中国岩石力学与工程学会科学技术一等奖——厚煤层综放工作面瓦斯与火综合治理技术研究

<正>厚煤层综放工作面瓦斯与火综合治理技术研究大同矿区石炭二叠系煤层的综采放顶煤开采,具有特厚煤层、易自燃、低瓦斯含量、高绝对涌出量的特点。本项成果以塔山矿为试点,揭示了特厚煤层大采高综放工作面瓦斯涌出规律,开发出以顶板高抽巷抽采为主,辅以上下隅角封堵、高位钻孔和高位预     

低瓦斯含量特厚煤层瓦斯抽采技术研究

为了解决同忻矿特厚煤层"低瓦斯赋存,高瓦斯涌出"造成的综放工作面初采期间上隅角瓦斯超限的问题,在原有的加强通风系统管理和顶抽巷抽放的瓦斯治理手段基础上,提出采用煤体瓦斯预抽的方法,通过巧妙利用进风巷的调车硐室施工瓦斯抽采扇形钻孔进行瓦斯超前预抽,有效降低了掘进以及回采期间的瓦斯涌出浓度,有力保证了矿井的安全生产.     

特厚煤层综放工作面瓦斯抽采技术

崔家沟煤矿2303综放工作面存在抽采难度大、瓦斯涌出量大的问题,为此进行了特厚煤层综放工作面瓦斯抽采技术实践。分析综放工作面瓦斯赋存情况,首先采用分源预测法对2303工作面进行瓦斯涌出量预测,然后采取本煤层钻场扇形钻孔预抽、上隅角采空区埋管抽采、回风巷钻场高位钻孔抽采及顶板高位大直径定向长钻孔相结合的方法进行了瓦斯抽采。实践结果表明,采用分源预测法不仅预测了瓦斯涌出量,也可以掌握瓦斯的涌出来源;该方法对瓦斯抽采效果较好,抽采率满足要求,从而在一定程度上保证了工作面安全高效生产,可以为本矿其他综放工作面及同类高瓦斯矿井特厚煤层瓦斯抽采技术提供参考依据。     

极近距离煤层综放开采瓦斯涌出治理技术研究

针对六家煤矿极近距离煤层综放开采瓦斯涌出治理问题,通过分析综采放顶煤工作面瓦斯涌出的主要影响因素,并在WⅡN₃6-8综放工作面瓦斯涌出来源分析及预测的基础上,针对性地采取了本煤层及邻近层低位钻孔抽采、上覆采空区瓦斯抽采、上隅角埋管抽采相结合的瓦斯分源治理技术。研究结果表明:极近距离煤层卸压瓦斯涌出、采空区瓦斯涌出等是造成工作面上隅角瓦斯涌出量增大的主要影响因素;采取分源治理措施以后,工作面初采期间瓦斯抽采率最大达到78%,上隅角瓦斯浓度稳定在0.3%～0.6%,工作面、回风瓦斯浓度稳定在0.2%～0.4%,工作面未出现瓦斯超限,瓦斯治理达到了预期效果。     

塔山矿地面垂直钻孔治理工作面瓦斯技术与实践

塔山矿特厚煤层综放工作面开采强度大,煤层瓦斯含量低,涌出量大,受顶板跨落影响,瓦斯涌出波动大。为了避免工作面高强度开采与瓦斯治理工程在时间和空间上的矛盾,改善矿井安全生产环境,采用地面垂直钻孔抽采综放工作面采动过程中超前压力裂隙带和工作面上隅角后上方采空区瓦斯,控制了采空区高浓度瓦斯向工作面上隅角的大量涌出,同时有效降低了工作面回风流瓦斯浓度。     

三软煤层综放面上隅角瓦斯综合治理技术研究

郭村煤矿12041综采放顶煤工作面主采山西组二1煤层,本煤层瓦斯含量高,煤层透气性系数低,属于难以抽采的三软煤层,工作面巷道单一布置顺层钻孔成孔困难,抽采效果差,因此回采过程中瓦斯涌出量大,上隅角瓦斯超限频繁。在掌握工作面上隅角瓦斯涌出规律的基础上,提出了高位钻场、上隅角顶板插管、工作面浅孔抽放、煤层注水等综合措施,有效控制了上隅角瓦斯异常涌出,提高了工作面安全生产效率。     

综放采空区瓦斯抽采技术研究

余吾煤业属高瓦斯矿井,采用综采放顶煤技术,其煤层透气性低、瓦斯含量大,尤其是采空区瓦斯涌出量较大,一直影响工作面的正常生产,针对这一问题,利用千米钻机向煤层顶板打钻抽采瓦斯,通过优化钻孔的布置,取得了良好的抽采效果,确保了综放工作面的安全生产,提高了工作效率。     

特厚煤层综放工作面瓦斯抽采技术研究

为解决蒋家河煤矿采空区瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯超限和回风平巷风排瓦斯量大等问题,提出了本煤层预抽、专用瓦斯抽放巷抽采和上隅角埋管抽采瓦斯相结合的方法对该矿ZF202综放工作面进行瓦斯治理,进行了现场实测和瓦斯抽采效果分析。结果表明,本煤层预抽后,瓦斯含量由7.92 m^3/t下降为4.21 m^3/t,瓦斯压力由0.72 MPa下降为0.38 MPa;上隅角瓦斯浓度由0.78%下降至0.4%左右。通过对比,专用瓦斯抽放巷的抽采纯量是高位钻孔的2.5倍,抽采效果好于高位钻孔,使工作面和上隅角瓦斯浓度保持较低水平,有效地解决了特厚煤层综放工作面瓦斯超限问题,为安全生产提供了重要保障。     

高位钻孔抽放技术在演马庄矿的应用

演马庄矿开采的二1煤层为单一厚煤层,透气性低,瓦斯含量高,瓦斯涌出量大。通过测定煤层瓦斯含量,根据分源预测法预测工作面的瓦斯涌出量,分析27131工作面瓦斯涌出源和构成,根据采空区上覆岩层"O"型圈分布原理设计钻孔参数及抽采工艺,采用高位钻孔抽采技术抽采采区空和上隅角瓦斯,有力的消除了瓦斯超限事故,确保了工作面的安全和生产。     

低透气性特厚煤层瓦斯立体式抽采技术研究

针对魏家地煤矿东102工作面低透气性特厚煤层放顶煤开采造成工作面瓦斯超限现象,采用顶板巷、高位钻孔和地面钻井对采空区及煤层瓦斯进行立体式抽采,实践结果表明:上隅角瓦斯浓度保持在0.15％以下,回风瓦斯浓度在0.3％以下,瓦斯抽采率达到60％以上,成功解决了低透气性特厚煤层工作面瓦斯超限的问题.     

不同煤体结构组合的煤与瓦斯突出临界瓦斯压力

基于能量理论,分析了瓦斯突出瞬间能量的变化,构建了包括煤岩弹性能、瓦斯膨胀能在内的煤与瓦斯突出的正效应数理模型及煤岩抵抗瓦斯突出能量的负效应模型。根据煤岩应力应变试验,拟合得出了煤岩不同变形阶段力与变形量之间的关系,结合正、负效应耦合模型,计算出了寺河矿不同煤体结构组合下煤与瓦斯突出发生的临界瓦斯压力值。结果表明：在其他条件相似的情况下,随着软煤比例的增加,临界瓦斯压力值呈指数减小,煤与瓦斯突出的可能性大幅增加。利用该方法可以对煤与瓦斯突出临界值进行快速判断,从而采取有效措施。     

煤矿瓦斯治理"先抽后采"的实践与作用

分析了“先抽后采”概念的内涵及对煤矿瓦斯治理的作用,在研究煤矿煤层瓦斯赋存特点的基础上,综合分析了煤矿瓦斯抽采方法,结合煤矿瓦斯治理的实例和煤矿重特大瓦斯事故案例,对我国煤矿瓦斯治理提出了以下建议,即在有条件的情况下尽可能优先采用区域性瓦斯治理方法,强突出危险煤层和超大井型高瓦斯矿井必须采用区域性瓦斯治理方法．     

瓦斯地质法在煤与瓦斯突出预测中的应用

介绍了中马村煤矿的基本情况。运用瓦斯学的一般原理,对该矿的瓦斯地质进行分析和整理,建立了适合该矿的煤与瓦斯突出预测瓦斯地质法,通过比较证实了瓦斯地质法比其它预测方法安全经济。     

由残存瓦斯量确定煤层瓦斯压力及含量的方法

系统研究了突出煤样的破碎粒度、瓦斯压力对突出煤层残存瓦斯含量的影响.实验结果表明,煤的破碎粒度对残存瓦斯含量有显著影响,粒径越大,残存瓦斯量越大,当煤样粒径较大或较小时,煤样的残存瓦斯含量均趋于恒定.利用相同暴露时间下同一粒径煤样得出残存瓦斯含量与煤层瓦斯压力和瓦斯含量均存在幂函数关系.依据此规律,可在测定煤层的残存瓦...     

利用掘进工作面瓦斯涌出相对渗透性特征预测煤与瓦斯突出的方法研究

利用掘进工作面煤壁渗透瓦斯涌出量占掘进工作面整体瓦斯涌出量的比例及其变化情况,反映工作面煤体相对渗透性的发展状态及发展趋势,并建立了掘进工作面煤壁渗透瓦斯涌出能力的计算模型。通过某矿突出煤层3条典型的掘进巷道发生喷孔与不喷孔现象时煤壁相对渗透性的差异,证明了利用煤壁相对渗透性变化情况反映突出危险的实用性,为利用瓦斯涌出动态特征连续预测工作面突出危险性寻找到新的技术方法。     

高瓦斯矿井低含量煤层工作面瓦斯预抽必要性论证

针对屯宝煤矿部分煤层由于原始瓦斯含量本身较小是否有必要进行采前预抽的问题,从实现工作面瓦斯抽采的精细化管理出发,提出了瓦斯预抽必要性论证方法。在准确测定煤层瓦斯含量、分析工作面瓦斯涌出分布规律基础上,围绕工作面是否需要进行抽采、瓦斯治理措施保障能力、瓦斯治理能力等方面对采煤工作面瓦斯预抽的必要性进行了分析论证。通过在屯宝煤矿II02040501工作面进行实践应用,得出II02040501工作面采前不预抽情况下,工作面生产条件不变,回采期间采用高位钻孔结合风排治理瓦斯完全可以满足工作面安全生产的要求。     

高瓦斯超近距离煤层群煤与瓦斯共采工艺

针对平煤股份六矿高瓦斯超近距离煤层群的具体赋存条件,在自动化回采工作面的设计过程中,以煤与瓦斯共采理论为指导,在科学分析超近距离煤层群回采过程中工作面瓦斯涌出规律的基础上,应用上隅角埋管抽采、高位钻场抽采等综合分源抽采方案。在有效控制工作面瓦斯抽采的基础上,进一步优化煤与瓦斯共采工艺,取得了非常明显的技术效果。     

松树镇煤矿瓦斯地质规律及瓦斯防治措施研究

运用瓦斯地质理论和方法,分析了松树镇煤矿地质因素对煤与瓦斯突出的影响及回采工作面瓦斯涌出特征。结果表明,地质构造和煤层埋深是影响煤层瓦斯赋存主要因素,而煤与瓦斯突出主要受地质构造影响,在地质构造带应力较集中,煤体结构遭到破坏,瓦斯含量及压力增大,容易导致煤与瓦斯突出事故发生;回采工作面瓦斯涌出以采空区瓦斯涌出为主,约占46.62%。在此基础上提出了优化通风系统、完善瓦斯监测预测和加强瓦斯抽采等瓦斯综合防治措施,为松树镇煤矿安全生产提供技术保障。     

煤矿抽放瓦斯实践对煤层气开发的启示与借鉴

我国煤矿抽放瓦斯已有50多年历史,从技术到规模均达到世界先进水平。因此,煤层气开发应充分研究和借鉴抽放瓦斯的原理和实践经验。文中结合煤矿抽放瓦斯实践,列举和分析了几种可行的煤层气开发方式。     

裂缝的微观形态对煤层气体渗透作用影响的模拟

为了研究裂隙微观形态对煤层气运移控制作用,根据粗糙度及其各向异性因子构建3D裂隙空间,然后在单相流条件下模拟了流体的行为,进而推演宏观渗透性能,分析了裂隙表面微观几何形态对其渗透性能的影响。结果表明,具有粗糙表面的裂隙空间的渗透率低于理论模型预测结果,粗糙度分形维数越高,裂隙的渗透率会增大。