高产高效工作面上隅角瓦斯治理现状及发展方向

高产高效工作面往往由于机械化程度高、产量大,导致工作面上隅角瓦斯涌出量大,成为制约高产高效工作面生产的最主要因素。通过对我国高产高效工作面上隅角瓦斯治理的方法研究,分析总结了各自的优缺点和适用条件,提出了大直径钻孔、大采高沿空留巷和地面钻井等上隅角瓦斯治理新技术的发展方向,为高产高效工作面的安全生产提供借鉴。     

采掘叠加集中应力区的防突措施效果分析

煤层回采工作面会在工作面前方一定范围内形成应力集中区,而在应力集中区进行采掘活动时,会导致集中应力的叠加,容易诱发煤与瓦斯突出事故。以某矿煤巷掘进工作面通过上覆煤层工作面停采线应力集中区为实例,对区域和局部防突措施效果进行了分析,结果表明,在工作面停采线应力集中的影响范围可达周围40 m,尤其是在工作面前方,瓦斯排放钻孔对缓解应力集中影响有明显效果。     

俯伪斜采煤法基本顶破断的力学分析

为弄清俯伪斜采煤法基本顶破断的具体情况,以某俯伪斜采煤法的悬露基本顶为研究对象,应用弹性薄板理论,建立了俯伪斜基本顶的力学模型,分析并得到了充填体对基本顶的支撑载荷函数,运用李滋法和挠度的叠加原理,推导出基于采空区充填的俯伪斜基本顶挠曲函数,并对基本顶的破断过程进行了分析。研究结果表明：由于冒落矸石在采空区的不完全充填,导致俯伪斜基本顶的挠度沿倾向不对称,最大挠度为60.9 cm,位于倾斜中上部;基本顶沿倾斜方向由上向下分段破断,并且形成相对稳定的铰接结构,分段岩块沿走向破断距也有差别,倾斜中上部破断距小于下部。理论计算分析的结果与现场的矿压监测情况基本一致。     

急倾斜俯伪斜上保护层保护范围的三维数值模拟

 针对急倾斜俯伪斜采煤法上保护层保护范围的划定难题,基于有限元法,结合保护层顶底板煤岩层的物理力学参数和地质特征,采用3D- 软件模拟急倾斜俯伪斜上保护层开采中被保护层的应力场及变形场的变化过程,得出保护层的保护效果,分析被保护层的最大主应力和变形随上保护层采煤工作面推进的变化规律;并根据保护层开采的应力卸压保护准则和变形保护准则,确定保护层沿倾向和走向的保护范围。结果表明,急倾斜俯伪斜采煤法上保护层沿倾向上、下边界的卸压角分别为84.9°和68.0°;沿走向的卸压角在倾向上呈非均匀分布,大小为38.3°～51.0°;同时,由现场考察方法与数值模拟方法所确定的急倾斜俯伪斜上保护层保护范围基本一致。因此,采用数值模拟方法来研究急倾斜俯伪斜上保护层的保护范围是可行的,且结果偏于安全。     

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。     

邻近层瓦斯越流规律及其卸压保护范围

以某煤矿上保护层开采为工程实例,基于保护层开采的煤层瓦斯越流理论,通过引入低渗透煤体渗透率与孔隙率的动态变化模型,建立了低渗透煤岩与瓦斯固-气动态耦合的瓦斯越流模型;针对上保护层开采的定解问题,进行了上保护层开采煤层瓦斯越流模型的数值计算,获取了保护层开采后邻近被保护层瓦斯压力分布规律;结合保护层开采保护范围的极限瓦斯压力判别准则,划定了上保护层开采的卸压保护范围。研究结果表明,该方法所划定的理论保护范围与现场考察结果基本一致,且理论结果相对于现场考察结果偏于安全。     

立井井筒非采动破裂的遗传-支持向量机预测模型

选取表土层厚度、底板含水层厚度、底板含水层水位速降、井筒外径、井壁厚度、井筒投入使用时间6个立井井筒非采动破裂的特征属性作为判别因子,以工程实测数据作为学习样本,利用遗传算法优化支持向量机参数,建立了煤矿立井井筒非采动破裂的遗传-支持向量机预测模型,并对工程实例进行测试。研究结果表明,该模型预测精度高,回判估计的错误率低,为快速准确地预测立井井筒非采动破裂提供了一种新的方法和途径。     

弱酸树脂软化含聚采出水试验

对大庆油田采油三厂某联合站的深度出水水质做检测,检测结果表明,这些站的深度出水含有一定浓度的聚合物。为了确定含聚合物采出水软化后是否可以作为蒸汽驱锅炉用水,在室内进行了不同浓度聚合物浸泡树脂的实验,同时进行了三个月的现场试验。在含聚浓度<170 mg/L的条件下,聚合物被树脂吸附量微弱。丙烯酸系大孔型弱酸阳离子交换树脂能有效去除含聚合物采出水中的硬度,来水平均硬度为135 mg/L的条件下,树脂的漏硬周期为8.6 d。在树脂的漏硬周期之内,出水硬度均可达到标准要求的0.1 mg/L以内。     

钻屑指标法测试煤壁松动圈范围研究

巷道松动圈范围是井下巷道支护和瓦斯抽采依据的重要参数之一。为了准确掌握巷道松动圈范围,以王坡煤矿3310工作面回风顺槽为工程实例,采用数值模拟的方法对巷道周围煤岩体的应力分布情况进行研究,同时以在现场实测钻屑指标的方法,对巷道掘进后周围煤体的钻屑量和钻屑瓦斯解吸指标进行了测定,进而研究和分析松动圈的范围。研究结果表明,巷道掘进后煤壁往里10 m范围内为巷道松动圈。该研究成果不仅可以为类似条件矿井提供借鉴,也为巷道松动圈范围的测定提供了一种方法。     

俯伪斜上保护层保护范围的瓦斯压力研究

为划定急倾斜俯伪斜上保护层开采的保护范围,对东林煤矿急倾斜俯伪斜上保护层开采的被保护层瓦斯压力进行了现场考察试验．根据急倾斜俯伪斜采煤法的特点,对被保护层瓦斯压力考察方案进行了设计;研究了被保护层的原始瓦斯压力赋存规律,瓦斯压力随保护层工作面推进的变化规律和“四带”范围;在此基础上,划定了考察区域保护层沿倾斜下山方向和走向的保护范围．结果表明：该矿考察区域急倾斜俯伪斜保护层沿倾斜下山方向的卸压角为78．7^o;保护层伪斜工作面倾向各处的走向卸压角呈非均匀分布,其大小为43．5^o～53．6^o．考虑到煤层采掘过程中的不可预测因素的影响,东林煤矿急倾斜俯伪斜上保护层的保护范围沿走向和倾斜下山方向分别按40^o和78^o的卸压角划定是安全可靠的．