瓦斯抽采高位钻孔参数优化研究

 为研究开滦矿区高位钻孔瓦斯抽采技术,论文对国内外高位钻孔抽放手段现状进行了分析,并以此在开滦矿区选取工作面进行了高位钻孔抽采的实践工作,研究了抽放前后工作面关键地点的瓦斯浓度变化,验证了高位钻孔的可行性,最后优化了终孔点高度、超前抽放平距、钻场间距等关键参数。研究结果表明高位钻孔参数的优化能有效防止工作面瓦斯超限。研究结果对改进开滦矿区瓦斯抽采技术,提高瓦斯抽采率方面具有十分重要的意义。     

工作面高位钻孔瓦斯抽放参数及设备选型

为防止钱家营矿2074E工作面采空区瓦斯向工作面大量涌出造成工作面瓦斯浓度超限,对采空区实施高位钻孔抽放瓦斯。依据高位钻孔设计理论和以往抽放经验,进行抽放钻孔参数设计和抽放设备选型。采空区经高位钻孔抽放瓦斯后,工作面瓦斯浓度下降到0.3%以下,解决了工作面瓦斯浓度超限的问题。     

大直径高位钻孔瓦斯抽放技术在特厚煤层矿区的应用

针对郭家河煤矿1303工作面瓦斯涌出量大、上隅角及回风流瓦斯超限的问题,通过对高位钻孔瓦斯抽放原理及参数进行分析计算,并结合工作面生产情况,应用实践了常规高位钻孔及大直径高位钻孔瓦斯抽放技术。实践结果表明,大直径高位钻孔抽放效果远胜于常规高位钻孔,并有效地解决了瓦斯超限问题,改善了工作面的安全生产状况。     

走向高位钻孔抽放采空区瓦斯试验研究

本文对沁和能源集团永安煤矿215综放工作面采用走向高位钻孔抽放采空区瓦斯进行试验研究,对215工作面高位钻孔布置进行了分析,阐述了钻孔施工工艺。对1号、2号钻场瓦斯抽放量进行实测,指出了瓦斯浓度不高、瓦斯抽放量不大的问题,分析了抽放效果欠佳的原因,为下一步改进高位钻孔抽放工艺和提高抽放效果提供了依据。     

高透气性煤层瓦斯治理方法初探

以大同煤矿集团公司塔山煤矿8103综放工作面为例,介绍了大产量、低瓦斯含量、高透气性煤层的瓦斯治理经验。通过对煤层初始瓦斯涌出量和衰减系数的测定,计算找出利用本煤层顺层钻孔抽放的不合理性;并通过实测高位钻孔抽放所得数据,论证了钻孔抽放不能解决塔山煤矿瓦斯超限问题;最后通过实践,认为大流量半封闭采空区抽放适合解决大产量、低瓦斯含量、高透气性煤层综放工作面的瓦斯问题。     

大采高跨上山综采工作面瓦斯综合治理技术

针对任楼煤矿Ⅱ7214、7258综采面实际情况,通过分析工作面的瓦斯主要涌出来源及涌出量,结合任楼煤矿Ⅱ1、中五采区通风系统及瓦斯抽放系统现状,因地制宜的制定合理瓦斯综合治理方案。采用底板穿层钻孔与工作面顺层钻孔卸压抽放、高位走向钻孔抽放、上隅角站管抽放、优化抽放、通风系统等瓦斯治理技术;根据瓦斯来源不同,抽放浓度、流量差异较大,采取高浓低流、低浓高流分源抽放,取得了很好的治理效果,真正的实现了综采面的高产高效。     

许疃煤矿大采高综放工作面瓦斯治理技术

许疃煤矿针对大采高综放工作面瓦斯治理问题,采用了工作面顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、顶板高位上向穿层钻孔抽采大采高工作面上邻近层瓦斯、顶板高位走向钻孔抽采本煤层同时拦截抽采上邻近层卸压瓦斯的综合瓦斯抽采技术。针对大采高综放工作面顶板高位走向钻孔布置层位的选择,通过相似模拟试验、关键层理论分析和UDEC软件模拟研究许疃煤矿大采高工作面顶板冒落规律,寻找大采高采场上覆岩层中裂隙位置和顶板瓦斯富集区;以此确定顶板高位钻孔的相关抽放工艺参数,为大采高工作面采空区高位瓦斯抽放钻孔的设计提供了理论依据。同时为大采高工作面上邻近层卸压瓦斯抽采钻孔的设计提供了理论指导。     

大气压条件下综放工作面瓦斯治理技术研究

为满足榆树岭煤矿综放工作面瓦斯防治需求，通过对大气压力监测，并根据工作面实际情况采用高位钻孔交替抽放采空区顶部瓦斯，使瓦斯抽采纯量在290.5～1 562.3 m³/min之间，单孔瓦斯抽采流量在0.29～0.94m³/min之间，有效控制了综放工作面的瓦斯异常涌出问题。     

朱庄煤矿高位钻孔瓦斯抽放技术的应用

为了减少煤矿瓦斯灾害、保证高位钻孔瓦斯抽放技术的有效实施,通过对朱庄煤矿4煤上覆岩层移动的"三带"分析和研究,确定了4煤顶板走向高位钻孔裂隙带高度,提出了合理的布置钻场钻孔设计参数,将基于这些参数的高位钻孔瓦斯抽放技术应用于朱庄煤矿Ⅲ4414综采工作面,Ⅲ4414工作面高位钻孔瓦斯抽放率与相邻工作面相比,提高了近2倍,由于提高了工作面上隅角的瓦斯抽放率,降低了工作面的瓦斯涌出量,工作面回采期间未出现瓦斯浓度超限现象,改善了工作面的安全生产状况.     

测斜仪对顶板高位瓦斯抽放钻孔参数的优化

采用U型通风方式,综采工作面上隅角是最容易形成瓦斯积聚的地点,实施顶板高位钻孔抽放是解决上隅角瓦斯的有效方法,为进一步提高顶板高位抽放钻孔的抽放效果,在古书院煤矿94302综采工作面利用YHQ-X型测斜仪对高位钻孔的成孔轨迹进行了准确测量,并对高位钻孔的设计参数进行了优化,有效提高了高位钻孔的抽放效果,实现了9#煤综采工作面的安全高效开采。     

大直径高位钻孔代替高抽巷抽采瓦斯的研究

针对高抽巷施工工程量大、投入大的问题,在沙曲矿24207综采工作面进行了大直径高位钻孔替代高抽巷的试验,对二者的抽采效果进行了对比分析。高位钻孔抽采瓦斯效果达到了高抽巷抽采瓦斯的效果,且高位钻孔呈扇形布置,能扩大抽采范围,延长瓦斯抽采服务时间,提高瓦斯抽采率,将工作面回风瓦斯体积分数控制在0. 33%左右。应用结果表明用大直径高位钻孔代替高抽巷进行瓦斯抽采是可行的。     

大直径水平长钻孔瓦斯抽放技术在千秋煤矿的应用

介绍了千秋煤矿21121综放工作面利用大直径水平长钻孔抽放瓦斯的技术方法和效果。比较了高位钻场岩石钻孔抽放与低位钻场高位钻孔抽放的优缺点,得出了采用高位钻场大直径水平长钻孔瓦斯抽放技术具有抽放流量大,钻孔利用率高,抽放效果稳定等优点。     

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。     

漳村煤矿高位钻孔布置参数优化

为提高高位钻孔的抽放效果,利用浓度法对漳村煤矿的裂隙带高度进行了现场考察,并根据考察结果对高位钻孔的布置参数进行了优化,并将优化后高位钻孔抽采技术应用于2203工作面。抽采结果表明,优化后高位钻孔抽放措施有效地解决了上隅角瓦斯超限问题。     

矿井高位钻孔偏斜特征及其对抽采效果影响的研究

为研究高位钻孔偏斜对抽采效果的影响,利用钻孔轨迹测量仪对现场高位钻孔实际施工轨迹进行测定并分析其偏斜特征。根据偏孔位置将钻孔分为上偏轨迹钻孔、有效轨迹钻孔、下偏轨迹钻孔、偏向采空区钻孔4类,并分析了各类钻孔抽采效果及特征。结果表明:高位钻孔偏斜严重,有效钻孔数量较少,偏向采空区钻孔所占比例最高;采动影响所形成的裂隙为造成高位钻孔偏斜的主要因素;4类偏斜钻孔抽采效果具有显著规律性及差异性,为高位钻孔优化设计提供了依据;有效轨迹钻孔抽采量最高,约为上偏轨迹钻孔的1.3倍,为下偏轨迹钻孔的2.9倍,为偏向采空区钻孔的4倍,其中偏向采空区钻孔抽采量最小且为无意义抽采。     

瓦斯抽采技术在唐山矿的研究应用

介绍了地面钻孔、采空区调压抽放、高位钻孔瓦斯抽放等抽采工艺在唐山矿的生产应用情况,得出了不同的治理方法的适用条件,认为矿井煤层埋藏浅的煤矿比较适宜地面抽采,抽出的高浓度瓦斯作为清洁能源一般可以直接加以利用;利用调压控制采空区瓦斯流向后实施抽采,可对老矿井采空区内赋存瓦斯进行治理;高位孔的封孔质量、叠加距离均影响瓦斯抽放效果.应针对不同煤层顶板岩性特征,摸索出适合的钻孔参数.     

基于COMSOL Multiphysics模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究

为考察坪上煤业主采3号煤层的合理抽采钻孔间距,利用瓦斯在煤层中的运移和渗流规律,结合实测煤的参数条件,在相同的抽放负压、抽放时间等影响条件下,运用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了不同钻孔间距时所抽煤层在抽采时间为400 d时钻孔影响范围内煤体瓦斯含量变化规律,得出了满足抽采时间条件下的合理钻孔间距为5 m。结合矿井2305（上）回采面巷道内开展了不同钻孔间距实测,在相同的瓦斯地质参数及抽采系统条件下,连续抽采且观测时间达到400 d时各钻孔的瓦斯抽采纯量和钻孔浓度变化。确定了在抽采时间达到400 d时,抽采钻孔间距为5 m时的钻孔瓦斯浓度为35%、流量为0.04 m3/min,受抽采系统影响明显;而间距在6 m的钻孔的流量和浓度仍保持自然衰减特征。模拟和现场实测均验证了该矿瓦斯抽采钻孔间距布置以5 m最佳,该研究为实际生产过程中确定合理的钻孔间距提供理论依据,为矿井瓦斯抽采布局及瓦斯治理提供了技术保障。     

穿层钻孔抽放煤层瓦斯数值模拟研究

矿井瓦斯抽放是解决煤矿瓦斯问题、提高资源使用效益、确保煤矿安全生产的一种有效方法。为合理安排矿井抽掘采接替关系,确定穿层钻孔抽放参数,根据煤层瓦斯流动理论、质量守恒方程、真实气体状态方程、气体压缩系数方程,并以朗格缪尔方程作为吸附瓦斯解吸的数学规律,建立了穿层钻孔抽放煤层瓦斯数学模型,采用有限差分数值方法编制了计算程序,以全隐式格式确保计算过程的稳定性,根据实测煤层瓦斯参数进行了数值模拟计算,获得了穿层钻孔抽放条件下钻孔周围瓦斯压力分布情况以及钻孔有效抽放半径等抽放参数。分析表明,低透气性煤层抽放钻孔周围容易形成较高的瓦斯压力梯度,且在有限的抽放时间内有效抽放半径较小。数值模拟结果与现场实践基本一致。     

顺层钻孔抽采影响范围叠加效果模拟研究

为了更加合理地对瓦斯抽采系统进行布置,对煤层瓦斯抽采过程中有效抽采半径、瓦斯运移规律以及钻孔之间的相互影响进行研究,采用COMSOL数值模拟软件,对单钻孔与双钻孔的钻孔瓦斯抽采情况进行对比,从煤层瓦斯压力的分布、抽采达标时间与钻孔瓦斯流量等方面进行对比分析。研究得出:随着抽采钻孔间距的减小,在同样的抽采时间内,钻孔周围瓦斯压力也逐渐降低;当钻孔的间距变小时,钻孔瓦斯抽采达标的时间也就越短,而且瓦斯减小的幅度也越大;在刚开始进行瓦斯抽采时,瓦斯流量下降率较大,但是随着抽采时间的增加,慢慢趋于稳定。     

深井无煤柱煤与瓦斯共采的技术挑战与对策

深井留巷钻孔法煤与瓦斯共采中留巷围岩变形大,留巷钻孔易破坏、抽采效果差。结合淮南矿区煤与瓦斯共采实践,通过力学分析构建了钻孔在采动作用下的破坏模型,对各参数的影响规律进行了分析,通过套管-水泥环-围岩三维数值模拟计算,探讨了水泥环与围岩性质对钻孔稳定性的影响,得出:采动应力集中易导致钻孔发生挤压型失稳,而岩层层间滑移易导致钻孔发生剪切型失稳,采用厚壁套管、柔性充填、危险层位扩孔让压等措施可以有效提高钻孔稳定性。进而提出了深井超前留巷强化钻孔与高位回风巷强化钻孔的瓦斯抽采技术,并在朱集矿1111(1)工作面与1112(1)工作面进行了试验。试验结果表明:强化钻孔的抽采效果及钻孔稳定性显著优于普通抽采钻孔,单孔最大瓦斯抽采流量达8.1 m3/min,有效抽采距离达150 m以上,实现了深井无煤柱煤与瓦斯的高效共采。