老厂矿区高位定向长钻孔“以孔代巷”瓦斯抽采技术研究

云南老厂矿区无烟煤瓦斯含量高、衰减性强、透气性系数低、瓦斯难于抽采,采用常规顺层钻孔和普通顶板高位钻孔方式难以解决上隅角瓦斯和回风流瓦斯超限问题,而采用顶板高抽巷方式面临工程量大、经济成本高、工期长等问题。通过使用定向大直径钻机施工高位定向长钻孔替代顶板高抽巷的方法,利用FLAC~(3D)数值差分软件分析煤层顶板断裂带高度。结果表明:老厂矿区8~#煤层垂向18～35 m区域为最佳抽采层位,使用高位定向长钻孔对8~#煤层顶板裂隙抽采后平均抽采瓦斯浓度(甲烷体积分数,下同)可达16%左右,平均抽采瓦斯纯流量为9.05 m~3/min,工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.60%以下,回风流瓦斯浓度控制在0.40%以下,与采用高抽巷方法的瓦斯抽采效果相当,验证了高位定向长钻孔"以孔代巷"技术的合理性和可行性,可为云南老厂矿区无烟煤瓦斯抽采提供参考。     

大直径顶板定向长钻孔替代高抽岩巷的瓦斯抽采效果分析

为进一步提高采空区裂隙带瓦斯抽采效果以保障工作面回采期间安全,提出了一种大直径顶板定向长钻孔(?203 mm)进行采动区裂隙带瓦斯定向抽采技术,并对其施工工艺、钻孔布置合理层位及抽采效果进行了研究。结果表明,钻孔布置的合理垂直高度45～50 m,钻孔与工作面回风侧的水平间距40 m。与高抽岩巷、普通顶板高位钻孔等常规采动区瓦斯治理方法相比,大直径顶板定向长钻孔的抽采量与高抽岩巷相当,是普通顶板高位孔抽采量的2.04倍;工程量大幅度降低,大直径顶板定向长钻孔既能实现高效率抽采,又达到节约工程量、降低施工成本等效果。大直径顶板定向长钻孔的成功应用为以孔代巷及传统顶板高位孔工艺的改进提供了实践基础和发展方向。     

小庄矿“以孔代巷”瓦斯抽采技术可行性研究

针对高抽巷工程量大、成本高等问题,提出采用高位长钻孔代替高抽巷工作面采空区瓦斯抽采模式。对比分析了小庄煤矿40309工作面高抽巷、高位钻孔、上隅角插管和边采边抽的瓦斯抽采量,对工作面现有瓦斯抽采能力进行了核定。研究发现,瓦斯抽采量约占绝对瓦斯涌出量的86.2%,高抽巷抽采占比约为48.39%,高位钻孔抽采占比仅为7.71%,现有抽采系统难以实现高位长钻孔代替高抽巷的抽采工艺;针对高位钻孔抽采占比低的问题,结合现场瓦斯抽采系统抽采能力,为实现工作面采空区瓦斯"以孔代巷"进行了高位钻孔参数核算,主要包括高位钻孔抽采量、钻孔数量、管路最小内径及抽采泵最小额定流量等参数,并从施工成本角度分析了现场实施"以孔代巷"技术的可行性。     

大直径高位钻孔代替高抽巷治理采空区瓦斯研究

为了解决高抽巷采掘交替紧张、回采成本高、施工周期长的难题,提出了用大直径高位钻孔代替高抽巷来抽采采空区瓦斯,并对钻孔合理布置层位进行了研究,以山西某矿68310工作面为工程背景,采用FLAC3D数值模拟和现场工业试验的方法进行分析研究。结果表明：模拟得到裂隙带高度为34.2 m,垮落带高度为12.5 m,与理论计算值基本一致;通过比较不同钻孔直径的应力集中系数和卸压范围,得到钻孔的最佳直径为0.4 m,最佳布孔间距为1 m。现场实测数据显示,大直径高位钻孔作用后上隅角瓦斯体积浓度降到约0.37%,回风巷瓦斯体积浓度降到约0.28%,抽采纯量与抽采浓度和高抽巷相当,有效解决了上隅角瓦斯超限的问题,同时证实了大直径高位钻孔代替高抽巷的可行性。     

采空区顶板高位定向钻孔差异化布置与抽采效果分析

为解决高瓦斯矿井采空区上隅角瓦斯超限问题,基于回采工作面回采过程中顶板破坏规律,结合顶板高位定向钻孔抽采采空区和上隅角瓦斯治理技术原理,提出采空区顶板高位定向钻孔差异化布置。通过数值模拟寺河矿E5302工作面顶板破坏规律,得到距回风侧煤壁90 m范围内不同位置张拉破坏高度关系式,为高位定向钻孔在回采面回风侧横向一定范围内差异化精准布置提供参考依据,确定采空区顶板高位定向钻孔布置层位为距顶板垂直距离30~45 m;现场试验期间,差异化布置顶板高位定向钻孔抽采瓦斯浓度高、流量稳定,整体抽采效果较好,有效抽采瓦斯时间达50 d以上,在抽采稳定时期钻场钻孔平均纯瓦斯抽采量达15.5 m~3/min,上隅角瓦斯体积分数控制在0.44%左右,保障了矿井回采期间安全。     

大直径高位定向孔一次钻扩技术及瓦斯抽采效果分析

针对“U”型通风回采工作面采动卸压瓦斯常规治理方式存在的综合效率低、治理成本高等问题,以山西晋城矿区某煤矿生产工作面为研究对象,提出采用φ200 mm大直径高位定向钻孔进行采动卸压瓦斯治理;基于该煤矿顶板大直径高位定向钻孔成孔技术难点分析,选型了关键钻进装备,包括ZDY20000LD型定向钻机、BLY460型泥浆泵车和多动力扩孔钻具;开发了复合强排渣定向钻进技术与多动力一次扩孔技术,实现了复杂地层条件下φ120 mm高位孔定向钻进与φ200 mm一次钻扩成孔,综合成孔效率较常规多次分级扩孔方式提高50%以上。瓦斯抽采效果表明：距煤层顶板30～40 m、距回风巷道40 m区域范围是采动裂隙密集发育区,钻孔平均瓦斯抽采体积分数保持在40%以上、最大瓦斯抽采纯量10.94 m³/min,效果显著。     

大直径定向钻孔高效成孔钻进技术应用

为了提高寺河煤矿工作面上隅角和回风瓦斯的治理效果,根据工作面顶板覆岩地质特征及开采条件,在煤层上覆顶板岩层内施工顶板高位大直径定向钻孔,依据经验公式确定了顶板大直径高位定向钻孔布置层位。针对顶板硬岩大直径定向钻孔施工过程中先导定向钻孔钻进及分级扩孔效率低的问题,将冲击螺杆马达、扭力冲击器与双级双速扩孔钻具分别应用于定向先导孔与扩孔施工,以提高顶板高位大直径定向钻孔整体施工效率。应用效果表明：冲击螺杆马达成孔技术与扭力冲击旋转扩孔技术提速效果显著,最高钻进速率分别为13.6m/h和11.1m/h,最终形成的200mm大直径高位定向长钻孔保证了钻孔轨迹在煤层顶板裂隙带内有效延伸,实现了对采动卸压瓦斯的持续稳定抽采,取得了良好的瓦斯抽采和治理效果,平均单孔瓦斯抽采量达到3.36m/min,单孔瓦斯瞬时最大抽采量可达26.0m/min。     

大直径高位钻孔代替高抽巷抽采瓦斯的研究

针对高抽巷施工工程量大、投入大的问题,在沙曲矿24207综采工作面进行了大直径高位钻孔替代高抽巷的试验,对二者的抽采效果进行了对比分析。高位钻孔抽采瓦斯效果达到了高抽巷抽采瓦斯的效果,且高位钻孔呈扇形布置,能扩大抽采范围,延长瓦斯抽采服务时间,提高瓦斯抽采率,将工作面回风瓦斯体积分数控制在0. 33%左右。应用结果表明用大直径高位钻孔代替高抽巷进行瓦斯抽采是可行的。     

顶板高位大直径定向钻孔抽采瓦斯治理技术应用研究

晋煤集团寺河矿是罕见的高瓦斯矿井,为进一步降低工作面回风瓦斯,设计在W1305工作面进行顶板高位大直径定向钻孔抽采采空区瓦斯技术应用实验,通过理论分析、现场实体检测等方法表明,顶板高位大直径定向钻孔平面上距离巷道15～60 m较合理;剖面上距离煤层顶板30～45 m,钻孔瓦斯抽采浓度较大;其介入瓦斯抽采前回风巷上隅角各采集点的瓦斯浓度较高,最高达到0.65%,高位钻孔介入抽采后下降至0.4%,工作面瓦斯治理效果显著。     

复杂地层大直径高位定向钻孔代替高抽巷瓦斯抽采可行性及效果分析

针对高抽巷瓦斯抽采存在施工成本高、周期长、劳动强度大等问题,开展在复杂地层中采用定向钻机施工大直径高位定向钻孔代替高抽巷的技术研究,并形成 “定向先导孔+正向分级扩孔”成孔工艺,确保特殊地质条件下大孔径钻孔的成孔率。赵庄煤业在3307和1309工作面施工大直径高位定向钻孔,最大孔深突破600 m,最大孔径203 mm。1309工作面大直径高位定向钻孔单孔最高日抽采量突破3.3万m³,单个钻场最高日抽采量突破5万m³,与高抽巷瓦斯治理能力相当,证明了复杂地层条件下定向钻机施工大直径高位定向钻孔代替高抽巷抽采瓦斯的可行性。结合“竖三带”和椭抛带理论,对大直径高位定向钻孔最佳布孔范围进行了分析和确定。     

高位大直径抽采钻孔在潞安的应用

近年来工作面采空区瓦斯涌出造成工作面上隅角瓦斯超限越来越严重,为了解决这一问题,"以孔代巷"技术应时而生,用高位大直径抽采钻孔替代高抽巷技术,比裂隙带钻孔技术抽采混合流量要大,比采空区埋管抽采技术的辐射性要好,比高抽巷的成本低。文章介绍了高位大直径钻孔的特点,并与高抽巷的抽采效果进行了对比。     

大直径钻孔“以孔代巷”上隅角瓦斯治理参数优化及应用

为解决回采工作面上隅角瓦斯超限问题,提出大直径钻孔"以孔代巷"上隅角瓦斯抽采技术,应用数值模拟方法,对大直径钻孔参数进行了优化,确定了最优孔径、孔距和终孔位置。大直径钻孔"以孔代巷"上隅角瓦斯抽采技术在西曲矿18401工作面现场应用效果表明:大直径钻孔间距为5 m、孔径为350mm及钻孔终孔位置至顶板距离为0.3m时,上隅角瓦斯浓度降至最低,抽采效果最佳;与施工高抽巷抽采进行瓦斯抽采相比,大直径钻孔"以孔代巷"上隅角瓦斯抽采技术施工难度低速度快,成本降低85.79%;工作面回采过程中,上隅角瓦斯浓度均保持在0.2%以下,有效解决了采煤工作面上隅角瓦斯易于集聚的难题,保障了工作面的安全生产。     

高抽巷联合高位钻孔治理上隅角瓦斯合理层位研究

针对黄岩汇煤矿"U"型通风综采工作面高抽巷层位高、错距大,导致的上隅角瓦斯超限问题,提出了高抽巷联合走向倾斜高位钻孔立体化抽采技术来治理上隅角瓦斯涌出。以黄岩汇煤矿15108、15105综采工作面为研究对象,现场跟踪考察了高抽巷和高位钻孔联合抽采的合理布孔层位及上隅角瓦斯治理效果。研究表明:高抽巷层位在50～60 m时,抽采瓦斯纯量稳定,平均抽采纯量可达到80 m3/min,可以有效地阻截邻近层瓦斯涌向采空区,降低采空区瓦斯总量。走向倾斜高位钻孔作为高抽巷的补充措施,其层位布置在煤层顶板以上25～30 m时,能够较好地发挥对采空区上隅角瓦斯流场的干预作用,达到较好的瓦斯防治效果。在联合层位下,高抽巷和高位钻孔联合抽采作用下,能够将上隅角瓦斯浓度控制在0.3%以下,该技术对相似条件下上隅角瓦斯治理具有指导作用。     

裂缝带顺层长钻孔瓦斯抽采技术研究

为进一步提高采空区裂缝带瓦斯抽采效果、降低矿井瓦斯治理成本,保证工作面安全回采,曙光煤矿引进大直径顶板定向长钻孔技术对工作面覆岩裂缝带瓦斯进行抽采,同时对高位定向钻孔布置层位及施工工艺进行了研究。现场工业性试验表明,垂直方向上定向钻孔层位布设于裂缝带中下部瓦斯聚集区域17.1~22.8 m;水平方向上钻孔分布范围距回风巷15~35 m,钻孔间距为10 m。与普通高位钻孔抽采技术相比,该套技术不仅大幅减少高位钻场数量和钻孔进尺量,显著缩短施工工期和降低施工成本,而且瓦斯抽采效果明显优于常规钻进技术,平均单孔瓦斯抽采纯量由0.15 m³/min提高到1.55 m³/min,提高了9倍;钻孔抽采寿命由18~33 d提高到146 d以上,提高了4倍以上。     

综采工作面高位钻孔瓦斯抽采技术研究

为保证采煤工作面瓦斯抽采效果,针对挖金湾煤矿采空区瓦斯高、治理难度大问题,提出并实施高位钻孔抽采瓦斯技术。根据工作面采空区覆岩沉降特征,研究高位钻场布置位置,计算确定高位钻孔施工技术参数。通过在8107工作面进行高位钻孔抽采瓦斯技术试验,并与高位顶板抽放巷抽采瓦斯效果进行对比分析,结果表明高位钻孔抽采瓦斯浓度、纯量和有效抽采时间均高于高位巷抽采。     

顶板高位定向钻孔瓦斯(CO2)治理技术研究与应用

海石湾煤矿是罕见的煤与瓦斯(CO₂)突出矿井，为进一步降低工作面回风流和上隅角瓦斯(CO₂)浓度，设计在6224-1工作面回风巷施工顶板高位大直径定向钻孔抽采采空区瓦斯(CO₂),以孔代巷，解决回采工作面采空区瓦斯(CO₂)涌出问题；结合“竖三带”理论，对大直径高位定向钻孔最佳布孔范围进行了分析和确定，通过定向钻进技术使钻孔分布在煤层顶板回采断裂带(“O”型圈)内，保障工作面回采过程中的瓦斯抽采通道。顶板高位大直径定向钻孔在平面上的布置距离回风巷10～70 m(控制工作面倾斜长度1/3);高程布置距离煤层顶板16～28 m,有效降低了工作面回采时上隅角和回风流中的瓦斯(CO₂)浓度。工程应用表明，大直径顶板高位定向钻孔在瓦斯(CO₂)治理的效果、成本、施工效率等方面均优于传统高位普通拦截钻孔。     

煤层采动卸压瓦斯抽采顶板裂隙带定向#br# 长钻孔施工技术#br#

贵州某矿存在煤层采动卸压瓦斯抽采与上隅角瓦斯超限的难题,施工常规顶板裂隙钻孔进行瓦斯抽采时,由于顶板岩层裂隙发育多,地质条件复杂,导致钻孔深度浅、成孔率低、钻孔有效段无法准确控制在稳定岩层和裂隙带层位,严重制约影响钻孔施工质量及瓦斯抽采效果。为有效保证钻孔成孔率,提高钻孔有效段长度,准确控制钻孔轨迹,采用近水平定向钻孔施工技术,施工顶板裂隙带定向长钻孔,实现“以孔代巷”,总结出一套适合某矿高位定向钻孔成孔工艺方法和布孔参数。应用结果表明,利用定向钻进技术,钻孔单孔瓦斯抽采浓度达60%,瓦期抽采纯量为1.1 m3/min以上,效果显著,具有很好的推广应用价值。     

煤与瓦斯突出矿井工作面顶板高位钻孔优化设计

为提高瓦斯抽采率,基于采场围岩裂隙发育特征及瓦斯流动规律,采用UDEC数值模拟软件模拟祁南煤矿342工作面在推进时的覆岩裂隙发育规律,优化工作面顶板高位钻孔设计方案。研究结果表明:当工作面推进速度5 m/d时,裂隙发育和瓦斯积聚区距煤层顶板12~22 m,在高位钻孔的层位控制范围,高位钻孔倾向控制范围优化为距回风巷9~36 m,钻场间钻孔的压茬距离35 m。祁南煤矿342工作面顶板高位钻孔按优化方案设计施工,单孔最大瓦斯抽采体积分数达84%,高位钻孔瓦斯抽采率达50%以上,工作面回风流的瓦斯体积分数控制在0.6%以下,保证了工作面的安全开采。     

放顶煤工作面以孔代巷抽采管路连接方式优化研究

为解决放顶煤工作面生产期间上隅角瓦斯治理难题,提出采用大直径钻孔代替联络巷的方法抽采放顶煤工作面上隅角的瓦斯。通过Fluent软件模拟腾晖煤业2-105放顶煤工作面自然情况下采空区瓦斯浓度分布规律及不同管路连接方式对采空区瓦斯浓度分布规律的影响,确定合理的抽采管路连接方式。模拟结果表明:横向大直径钻孔可代替联络巷治理高瓦斯放顶煤工作面上隅角瓦斯问题;当抽采管路采用双孔双管路的连接方式时,上隅角的瓦斯体积分数为0.25%,瓦斯抽采效果最好。现场应用结果表明:1～6组大直径钻孔抽采纯量可达到的最大值分别为1.05、1.11、1.03、1.06、1.08、1.04 m~3/min,满足霍州煤电集团腾晖煤业有限责任公司对上隅角瓦斯治理的预期要求;大直径钻孔抽采过程中上隅角瓦斯浓度均在可控范围内,上隅角瓦斯体积分数为0.32%～0.74%,当钻孔距离工作面20～25 m时,处于大直径钻孔对上隅角控制的薄弱时期,上隅角的瓦斯体积分数达到的最大值为0.74%;"以孔代巷"抽采技术可有效解决高瓦斯放顶煤工作面存在的瓦斯治理难题。     

近距离煤层群开采工作面瓦斯超限治理技术研究

针对近距离煤层群开采过程中工作面瓦斯浓度频繁超限的问题,以重庆松藻矿区为例测试了煤体孔隙结构和吸附能力,现场对比了裂隙带高位抽采钻孔、高位抽采巷道和采空区抽采钻孔3种方法防治瓦斯超限效果。结果表明:煤体大孔与裂隙不发育,渗透率低,瓦斯预抽效果差,开采卸压导致工作面瓦斯超限。裂隙带高抽巷作用下平均瓦斯抽采量为12.6 m~3/min,平均瓦斯抽采体积分数为32.75%,与高位抽采钻孔相比分别提高了5倍和2.8倍。采空区抽采钻孔与冒落带连通导致工作面空气进入高抽巷,平均瓦斯抽采体积分数降低至28.19%,抽采量为11.38 m~3/d。高抽巷方法使工作面尾排瓦斯平均体积分数降低了63.2%,上隅角瓦斯平均体积分数降低了19.6%,杜绝了工作面瓦斯超限事故的发生,单月工作面推进效率平均提高了46.7%,10个月共抽采可直接利用瓦斯441.7万m~3,取得了良好的经济社会效益。