金能公司4331煤巷掘进工作面综合防突技术

 金能公司4331工作面为煤与瓦斯突出工作面,地质构造复杂,为了防治4331工作面石门揭煤、煤巷掘进及工作面回采过程中发生煤与瓦斯突出,研究了切实可行的局部综合防突技术,在石门揭煤与煤巷掘进时采用钻屑指标法预测突出危险性,并采取保护层开采、超前排放孔、煤层水力冲孔、预抽钻孔等防突措施以及安装压风自救装置防治突出,措施实施后再进行效果检验和区域验证,直到无突出危险为止。     

高压水射流卸压增透瓦斯治理技术研究与应用

为提高石门揭煤区域瓦斯治理钻孔的抽采浓度和抽放量,减少突出煤层预抽时间,基于高压水射流破煤原理,论述了高压水射流冲孔卸压增透的防突机理,阐述了高压水射流冲孔的瓦斯治理效果。结果表明,煤层实施水力冲孔措施后,煤的弹性潜能得到了释放,有效消除激发突出的应力,具有较好的卸压增透效果,提高了抽采瓦斯浓度和抽放量,实现了安全快速的区域消突。本文介绍了高压水射流卸压增透瓦斯治理技术在新集一矿-700 m中央行人暗斜井的应用情况。     

穿层水力冲孔增透技术在严重突出煤层中的应用

为了消除严重突出煤层的突出危险性,提高煤层瓦斯预抽率和突出煤巷掘进工作面的掘进速度,以义马煤业集团义安矿YX001工作面轨道巷为研究背景,对穿层水力冲孔增透技术的施工工艺及增透效果进行了研究。现场应用表明,穿层水力冲孔增透技术措施能降低煤层瓦斯压力,增加透气性,冲孔后,残余瓦斯含量下降到3.34~6.43 m3/t,有效地消除了煤层突出危险性;大幅度释放煤体中的瓦斯,使严重突出煤层巷道掘进速度提高了1倍以上,掘进速度达70 m/月(18.3m2大断面),取得了良好的综合防突效果。     

复杂地质条件下立井揭煤防突措施

针对河南某矿井筒揭煤区域有断层的复杂地质条件,对水力冲孔措施进行了优化,以水力冲孔加注浆方法为井筒揭煤的区域防突措施,以揭煤后煤层段壁后注浆方法为安全措施,在保证安全的前提下,提高了立井揭煤区域防突措施的实施效果和效率,缩短了揭煤及掘进工期,提高了生产效率,取得了较好的经济效益。     

综合防治煤与瓦斯突出技术探讨

金能公司所属煤矿为煤与瓦斯突出矿井,三层煤为突出煤层,同时为煤层群开采,具备开采保护层条件。分析了在保护层开采、石门揭煤、煤巷掘进工作面所采取的防突措施,界定了金能公司一号井三层煤在掘进、开采过程中的突出危险,便于采取相应措施和预防手段;对于无突出危险区域,可不采取防突措施,提高了采煤工作面的生产能力,确保了矿井的安全开采。     

缓斜特厚煤层石门揭煤区域综合防突技术

在石门揭穿缓倾斜特厚突出煤层时,穿煤段距离一般长达几十米,抽排钻孔施工时,喷孔、卡钻严重,施工困难,无法一次性穿透煤层全厚,传统上只能采取分段防突措施,揭穿煤层。但分段实施防突措施,危险性大,揭煤时间长。为此,提出了复杂条件下的石门揭煤区域综合防突措施,包括迎头抽排钻孔与水力冲孔综合防突措施、顶板巷钻孔抽放区域防突措施、穿煤段顺层孔排放、金属骨架与煤体固化安全防护措施。通过在青东矿8煤石门揭煤现场试验,安全、快速的揭开了煤层,证明了该方法的有效性。     

煤巷掘进工作面强弱耦合能量控制防治煤与瓦斯突出理论与方法

针对突出煤层煤巷掘进突出危险性大、不易控制的难题,基于强化煤体结构及卸压增透瓦斯抽采时空协同机制,提出了穿层注浆加固与水力冲孔强弱耦合防突方法.从能量的角度分析了强弱耦合结构防治煤与瓦斯突出机理.借助数值模拟方法研究煤巷掘进时强弱耦合结构煤巷围岩应力响应及变形演化规律,得出强弱耦合措施能够实现应力集中纵深运移及减小煤巷变形的双重目的.进行现场试验发现,对比水力冲孔段,强弱耦合段煤巷围岩两帮变形量和顶板下沉量分别减小58.51％和61.42％;水力冲孔段煤巷两帮破碎程度大于强弱耦合段,且水力冲孔段和强弱耦合段煤巷两帮应力集中区分别在4 m和5 m左右;采取强弱耦合方案后,煤巷掘进速度提升了15.34％.穿层注浆加固与水力冲孔强弱耦合防突措施可以降低煤层瓦斯含量和压力,增强煤体强度,减少巷道变形,保障煤矿安全生产.     

石门揭煤钻孔抽放布置形式的对比选择

自上世纪60年代以来,石门揭煤防突措施先后采用了水力冲孔、金属骨架结合扩孔钻具卸煤措施、煤层固化措施和钻孔抽排瓦斯措施,相比之下钻孔抽放措施更能有效地排放煤层中的瓦斯,使煤体充分卸压,增强煤体的强度,因此应作为石门揭煤的首选防突措施。     

水力冲孔增透卸压技术在鹤煤六矿的应用研究

鹤煤六矿为严重的煤与瓦斯突出矿井,亟待解决突出煤层煤巷快速掘进问题,通过介绍水力冲孔技术原理、工艺,结合矿井2145地区瓦斯地质条件,在井下2145底抽巷应用研究水力冲孔防治煤与瓦斯突出技术,有效解放了2145下顺槽煤层瓦斯,通过水力冲孔前后煤巷单进、瓦斯参数对比,应用水力冲孔技术有效增加了煤层透气性、瓦斯抽采浓度和抽采纯量,提高煤巷单进,抽采、消突效果显著,有显著的推广应用价值,可供类似条件下的突出矿井防突工作提供借鉴。     

水力增透强化抽放快速揭煤技术

义煤集团公司新义煤矿主采的二1煤层属缓倾斜严重突出危险煤层。在石门揭煤过程中,通过选择合理的安全岩柱、水力冲孔参数,采取钻场水力冲孔抽放瓦斯防突措施,实现了巷道快速安全揭煤,确保了矿井的安全生产。     

穿层水力冲孔卸压增透效果的研究

分析了水力冲孔增透消突的机理,阐述了水力冲孔的工艺流程,以北辰矿8111工作面底板巷为试验地点,考察了水力冲孔前后抽采影响半径、煤层瓦斯含量、透气性系数、抽采瓦斯浓度和瓦斯流量的变化。并利用RFPA2D-Flow软件模拟了水力冲孔前后煤层裂隙发育过程,研究了水力冲孔后煤层应力和渗透系数对抽采效果的影响。     

深部低透气性煤层水力冲孔措施防突机理分析

针对淮南矿区谢桥、潘三等矿开展的水力冲孔消突试验,利用数值模拟软件ANSYS对水力冲孔措施前后所形成的孔洞进行了模拟解算;定量分析了冲孔前后孔洞周围煤体应力、应变和位移的变化情况,并结合现场实际对水力冲孔措施的防突机理进行了分析,结果表明：在深部无保护层可采的低透气性突出煤层中采用水力冲孔措施后,冲孔后的瓦斯浓度不仅比冲孔前提高了50％左右,而且抽放浓度和抽放瓦斯纯流量也增加了3倍左右,大幅提高了煤层的瓦斯抽放效率,降低了煤体的弹性潜能和瓦斯潜能等突出潜能,减少了煤层的突出危险性。     

水力冲孔技术在松软低透突出煤层中的应用

针对嘉禾县罗卜安煤矿煤层松软低透气性的现状,选择了水力冲孔增透措施,介绍了水力冲孔增透机理及基本工艺流程,研究了水力冲孔在松软低透突出煤层区域抽放消突措施中的应用效果。研究表明,水力冲孔在松软低透突出煤层区域抽放消突措施中应用效果显著,单孔冲出煤体7t,冲出瓦斯558．3m^3,抽放钻孔等效孔径提高13．38倍,钻孔抽放有效影响半径提高2～3倍,单孔瓦斯预抽浓度提高4～5倍,抽放衰减周期提高3倍以上。     

潘三矿13-1煤层水力冲孔试验研究

为考察潘三矿13-1突出煤层水力冲孔技术措施的消突效果,基于13-1煤层的赋存条件,介绍了潘三矿-650 m东四运输大巷利用穿层钻孔进行水力冲孔试验的过程,研究了水力冲孔的冲出煤量、风流中瓦斯浓度、考察孔瓦斯流量、瓦斯抽采半径和冲孔前后瓦斯抽采流量变化等5个方面。结果表明:在单孔每米冲出煤量达到2.0~3.0 t时,13-1煤层瓦斯抽采半径达到4.5 m,考察孔瓦斯流量为冲孔前的10倍以上,瓦斯流量衰减系数仅为冲孔前的30%,在冲孔控制区域内煤体得到卸压,煤层瓦斯含量降低了近70%,释放了煤层的突出潜能,取得了明显的卸压增透效果。     

水力冲孔喷头结构参数设计及试验研究

 水力冲孔喷头结构和参数的设计直接影响到试验的效果。本文通过水射流理论、喷嘴出口水射流压力的计算、扰动理论以及喷嘴出水孔角度的优化计算对喷头进行初选、再选及终选,使得喷头满足最小破煤压力、最大冲出煤量及顺利排渣的要求,研究出一套水力冲孔喷头结构及参数设计的理论体系。结合北辰煤矿81煤大量水力冲孔对比试验,得出适合本煤层的喷头型号为3?2mm+1?1.5mm,合理布置了喷头各喷嘴位置,最终总结出北辰煤矿81煤水力冲孔喷头选型表,指导水力冲孔过程中喷头的选择,达到最佳冲孔效果,煤层得到卸压、增透并消除了突出危险性,保障煤矿的安全生产。     

水力冲孔影响范围数值模拟研究与应用

针对某矿为了解决"三软"低透气性突出煤层抽采困难,采用水力冲孔卸压增透强化抽采措施时遇到的影响范围难以确定的问题,通过分析水力冲孔作用机理,运用瓦斯流动理论与方法建立钻孔周围流固耦合模型;利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对水力冲孔的卸压增透范围进行模拟,采用现场试验的方法对数值模拟结果进行考察,验证了数值模拟的正确性。     

水力冲孔有效影响半径数值模拟

根据力学平衡方程和质量守恒定律及煤层渗透率、孔隙率、煤岩体积应变等参数的关系,建立了煤层底板巷水力冲孔气固耦合方程。通过模拟不同出煤量的水力冲孔有效影响半径变化,得出水力冲孔有效影响半径随冲出煤量和抽放时间的增加而增加。当冲出煤量为1 t/m时,有效影响半径为5.8 m,卸压增透效果十分理想。     

受采动影响煤层水力冲孔增透技术试验研究

以张集矿北区为研究对象,介绍了在保护层开采后未及时进行瓦斯抽采,煤岩体重新压实条件下水力冲孔的现场试验过程,并与仅进行保护层开采的卸压增透和在未受采动影响的实体煤层中进行水力冲孔的卸压增透现场试验效果进行了对比。结果表明,在受采动影响的煤层中进行水力冲孔,对煤层进行二次卸压,可使水力冲孔的有效抽采半径增大到16 m,使瓦斯抽采率提高到46%,并且在受采动影响的煤层中进行水力冲孔可降低水射流的破煤压力。     

水力冲孔消突措施试验研究

针对淮南矿区埋深大、透气性低及高地应力的煤层赋存状态,为了解决石门揭煤过程中的煤与瓦斯突出问题,在谢桥等5个矿试验了水力冲孔技术,通过排出部分煤体和瓦斯,对煤体增透卸压,从而实现快速、安全的揭煤。研制了水力冲孔专用PZCK-C-*系列喷头,优化了水力冲孔工艺和技术参数,模拟对比了冲孔前后钻孔周围的应力变化。试验结果表明,在钻孔冲出煤量达到1.0～2.5 t/m时,其冲孔影响半径可以达到5.5～9.0 m,煤层透气性系数增大了70%～370%,实施水力冲孔后,冲孔控制区域的煤体得到卸压,透气性增大,突出潜能和瓦斯热力学能得到释放,快速消除了石门揭煤工作面的突出危险性。