水力冲孔措施在深部低透气性煤层中的应用研究

针对鹤壁八矿无保护层可采、低透气性突出煤层的现状,采用水力冲孔增透措施,利用数值模拟软件对出煤量与卸压范围大小及卸压范围内煤体位移量的变化情况进行仿真.结果表明,在水射流有效靶距范围内,水力冲孔孔洞半径与卸压范围成正比关系;随着冲孔半径的增大,钻孔周围煤体位移逐渐增大.在应力和瓦斯压力的作用下,孔洞周围煤体发生位移,应力向深部转移.通过检测卸压区内的煤层瓦斯含量与压力,得出卸压范围内煤层瓦斯含量和压力大幅度降低,均降至临界值以下,与数值模拟结果基本相符,说明数值模拟结果是可信的.     

水力冲孔消突效果及其主要影响因素分析

通过考察水力冲孔过程中的冲孔水压、水流量、每米煤孔冲出煤量以及冲孔前后煤巷掘进期间效检超标率等参数,深入分析了水力冲孔防突技术措施的消突效果及其影响因素.研究表明:在突出煤层中采用水力冲孔措施,可以较好地提高煤体强度和透气性,有效消除或降低煤体的弹性潜能和瓦斯潜能等突出潜能,减少和消除煤层的突出危险性.     

双重介质煤体钻孔瓦斯双渗流模型及数值解算

基于双重介质煤体中的瓦斯流动机理,考虑瓦斯在煤基质内的解吸、运移、释放及其在裂隙内的流动过程,建立了双重介质煤体钻孔瓦斯双渗流数学模型,并运用有限差分法编制了数值模拟程序.结果表明:煤基质内瓦斯压力呈非均匀分布,且其下降速率远小于裂隙;距钻孔壁的距离不同,煤基质表现出不同的瓦斯解吸特征.通过对比模拟结果与现场实测数据,验证了双重介质煤体钻孔瓦斯双渗流模型的正确性,同时表明该模型较传统的连续介质模型有更好的适用性.     

水力冲孔措施的卸压增透效果考察分析

为了考察水力冲孔措施的卸压增透效果,以淮南矿业集团潘二矿11124工作面为试验点,通过考察水力冲孔单孔出煤量、冲孔前后抽采瓦斯体积分数、单孔抽采量以及冲孔前后钻孔瓦斯涌出初速度q等参数,分析了水力冲孔防突措施的卸压增透效果．实验结果表明,水力冲孔防突措施的卸压增透效果明显,抽采瓦斯体积分数由冲孔前的7．8％（平均）增至冲孔后的56．9％（平均）,钻孔瓦斯涌出初速度也由冲孔前的24．2L／min（平均值）下降到冲孔后的2．28L／min,比原来下降90．57％．     

钻孔施工诱发煤与瓦斯突出的机理研究

利用自行研制的煤与瓦斯突出模拟实验装置,模拟煤矿井下钻孔施工,通过高速摄像系统对其过程进行实时监测,对喷孔过程中煤体的裂隙演化特征进行分析;从力学角度对钻孔施工时钻孔前方煤体的受力情况进行了分析,包括切向应力和径向应力;从煤体受到的振动作用角度,对钻孔施工时钻杆对煤体的振动效应进行了分析;同时对钻孔施工时孔内变形进行了监测.基于实验现象和理论分析,提出了基于钻孔施工诱发的煤与瓦斯突出耦合跃迁失稳机理.     

突出煤层低位巷水力冲孔成套装备研制及应用

针对无保护层、低透气性煤层预抽困难的问题,采取煤层底板巷水力冲孔,为确定合适冲孔水压采取了现场试验的办法,结果表明：试验地点水力冲孔临界破煤压力4MPa左右,约为（6.7～10）f;适宜破煤压力6～8MPa（约为10～20f）,该压力下钻孔出煤量稳定,约0.4t/m,出煤速度约0.03～0.04t/min;当冲孔水压超过10MPa后,会产生冲孔钻孔憋孔现象,不仅对冲孔作业人员构成威胁,而且易引起巷道风流瓦斯浓度超限。试验结果为确定方山矿二1煤层水力冲孔参数提供了依据,指导了现场工作,也为周边矿井的水力冲孔作业提供了借鉴。     

深水平强突出煤层石门揭煤技术的探讨

采用水力压冲技术,在区域防突措施钻孔施工前先对原始煤体进行水力掏穴,冲出大量煤体和瓦斯,对原始煤体进行卸压增透,以增加煤层的透气性系数,再对卸压后的煤体施工区域防突措施钻孔。将此技术应用在新庄孜煤矿-812 m南边界石门揭B11b煤层中,使得B11b煤层原始瓦斯压力由2.8 MPa降到1.2 MPa,原始瓦斯含量由12.31 m~3/t降到8.5 m~3/t,煤层透气性系数由原来的0.004 83 m~2/(MPa~2·d)增加到0.683 1 m~2/(MPa2·d),水力压冲共计冲出煤粉量285 t,区域措施钻孔瓦斯抽采浓度达35%,瓦斯抽采总量135 316.8 m~3,抽采率63.9%,既缩短了揭煤工期,又保证了揭煤施工过程中的安全。     

瓦斯"截流抽放"快速揭煤法

通过对石门待揭煤体周边进行瓦斯"截流抽放",并利用瓦斯抽放所形成的无突出危险煤体作为防突抵抗煤柱,再对待揭煤体内已成"无源之水"的瓦斯实施强力快速抽放消突,即可进行安全快速揭煤.     

上向穿层钻孔水力冲孔卸压增透技术研究

为考察水力冲孔卸压增透技术的消突效果,在潘二煤矿A组煤底抽巷穿层钻孔中进行试验。在煤层段每米冲孔时间不低于60min条件下,单孔冲出煤量约2.0t/m,可形成直径约1.3m孔洞,水力冲孔后钻孔周围的卸压范围显著增加,钻孔瓦斯抽采量提高3倍,透气性系数由原来0.19m2/(MPa2.d)提高到1.71m2/(MPa2.d),钻孔流量衰减系数降为冲孔前的1/3,有效影响半径达到5m,降低了瓦斯突出潜能和危险性,卸压增透效果明显。     

掏槽法防治煤与瓦斯突出的研究与应用

打排放钻孔是防突工作面经常使用的防突措施,但在一些比较危险的区段,尤其是当煤层较软时,排放钻孔的施工极为困难,从而大大影响了防突工作面的进尺.使用掏槽方法防治煤与瓦斯突出,即先在煤壁上爆出一个较深的缝隙,增加瓦斯释放,之后再采用小循环进尺,同时也可利用煤体自身的阻力防治突出.掏槽方法使用期间,可通过对掏槽的高度、炮眼的深度及装药量的多少等因素的调整,来达到有控制地释放瓦斯的目的.与排放钻孔相比,使用掏槽法防突具有省时、省力、容易操作以及安全性好等特点.     

地面群孔瓦斯抽采技术应用研究

为保证新集一矿突出煤层13-1煤北中央采区的安全开采,先后开采131103、131105等11-2煤层工作面作为保护层。首先在上述两个工作面共布置了6个地面钻孔,建立了地面群孔瓦斯抽采系统,预抽采动区被保护层13-1煤瓦斯。接下来对地面钻孔抽采瓦斯参数进行了考察,主要包括基于示踪技术考察了131105工作面采动卸压地面钻孔走向及倾向瓦斯抽采半径,统计分析被保护层瓦斯抽采率,同时就地面群孔与井下底板巷穿层钻孔瓦斯抽采两种方法进行了抽采率、工程费用等方面的对比。研究结果表明：新集一矿的地层条件下地面钻孔抽采煤层卸压瓦斯沿煤层倾向和走向的抽采半径分别不小于160m和240m;采动区地面群孔瓦斯抽采率达35%以上;地面钻孔相对比井下底板巷,在抽采瓦斯方面具有技术上可靠、安全、经济等优点。     

测井曲线在潘一矿13-1煤层识别构造煤中的应用

为预测未揭露区煤体结构,根据钻孔测井曲线信息,结合视电阻率电位曲线与伽马伽马曲线对煤层内不同结构分层物性差异所反映的形态特征,通过对煤层内部的各分层之间的比较、煤层与邻近钻孔中同一煤层的比较和煤层与钻孔内的上、下煤层之间进行比较绘制出煤层结构柱状图。又以矿井煤层底板等高线图作为底图绘制构造煤平面分布图,判识煤层内部的构造煤分布。     

煤层注水促抽瓦斯及其影响因素的数值模拟

为有效预防煤矿瓦斯灾害,获取煤层注水促抽瓦斯的合理参数,以常村煤矿2103工作面为例,依据多相渗流理论,采用Fluent软件的VOF模型及多孔介质模型耦合求解,对煤层注水促抽瓦斯技术及其影响因素进行数值模拟,并将模拟结果应用于现场,对比分析数值模拟与现场实测数据,二者基本吻合.研究结果表明:煤层瓦斯含量以注水孔为中心径向逐步降低,以抽采孔为中心径向逐步升高;注水前抽采阶段,随着抽采时间的增加,抽采范围逐渐增大,抽采孔瓦斯流量先快速下降,后逐步缓慢降低;注水促抽阶段,随着注水时间的增加,注水范围逐渐增大,注水流量逐步降低,煤层瓦斯含量缓慢升高,抽采孔瓦斯流量逐渐增加;注水后抽采阶段,随着抽采时间的增加,压力水覆盖范围持续增大,煤层瓦斯含量逐渐降低,抽采孔瓦斯流量逐渐减小.注水时机、注水时间、注水压力、注水方式、布置方式及钻孔间距是影响煤层注水促抽瓦斯效果的6个主要因素.瓦斯正常抽采20 d后,按照一注一抽方式及5 m间距布置注抽钻孔,在8 MPa煤层注水压力下间歇注水10 d,煤层注水促抽瓦斯效果较好.     

利用SF_6示踪技术测试煤层瓦斯抽采半径

为了合理布置煤层抽放钻孔数量,采用SF6示踪技术测定煤层瓦斯抽采半径。沿煤层布置一排试验钻孔,选定其中某几个孔作为SF6释放孔,其余作为抽采试验孔,在一定的抽采负压条件下,通过观测抽采试验孔的瓦斯浓度随时间的变化情况,可以确定煤层瓦斯抽采半径。在朱集矿的试验中,通过一个月的连续观测,测得该矿11-2煤层瓦斯抽采半径可以达到5 m。利用SF6示踪气体可以较好的测定煤层瓦斯抽采半径。     

红菱煤矿开采保护层对 煤岩体透气性的数值模拟

以红菱煤矿保护层开采为工程实例,通过开采11#煤层,对存在煤与瓦斯突出的7#煤层和12#煤层进行 卸压,利用FLAC3D数值模拟中小同步开挖的渗透率变化情况,对保护层开采过程中煤岩体的渗透性进行了分 析,得出了煤岩体透气性变化规律。结果表明:煤岩体的透气性随着工作面推进不断增强;开采保护层上覆岩体 的渗透率明显比底板岩体的渗透率大;卸压效果越好,渗透率越大。     

低透气煤层预裂瓦斯运移数值模拟及抽采试验

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难问题,利用数值模拟软件RFPA^2D—Flow再现了采取煤层深孔爆破预裂后,瓦斯在煤层及爆生裂隙中的流动规律。研究结果表明,预裂圈内煤和岩石的孔隙率大大提高,煤层透气性显著增加,但当裂隙圈之间不相交时,瓦斯同样很难在完整的低透气性煤体中运移,因此只有当抽采瓦斯钻孔处在裂隙圈中才能高效抽采瓦斯。现场试验证实,低透气性煤层预裂后,有效导通裂隙增加,布置在裂隙圈内抽采瓦斯钻孔可以获得高效抽采瓦斯效果,从而降低煤与瓦斯突出危险性。     

近距离突出煤层群瓦斯治理技术优化的研究

近距离突出煤层群工作面受上下邻近煤层卸压瓦斯的影响,致使回采工作面瓦斯涌出量大、工作面回风隅角及回风巷中的甲烷传感器频繁报警,瓦斯治理消耗大量的人力、物力和时间,严重制约了矿井的安全生产。通过对几种瓦斯治理方案进行分析论证,得出将整个煤层群作为一个治理单元,统筹考虑,将煤层厚度、瓦斯含量相对较小的弱突出煤层作为关键保护层,配合打钻进行立体式抽采,实现上下递进保护,最大限度地抽采邻近煤层的卸压瓦斯的方案。现场实践结果表明,保护层工作面在回采期间瓦斯抽采率高达90%以上,回风隅角瓦斯浓度降至0.6%以下,回风巷风流中瓦斯浓度降至0.2%以下,工作面月平均回采长度由原来的120 m提高至200 m。同时,从根本上解决了被保护层工作面回采期间瓦斯带来的安全威胁。     

CFD simulations for longwall gas drainage design optimisation

Computational fluid dynamics(CFD) simulation is an effective approach to develop and optimise gas drainage design for underground longwall coal mining. As part of the project supported by the Australian Government Coal Mining Abatement Technology Support Package(CMATSP), threedimensional CFD simulations were conducted to test and optimise a conceptual design which proposes using horizontal boreholes to replace vertical boreholes at an underground coal mine in Australia.Drainage performance between a vertical borehole and a horizontal borehole was first carried out to compare their capacity and effectiveness. Then a series of cases with different horizontal borehole designs were simulated to optimise borehole configuration parameters such as location, diameter, and number of boreholes. The study shows that the horizontal borehole is able to create low pressure sinks that protect the workings from goaf gas ingresses by changing goaf gas flow directions, and that it has the advantage to continuously maintain such low pressure sinks near the tailgate as the longwall advances. An example of optimising horizontal borehole locations in the longwall lateral direction is also given in this paper.     

基于液氮吸附实验的煤层夹矸孔隙结构特征研究

煤层夹矸存在孔隙,具有吸附气体的能力。为研究沁水盆地新景矿煤层夹矸孔隙特征,选择8#煤层夹矸和15#煤层夹矸进行液氮静态吸附法实验研究。根据实验结果对新景煤矿8#煤层夹矸和15#煤层夹矸孔隙结构特征中的比表面积、孔径、孔径占比进行分析。结果表明:新景8#煤层夹矸主要以微孔和小孔为主,微孔和小孔占总孔比的92%以上,新景15#煤层夹矸主要由微孔、小孔和中孔为主,微孔、小孔占67%,中孔占到32%左右。微孔、小孔孔径大小与比表面积和吸附量有较强的相关性。     

吐哈盆地沙尔湖地区煤层气钻完井适用技术探讨

在剖析美国圣胡安盆地煤层气空气钻井、裸眼洞穴完井技术及优势的基础上,确定了低煤阶煤层气钻井及裸眼洞穴完井的煤储层条件等,并以吐哈盆地沙尔湖地区低煤阶煤层气为主要研究对象,利用类比法及地质统计法,具体分析了吐哈盆地沙尔湖地区的煤储层厚度、含气量、渗透率、井壁稳定性及储层压力条件等．研究表明,沙尔湖地区煤层厚度大,储层物性好,井壁稳定性好,可采用低成本空气钻井及裸眼完井技术提高钻井效率,保护煤储层,提高煤层气采收率．