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。     

近距离保护层开采工作面瓦斯治理技术

对乌兰煤矿保护层开采5767工作面的瓦斯涌出规律进行了研究,针对7号煤层和其下部的8号煤层情况,采用顺层、回风巷大倾角钻孔抽采、地面钻井卸压抽采、采空区埋管抽采和穿层钻孔抽采的立体式瓦斯综合治理方法,并对治理效果进行了考察。结果表明:通过采取立体分源瓦斯治理措施,5767工作面回采时瓦斯浓度超限问题得到了有效解决,工作面风量由之前的1 700m3/min降至700 m3/min,回风流中瓦斯体积分数为0.32%～0.60%,保证了工作面的安全回采。     

顶层回采工作面高位钻孔瓦斯抽采规律研究

河南能化焦煤公司中马村矿为严重煤与瓦斯突出矿井,随着矿井开采水平的延深,煤层瓦斯含量也随之增加,瓦斯问题始终威胁着矿井的安全生产,尤其是顶层回采工作面上隅角瓦斯问题严重制约着工作面的回采安全。通过在工作面回风巷道内施工高位抽采钻孔,对高位钻孔瓦斯抽采浓度和瓦斯流量数据的分析,对比钻孔终孔位置与工作面相对位置变化关系的研究,得出顶层回采工作面采空区瓦斯最佳抽采效果时的高位钻孔施工参数,以工作面回采动压形成的顶板裂隙作为通道对采空区积聚的瓦斯进行抽采,从而降低工作面采空区瓦斯浓度,避免上隅角瓦斯超限,实现矿井安全生产的目的。     

保护层工作面瓦斯综合治理技术

为了解决张集煤矿1122（1）保护层工作面开采时被保护层的大量卸压瓦斯涌入,造成保护层工作面开采过程中回风瓦斯浓度较大的问题,采用顺层钻孔抽采技术,上隅角埋管、插管抽采技术,尾抽巷、高抽巷、底抽巷抽采技术等综合瓦斯治理技术对其进行了治理。结果表明：采用上述瓦斯综合治理技术后,工作面瓦斯抽采率达到87.8%,有效地解决了保护层工作面回采期间的瓦斯问题。     

底板岩巷穿层钻孔一孔多用瓦斯抽采时效性研究

为了提高穿层钻孔的利用率,基于煤岩动力学行为下的采动裂隙场和应力场演化规律,提出全生命周期的底板岩巷穿层钻孔一孔多用瓦斯抽采技术,即按先后顺序实现采前预抽、边采边抽以及采空区瓦斯抽采功能。以古汉山矿1604综采工作面为例,进行现场试验。结果表明:一孔多用试验钻孔的抽采效果具有明显的时变特性,为定性定量分析试验钻孔的抽采时效性规律,根据抽采纯量变化将抽采全生命周期划分为初始预抽增流期、高效预抽期、预抽快速衰减期、高效卸压增流期、低流枯竭期、采后纯量回升期和采后衰减低流期7个阶段;高效预抽期是全生命抽采周期中最关键的阶段,其次为高效卸压增流阶段,平均瓦斯抽采纯量可达到在预抽高效期钻孔平均瓦斯抽采纯量的61.4%;确定前方距离工作面70 m至后方距离工作面40 m范围内为穿层钻孔受采动卸压影响区,工作面超前35~40 m,抽采浓度和纯量最大;在边采边抽阶段,距离采面前方20~70 m的试验钻孔平均抽采纯量比卸压前提高5倍;古汉山矿底板岩巷穿层钻孔采前预抽合理抽采天数为260 d,边采边抽有效抽采期为46 d,采空区瓦斯抽采有效抽采期为26 d。通过一孔多用的底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽采实现了预抽达标和降低工作面瓦斯涌出的目标,具有良好的推广应用价值。     

高瓦斯煤层高位钻孔瓦斯抽采技术试验研究

针对在高瓦斯煤层回采过程中,煤与瓦斯突出综合检测指标经常超限、瓦斯抽采率低等问题,提出了在风巷施工高位钻孔的瓦斯抽采技术,阐述了瓦斯抽采技术的工艺流程和钻孔的布置参数。研究表明:在高瓦斯煤层回采过程中采用高位钻孔的抽采措施,可有效地解决瓦斯抽采率低的问题,降低了回风流中的瓦斯体积分数,提高了瓦斯抽采量和抽采率,减少了向工作面的瓦斯涌出量,保证了工作面的安全回采。     

马池煤矿煤与瓦斯突出危险工作面消突措施及评价分析

 鉴于11041工作面是煤与瓦斯突出危险工作面,在该工作面上采取了顺层钻孔预抽煤层瓦斯的防突措施,吨煤抽放钻孔量为0.16m/t,瓦斯预抽率达34.72％,采前残存瓦斯含量明显低于临界值。采用单项指标法、综合指标法、残余瓦斯含量法、吨煤抽放钻孔量和煤层瓦斯预抽率对该工作面采前突出危险性进行评价,评价结论为无突出危险性,这为该工作面回采过程中制订安全技术措施提供了重要的科学依据。     

1304工作面瓦斯抽采问题分析及技术优化措施

从抽放钻孔长度、钻孔成孔率、封孔质量以及抽采率等方面,分析了1304 T作面瓦斯抽采存在的主要问题,对原抽采工艺进行优化,采用了“风尘分离+泡沫抑尘”联合钻孔施工工艺,“本煤层交叉斜角钻孔+裂隙带高位钻孔”联合瓦斯抽采施工工艺以及PD新材料封孔工艺。优化后工作面及回风隅角瓦斯浓度控制在0.5%以下。     

低透气性煤层水力冲孔和抽采钻孔瓦斯治理模拟研究

为消除平煤十矿己15-16-24100工作面在准备和回采过程中的突出危险,精细化模拟研究了水力冲孔结合抽采钻孔的瓦斯治理过程。分析了瓦斯解吸、渗流及煤岩变形的相互作用,构建了煤层瓦斯运移应力-渗流耦合数学方程,采用有限元软件对其求解,通过数值模拟己15-16-24100工作面顺层钻孔、底板巷穿层钻孔、水力冲孔掩护风巷、机巷和开切眼掘进及本煤层回采全过程,研究瓦斯抽采对降低工作面突出危险性的影响,并结合现场监测结果对抽采效果进行验证。研究结果表明:对己15-16煤层进行“穿层钻孔+顺层钻孔+穿层水力冲孔”综合抽采瓦斯可有效降低己15-16-24100工作面在准备和回采过程中的突出危险。在该设计方案下,己15-16煤层中残存瓦斯压力值降为0.25~0.45 MPa,相应的煤层残存瓦斯含量降为2.8~4.5 m^3/t,均满足平煤十矿煤与瓦斯突出防治规定要求。     

突出危险采煤工作面消突试验研究

为了在煤与瓦斯突出矿井厚煤层开采中应用放顶煤工艺技术,在鹤壁煤业集团公司五矿3302工作面采用了本煤层密集钻孔和穿层孔综合抽放瓦斯的消突技术,吨煤抽放钻孔量达到0.08m以上,采前瓦斯抽排率达到42.9%,采前残存瓦斯含量明显低于矿井始突点煤层瓦斯含量.采用单项指标法、综合指标法和残余瓦斯含量法对采前突出危险性进行评价,评价结论为无突出危险.据此采用放顶煤工艺进行生产,直至工作面回采结束,杜绝了煤与瓦斯突出事故.     

近距离煤层群底抽巷瓦斯抽采实验研究

针对山西焦煤集团屯兰矿近距离煤层群开采过程中,采煤工作面底板瓦斯超限的问题,通过对近距离煤层群采掘工作面底板煤岩增透机理分析及回采工作面邻近层瓦斯涌出量计算,得出18205工作面底板瓦斯涌出量增大原因:18205工作面底板受采动影响,煤岩体形成裂隙带和卸压带,煤岩透气性系数成百倍增加,渗透率增大,为下邻近层瓦斯涌出提供了通道;下邻近层9#煤层瓦斯涌出量占18205工作面瓦斯涌出量的比例高达11.4﹪。结合理论分析、计算及开采条件,进行了底抽巷瓦斯抽采实验研究。结果表明:底板瓦斯浓度由0.46%降至0.1%,瓦斯抽放率提高了17%,矿井通风能力得到了提升。     

初采期密集钻孔代替高抽巷的瓦斯治理技术

为适应工作面初采期间煤层顶板压力逐渐显现、采空区瓦斯涌出不断加剧的变化特征,采用高位密集钻孔代替倾斜高抽巷,工作面通风方式为U+L形,老顶来压时14个钻孔瓦斯抽放纯量19.45m^3/min,取得较好的瓦斯治理效果,解决了倾斜高抽巷坡度大、施工困难的技术问题,为类似工作面瓦斯治理提供有益借鉴。     

Safety analysis of stability of surface gas drainage boreholes above goaf areas

As longwall caving mining method prevails rapidly in China coal mines, amount of gas emission from longwall faces and goaf area increased significantly. Using traditional gas drainage methods, such as drilling upward holes to roof strata in tailgate or drilling inseam and cross-measure boreholes, could not meet methane drainage requirements in a gassy mine. The alternative is to drill boreholes from surface down to the Iongwall goaf area to drain the gas out. As soon as a coal seam is extracted out, the upper rock strata above the goaf start to collapse or become fractured depending upon the rock characteristics and the height above the coal seam. During overlying rock strata being fractured, boreholes in the area may be damaged due to ground movement after the passage of the Iongwall face. The sudden damage of a borehole may cause a Iongwall production halt or even a serious mine accident. A theoretical calculation of the stability of surface boreholes in mining affected area is introduced along with an example of determination of borehole and casing diameters is given for demonstration. By using this method for the drilling design, the damage of surface boreholes caused by excessive mining induced displacement can be effectively reduced if not totally avoided. Borehole and casing diameters as well as characteristics of filling materials can be determined using the proposed method by calculating the horizontal movement and vertical stain at different borehole depths.     

煤层钻孔瓦斯抽采与注水降尘一体化应用

本文应用理论分析、数值模拟和现场试验的方法研究煤层钻孔瓦斯抽采与注水降尘一体化效应,得出在煤层瓦斯压力为0.63MPa,工作面孔隙率0.069,煤层渗透率为1.5×10~(-3)μm~2,在钻孔直径95mm,抽采负压为13kPa时,80m深的瓦斯抽采钻孔有效影响半径为3m,对相同钻孔进行注水降尘48小时后,注水湿润半径为6m。从实际的注水降尘效果可以看出,不同工序下的降尘率均超过了56%,降尘效果明显,实现钻孔"一孔两用"的目标。     

综放工作面瓦斯综合治理技术

为了解决汪家寨煤矿P41102综放工作面回采过程瓦斯超限频繁等问题,通过在本煤层施工顺层钻孔进行瓦斯预抽,有效地降低了工作面回采过程中的瓦斯涌出量。同时,在采空区30 m范围埋设直径250 mm瓦斯抽放管对采空区瓦斯进行抽采,减少回风流的瓦斯浓度,在煤层顶板15m左右布置高位钻孔抽采上邻近卸压层瓦斯,效果明显,瓦斯抽采量达到27.05 m^3/min,瓦斯抽采率达到69.5%,工作面平均月进尺提高30 m以上,生产能力平均提高86 851.6 t/月,杜绝了瓦斯超限,保证了工作面的安全高效生产。     

岩石截流钻孔抽放瓦斯技术的应用

针对近距离煤层群下开采保护层时,瓦斯易从邻近层涌入回采工作面的问题,在试验煤矿采用了岩石截流钻孔抽放瓦斯技术,通过效果考察并将其与邻近层钻孔抽放瓦斯技术进行对比,结果表明:岩石截流钻孔抽放瓦斯技术能有效将上邻近层涌向工作面的部分瓦斯进行拦截,达到了防止工作面回采过程中瓦斯超限的目的。     

高瓦斯超长综放工作面瓦斯治理技术

为了解决工作面煤体瓦斯含量高,影响工作面安全开采的问题,结合高河煤矿E2306工作面地质情况,采用本煤层顺层钻孔对工作面瓦斯进行采前预抽和回采过程中边采边抽,同时配合高位大孔径钻孔和沿空留巷柔模体埋管的方式对采空区瓦斯进行抽采治理。工作面回采过程中,上隅角瓦斯浓度平均值为0.52%,回风顺槽瓦斯平均浓度为0.36%,保证了工作面安全生产。     

突出危险采煤工作面综合防突技术

阳泉煤业集团有限责任公司新景矿3#煤层属于煤与瓦斯突出煤层,采用工作面放震动炮、落煤炮等诱导煤与瓦斯突出措施,既不安全,又严重影响了回采工作面生产效率。通过采用工作面应力衰减段实施浅孔注水水力挤出,以及工作面进风巷打本煤层预抽瓦斯钻孔,在应力峰值段实施瓦斯抽放的综合防突技术,较好地消除了工作面突出危险性,提高了单产,实现了安全回采。     

采动过程中瓦斯抽采流量与煤层支承应力的相关性研究

煤层中的瓦斯流动是一个瓦斯气体运移与煤层固体变形之间相互耦合的复杂过程。以松藻煤电有限责任公司松藻煤矿3211采煤工作面现场试验为基础,通过现场监测工作面采动过程中的煤层支承应力变化和本煤层瓦斯抽采流量变化,对工作面附近煤层支承应力和瓦斯抽采流量之间的相关性进行了研究。研究结果表明：随着采煤工作面的推进,煤层实测支承应力依次经历了低-高-低的过程,可以划分为卸压区、应力集中区和原岩应力区,并在工作面前方15~25 m处达到峰值。在煤层卸压区,煤层内孔隙、裂隙发育贯通,透气性增大,瓦斯抽采流量增大,在煤层支承应力集中区,煤层内裂隙收缩闭合,煤层透气性减小,瓦斯抽采流量也减小,在煤层原岩应力区,煤层透气性变化不大,瓦斯抽采流量趋于稳定。基于工作面煤层支承应力与瓦斯抽采流量的相互关系,以处于原岩应力区的煤层支承应力和瓦斯抽采流量为基准,构建了瓦斯抽采流量的负指数表达式     

突出煤层回采工作面综合消突技术实践

为了快速消除回采工作面区域煤体的突出危险性,同时降低巷道掘进期间回风流中的瓦斯浓度,提出了交叉钻孔与网格钻孔相结合的综合抽采技术措施。在九里山矿16021回采工作面的试验结果表明：在采取综合技术措施后,16021回采工作面突出危险性预测超标率为零,16021运输巷回风流瓦斯体积分数由未实施综合技术措施前的0．8％降至0．4％,与本煤层顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯相比,抽采消突时间能够降低1／3以上,可见交叉钻孔与网格钻孔相结合的综合抽采技术措施是可行的。