工作面前方煤体卸压区范围及瓦斯抽采应用

根据卸压区水平方向的应力平衡方程,结合Mohr-Coulomb准则,推导了包含孔隙瓦斯压力的卸压区宽度计算公式。由某矿N2105工作面相关参数值,理论计算了采煤工作面前方卸压区宽度。采用钻孔应力传感器实测了采煤工作面前方卸压区宽度,实测值与理论计算值基本吻合。在卸压区内,瓦斯涌出量大大增加,表现为卸压增透效应。根据卸压区范围和钻孔失效距离,给出了不同偏角下的钻孔卸压瓦斯抽采量计算公式。结合N2105工作面现场条件,考虑钻孔成孔率及盲区因素,确定了合理钻孔偏角。     

工作面瓦斯抽采钻孔最优开孔角度的确定研究

通过对采煤工作面前方煤体的应力分布进行分析,结合赵庄矿3304采煤工作面的参数,得出了采煤工作面前方煤体卸压区宽度。结合现场钻孔抽采瓦斯结果,分析出钻孔瓦斯抽采量与抽采钻孔角度之间的关系,从而确定了赵庄矿3304采煤工作面的瓦斯抽采钻孔的合理开孔角度。     

急倾斜特厚煤层分段开采卸压瓦斯抽采技术

急倾斜特厚煤层水平分段开采工作面采放比大、瓦斯涌出复杂,工作面下部卸压煤体瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出总量比例过高,在开采过程中易出现回采工作面回风隅角瓦斯超限问题。为有效解决急倾斜特厚煤层开采工作面回风隅角瓦斯超限问题,以神华新疆能源有限责任公司乌东煤矿水平分段开采工作面5754502为例,理论分析了工作面底板及下部煤体的破坏规律,并对底板破坏深度和下部煤体破坏深度进行了理论计算,根据理论分析和计算结果对工作面下部煤体卸压瓦斯拦截抽采钻孔进行了布置及优化,最后统计、分析了工作面下部卸压拦截抽采钻孔抽采参数随着工作面推进的变化情况。研究结果表明:5754502工作面开采对煤层底板破坏深度为11.88 m,其下部煤体垂直破坏深度为7.38 m,最大破坏深度距工作面端部的水平距离为10.3 m;随着工作面的推进,下部煤体中的钻孔逐步进入卸压区,卸压抽采后比之前的抽采瓦斯体积分数、瓦斯流量均有显著提高,其卸压拦截抽采钻孔的抽采纯流量比卸压前平均提高了3.2倍,卸压增流效应显著;综合采取采空区埋管抽采技术和卸压拦截抽采技术,使5754502工作面在开采过程中的瓦斯抽采率达到59.6%,回风隅角瓦斯体积分数控制在0.8%以下,实现了瓦斯零超限,保障了工作面的安全生产。     

协调煤层开采与瓦斯抽采的均衡开采数学模型及应用研究

合理的工作面推进速度是实现煤层瓦斯高效抽采的关键。在开元煤矿3710工作面开展了地应力和瓦斯流量现场实测，实测结果表明，工作面推进速度越快，煤体应力卸荷程度越大，钻孔瓦斯抽采量越高。在此基础上，拟合得到了瓦斯抽采量和钻孔与煤壁距离之间的关系式，建立了协调工作面开采与瓦斯抽采的均衡开采数学模型，模型计算结果表明，在保证日产量的前提下，为实现超前卸压瓦斯抽采量最大化，3710工作面的合理推进速度为6.8 m/d。     

低渗煤层瓦斯抽采顺层钻孔水力造穴卸压增透效果研究

为了揭示水力造穴参数对钻孔瓦斯抽采效果的影响规律,指导煤层水力造穴增透技术施工参数的合理选择。建立了煤层损伤-应力-渗流耦合模型,分析了不同造穴参数下煤层卸压增透效果,展开了顺层钻孔水力造穴现场工程试验,考察了不同造穴参数下钻孔瓦斯抽采效果,结果表明：采用水力造穴技术形成的孔穴能够有效降低其周围煤体应力,提高煤层渗透率,增加瓦斯钻孔抽采效果;造穴半径越大煤层的卸压程度越大,进而煤层渗透率增幅就越大,但在实际工程中过大的造穴半径会使得孔穴稳定性差,钻孔塌孔堵塞瓦斯涌出通道会使得钻孔瓦斯抽采量有所降低,试验矿井最优造穴半径为0.6 m;造穴间距对它们之间的应力降低区范围有着较大的影响,在一定距离条件下孔穴卸压有着明显的叠加效应,造穴间距越近叠加效应越明显,煤层应力越小,卸压增透效果越好。试验钻孔穴间距由8 m减小到6 m时,单孔平均瓦斯抽采纯量增加389.16%。     

煤层水力压裂增透技术研究与应用

为了解决坦家冲煤矿2264-1N-S采煤工作面回风巷瓦斯浓度频繁超限问题,提高本煤层钻孔瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出危险性,提出采用水力压裂增透技术提高煤层透气性.通过对压裂孔周围煤体环向拉应力进行分析,结合环向最大拉应力理论,计算得到煤体裂纹起裂临界水压为15.7 MPa.采用研制出的水力压裂设备进行现场试验后表明:单孔瓦斯抽采流量及抽采浓度均有明显提高,且煤层瓦斯流量衰减系数较低.     

水力冲孔造穴增透机制及应用研究

为研究水力冲孔造穴技术的卸压增透机制，利用受载煤体全应力—应变曲线，建立受载煤体渗透率演化模型，结合Comsol Multiphysics多物理场数值模拟软件，验证了水力冲孔造穴对煤体卸压增透的有效性。结果表明:水力冲孔造穴技术在形成半径为0.60 m的空洞后，在钻孔周围煤体内形成了半径为1.34 m的瓦斯渗透率增高区。该技术在焦煤集团九里山矿井下16051运输底抽巷开展试验，通过对普通钻区和冲孔造穴区的瓦斯抽采数据进行对比，可以看出:采取水力冲孔造穴措施后，抽采钻孔的瓦斯浓度提高了0.77倍，瓦斯抽采纯量提高了1.51倍，该措施有效地提高了煤层瓦斯抽采效率，减少了安全事故，保证了工作面的安全回采。     

深部近距离上保护层底板裂隙演化及卸压瓦斯抽采时效性

为解决深部近距离上保护层开采被保护层大量卸压瓦斯通过底板裂隙涌向首层采煤工作面极易造成瓦斯超限的问题,以平顶山天安煤业股份有限公司五矿为研究背景,采用理论分析、实验室实验、现场考察以及离散元数值模拟的手段,研究了深部近距离上保护层开采底板煤岩层裂隙瓦斯通道演化规律及下被保护层卸压瓦斯抽采时效性。研究表明:回采方向上底板煤岩层可分为原始应力区、卸压增透区和重新压实区,卸压增透区内煤体膨胀变形量大渗透率高,卸压瓦斯解吸扩散,底板采动裂隙使被保护层与采煤工作面贯通形成裂隙瓦斯通道。时间尺度上,卸压增透区的形成与上保护层回采到基本顶来压垮落时间段相对应,采动裂隙瓦斯通道伴随基本顶的破断垮落逐渐重新压实消失,卸压增透区范围在基本顶初次垮落前达最大值,回采推进期间与基本顶来压步距正相关。重新压实区域内煤岩层经历应力加载、卸荷、重新加载后可能出现损伤破坏,卸压瓦斯大量解吸引起煤体收缩变形,部分煤岩体受力比其原始应力更大出现压缩变形。卸压增透区是卸压瓦斯产生及运移的主要空间,也是进行卸压瓦斯拦截及抽采的高效区,瓦斯抽采工程需考虑采动裂隙演化的空间和时间效应。     

水力冲孔技术在低透气性突出煤层瓦斯抽采中的应用

为了研究水力冲孔技术对余吾矿主采煤层的卸压增透作用,采用理论分析、室内电镜测试和现场工业性验证相结合的方法,结果表明:水力冲孔技术通过宏观裂隙和微观孔隙两个层面实现煤体的卸压增透;现场冲孔钻孔瓦斯流量衰减系数为0. 003,仅为普通钻孔的1/7;实施水力冲孔措施区域内,瓦斯抽采浓度明显优于普通钻孔区域内。水力冲孔技术可以有效强化煤层卸压增透效果,提高瓦斯抽采效率,保障工作面的安全生产。     

穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术研究与应用

为了解决高瓦斯突出煤层巷道掘进过程中的煤与瓦斯突出问题,开发了将钻机钻进与射流割缝技术有机结合的穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术。采用数值模拟的方法对比分析了钻孔和射流缝槽卸压效果,研究结果表明:割缝卸压比单纯钻孔卸压要优越很多,割缝缝槽破坏了钻孔周围的"瓶颈效应",多个割缝钻孔形成的裂隙相互导通,煤体透气性增大,促进瓦斯释放。工业性试验结果表明本卸压增透技术效果明显,瓦斯抽采流量、煤体扰动体积都有较大幅度增加,提高了瓦斯抽采效率。     

深孔松动爆破技术在“两高一低”突出煤层工作面中的应用

为了解决“两高一低”（高瓦斯含量、高瓦斯压力、低透气性）突出煤层综采工作面的防突和瓦斯超限问题，新田煤矿在1402工作面下部硬煤进行深孔松动爆破抽放技术试验。该技术的应用增大了煤体裂隙和煤层透气性，扩大了抽放钻孔的影响范围，提高了工作面瓦斯抽采量，减少了钻孔的施工时间和瓦斯抽放时间，钻孔工程量减少了一半，瓦斯治理效果明显，经济技术效果显著。     

松软煤层加固用泡沫水泥浆的实验研究

针对松软煤层顺层钻进长钻孔成功率低、煤层机械强度低的难题，提出将机械发泡式泡沫水泥浆通过高压旋喷的方式注入松软煤层进行随钻加固的技术思路。室内试验中，通过改变松软煤岩与泡沫水泥浆的比例，模拟注浆后形成不同固结效果的松软煤岩-泡沫水泥固结体。以抗压强度和气体渗透率作为主要评价指标，研究了松软含煤量对固结体性能的影响规律。结果表明：（1）与纯泡沫水泥浆的固结体相比，当松软煤岩含量（以下简称“含煤量”）为5%时，固结体的气体渗透率略有降低，气体渗透率随养护时间增加而降低；（2）含煤量≥10%，固结体气体渗透率随含煤量增大而升高；（3）固结体的早期抗压强度（养护1 d）随含煤量的升高先升高后降低。养护时间增加至7 d后，固结体强度随含煤量升高而降低；（4）含煤量在20%~25%之间的固结体养护7 d后，抗压强度在8.65~9.94 MPa，气体渗透率在9.08~36.52 mD之间。研究成果可以为松软煤层的随钻护壁与瓦斯抽采提供有益借鉴。     

煤的吸附作用对瓦斯渗流特性影响的实验研究

为研究煤的吸附作用对瓦斯渗流特性的影响,以贵州六盘水矿区的煤样为研究对象,进行了瓦斯吸附平衡前后和不同吸附气体的三轴渗流试验。试验表明,相同煤样在瓦斯吸附平衡后渗透率明显低于吸附平衡前的渗透率;相同煤样通过不同气体的渗透率具有KHe>KCH4>KCO2的规律,不同吸附气体煤样的渗透率与气体压力服从指数分布;煤体渗透率与煤的变质程度具有一定的相关性。     

温度和轴向变形耦合作用下受载含瓦斯煤渗流规律研究

利用自主研发的三轴渗流实验装置,恒定围压和瓦斯压力条件,进行不同温度条件下的含瓦斯原煤渗流实验,模拟煤体变形中瓦斯渗流过程,建立了受载含瓦斯煤渗透性与温度和轴向应变的定性定量关系。结果表明:1)轴向应变对受载含瓦斯煤渗透率的影响很大,受载含瓦斯煤屈服之前,渗透率随轴向应变的增加而降低,且降幅逐渐减小;失稳破坏后,渗透率剧增,最高增幅为769%。2)温度变化对渗透率的影响与受载含瓦斯煤所处的变形阶段密不可分,从实验角度说明了开采过程对含瓦斯煤渗流特性的影响分3个主导阶段,即基质外膨胀主导阶段、基质内膨胀主导阶段和滑脱效应主导阶段。3)建立了适合受载含瓦斯煤应变与温度共同影响下的渗透率计算公式k=(a T+b)εc T+d,该公式能很好地描述受载含瓦斯煤渗透率与应变和温度的关系。研究结果可以为瓦斯渗流规律的揭示和矿井瓦斯防治提供理论依据。     

煤体吸附瓦斯与煤体强度的关系研究

采用自主研制的由放置试样的装置、压力加载装置和强度测定装置组成MDS-200型煤岩三轴应力渗透试验台,针对取自象山井田、燎原井田和桑树坪井田的3号、5号和11号煤层的试验样品进行煤体吸附瓦斯与强度关系的试验。结果表明:①煤体的杨氏模量和单轴抗压强度均随着吸附瓦斯压力的增加而逐渐呈线性衰减;②不同的煤种在同等吸附瓦斯压力下,杨氏模量和单轴抗压强度也是不相同的;③试验结果表明,含较高压力瓦斯的煤体更容易破坏。     

基于压水试验的深部煤层底板岩层阻渗性能研究

原位现场压水试验是获取岩层阻渗性能参数的可靠方法,为探究某煤矿深部煤层底板阻渗能力,采用现场压水试验方法对底板两段岩层进行了测试并获取了大量的实测数据。结果分析表明:该底板两测试段岩层在原始状态均不导渗,阻渗性较强,直至压裂导通才形成导渗条件;对两段岩层均进行了初次和重复两个压水过程,对比两次试验可知,测渗孔水压力与注水孔水压力的关联变化趋势大致相同,但初次压水的起始导渗水压明显高于重复压水,表明在初次压水后岩层的阻渗能力降低,更易形成导渗;采用渗透系数和阻渗强度作为指标,对底板岩层的阻渗性能进行了量化评价,结果表明测试岩层表现出明显的高阻弱渗的特点。     

煤孔隙的成因类型及其研究

以煤财显微组分和煤的变质与变形特征为基础,以较大量的扫描电镜观察结果为依据,将煤孔隙的成因类型划分为四大类（原生孔、外生孔、变质孔、矿物质孔）十小类。研究结果表明,煤孔隙的成因类型多,形态复杂,大小不等,各类孔隙都是在微区发育或微区连通,它们借助于裂隙而参与煤层气的渗流系统。孔隙的成因类型及其发育特征是煤储层生气储气和渗透性能的直接反映,颇具理论与实用研究意义。     

煤体松动爆破在综采工作面的应用

综采工作面初采时若遇到煤层较硬的情况下,采煤机割煤将很困难,将煤体松动爆破技术应用到综采工作面初采,起到了较好的效果,为工作面初采正规循环作业提供了技术保证。     

煤体温度对瓦斯渗透性影响的实验研究

运用实验室自制研究的煤层瓦斯动力模拟系统,进行了煤体在不同温度作用下对瓦斯渗透性影响的实验研究。阐述了温度作用下煤渗透性实验的方法与过程,得到考虑温度变化情况下煤层瓦斯渗流规律。试验结果表明:在不同温度条件下,煤的渗透率随气压的增大而呈指数形式减小;在一定的气体压力下,煤体的渗透率随温度的增加而减少。     

基于压汞法的赵庄矿不同煤体结构煤的孔隙特征研究

选取赵庄矿3号煤层4种不同煤体结构煤的煤样,采用压汞法研究分析其煤体孔隙特征。实验表明,随着煤体破坏程度的增大,大孔孔容占比呈下降趋势,中孔、小孔孔容占比呈上升趋势,煤岩渗透性随之减小。原生结构煤、碎裂煤存在相当数量的封闭孔或孔径在纳米级以下,孔隙连通性差;碎粒结构煤孔隙连通性稍好,退汞效率在4种煤体结构中最高。