据分析结果表明:试验区煤层地质条件下,冲孔水压为8~10 MPa时,每米煤孔冲煤1.4 t所需的时间约为25.3 min,水力冲孔后钻孔两个月内的平均抽采浓度提高了3倍,平均单孔抽采纯量提升了2倍左右,卸压增透效果显著,为矿井瓦斯治理技术水平的提升提供支撑。     

低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术及应用

低煤阶煤层气资源受到了越来越多的关注,有望成为新的研究热点和煤层气勘探开发新领域。基于神东煤炭集团保德煤矿主采的8号煤层属典型的结构复杂低阶厚煤层的特点,开展了低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术的研究。通过对矿井原有封孔工艺的改进,应用煤矿井下钻孔抽采瓦斯效果预测平台,优化8号煤层回采工作面瓦斯预抽钻孔的布孔工艺,进一步应用井下双向立体交错钻孔联合抽采瓦斯工艺实施回采前的工作面瓦斯治理,使之形成立体分层抽采瓦斯的格局。工程应用结果表明,应用低阶厚煤层立体抽采瓦斯技术可有效降低煤层瓦斯含量,使工作面实现回采前的瓦斯抽采达标。试验期间,累计抽采瓦斯量1 651.93万m³,瓦斯的预抽率达58.96%。     

矿井随钻三维轨迹监测技术研究

煤矿井下钻孔施工中，在缺少控制钻孔轨迹偏移测量技术的情况下，施工钻孔轨迹与钻孔设计轨迹偏差较大，无法满足煤矿瓦斯抽采的设计需求。分析了随钻钻孔三维轨迹测量技术，通过对随钻三维轨迹测量技术的研究，精确控制瓦斯钻孔轨迹，解决瓦斯突出煤层快速掘进及安全高效回采问题。钻孔随钻三维轨迹测量技术是通过对钻机开孔角度的精确测量和对钻孔轨迹的精确测量，使用三维轨迹成图方法显示。大量的数据采集与施工验证表明，该方法成为预抽钻孔煤层保安全、促生产过程中的重要环节，能够避免钻孔设计及施工的盲目性，提高了抽采钻孔的利用率及施工速度。     

高瓦斯深井开采保护层安全快速精准揭煤技术研究与应用

针对深部煤层透气性低、瓦斯含量大、瓦斯压力大、突出危险性高,低透气性煤层石门揭煤防突使用常规预抽方法存在钻孔多、效果差和周期长,石门揭穿突出煤层的掘进速度和安全威胁严重制约矿井的采掘接替和安全生产的问题,平煤股份十二矿提出了开采保护层安全快速精准石门揭煤技术,研究开采无突出危险的极薄煤层作为保护层,实现多煤层开采的区域消突,布置揭煤巷快速揭煤,边探边掘、超前探测、边测边掘、卸压控制,快速达到安全控制距离,采用远距离爆破一次安全精准揭煤。经试验成功达到揭煤周期短安全快速揭煤的目的。此项技术的研究和应用,消除了石门揭煤过程中瓦斯突出的安全危险。不仅为平顶山矿区深部煤炭开采提供了技术支撑,而且也适用于国内外深部煤炭开采矿井。