凤凰山矿15号煤顶板高位钻孔抽放瓦斯技术研究

 针对凤凰山矿151304综采工作面“U”型通风系统回采过程中上隅角瓦斯超限实际,在分析采空区瓦斯主要来源于上覆9号煤层的基础上,利用煤层回采后煤层顶板覆岩层的卸压特征,在煤层顶板覆岩内布置高位钻孔直接对上邻近层卸压瓦斯进行抽采和拦截,并对钻孔布置参数进行了研究。实践应用表明,所设计施工的顶板高位钻孔能够很好的满足151304工作面采空区瓦斯治理的需要,解决了工作面瓦斯超限问题。     

基于覆岩裂隙发育规律的高位钻孔合理布置研究

为了保证矿井安全高效回采,解决工作面上隅角瓦斯问题,以覆岩裂隙发育规律为研究基础,对采空区顶板高位钻孔的合理布置方式进行研究。并以申南凹煤矿20102综采工作面为研究背景,采用相似模拟、理论分析以及现场试验多种方法综合研究,利用相似模拟二维实验研究20102综采工作面回采期间覆岩裂隙发育规律,确定覆岩随工作面回采过程中压实区、裂隙区等分布变化规律。研究结果表明：在时间次序上覆岩裂隙随工作面回采经历横向裂隙发育、纵向裂隙发育、裂隙场扩张、裂隙重新压实的推进演化过程,其中裂隙扩张区为高位钻孔的合理布置位置,能够有效地提高钻孔抽采效率,高位钻孔的合理布置层位位于裂隙带距顶板30～50m范围内,能够合理地保证钻孔成孔率以及高效抽采效率,有效地降低上隅角瓦斯浓度(达到0.4%左右),并且能够稳定保持。     

高瓦斯综采工作面定向钻孔代替尾巷抽采瓦斯技术

针对高瓦斯综采工作面U型通风条件下上隅角瓦斯超限问题,分析了定向钻孔代替尾巷抽采卸压瓦斯的必要性及可行性,阐述了卸压瓦斯抽采原理;利用物理相似模拟及理论分析,分析了采动覆岩裂隙演化规律,确定了定向钻孔参数,并进行现场工程应用。结果表明:随着工作面推进,试验工作面采动覆岩形成不规则冒落带、规则冒落带、裂隙带、弯曲下沉带,其中规则冒落带高度为17.9 m(采高的4.48倍),裂隙带高度为60.36 m(采高的15.09倍);定向钻孔与回风巷平距为8～20 m,与煤层顶板垂距平均18.5 m;利用定向钻机施工钻孔偏移量较小,定位准确,瓦斯抽采纯量平均6.37 m~3/min,占瓦斯涌出量的8.59%,实现了定向钻孔代替尾巷治理瓦斯效果,保证了工作面安全回采。     

近距离三软薄煤层群综采工作面瓦斯治理技术

基于贵州省煤层赋存复杂、煤层层间距小、煤层厚度薄、煤层及顶底板软等特点,以贵州发耳矿井为具体研究对象,分析了近距离薄煤层群三软综采工作面瓦斯治理难点,综合选取了顺层钻孔预抽、穿层钻孔预抽、高位钻孔抽采、采空区迈步式埋管抽采、采空区卸压瓦斯抽采、断层密集钻孔抽采等综采工作面立体瓦斯治理技术,有效解决了近距离薄煤层群三软U型通风综采工作面上隅角瓦斯超限问题,保证了工作面安全顺利回采,为类似矿井综采工作面瓦斯治理技术提供了借鉴。     

玉溪煤矿1301工作面松软煤层瓦斯抽采技术研究与应用

为解决1301工作面瓦斯含量高的问题,根据3#煤层低渗透、松软的特征,结合现有抽采技术确定采用工作面前方煤体卸压瓦斯抽采+高位钻孔裂隙带抽采+千米钻机裂隙带钻孔抽采技术相结合的瓦斯治理方案,基于工作面的特征进行抽采方案具体参数的设计,并在抽采方案实施后进行瓦斯抽采效果的分析。结果表明:工作面瓦斯抽采方案实施后,回风巷和上隅角的瓦斯浓度降幅分别为30%和33%,工作面回采期间无瓦斯超限现象出现,保障了工作面的安全回采。     

厚煤层双重卸压采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对下石节煤矿222工作面开采过程中双重卸压造成工作面瓦斯涌出量高导致瓦斯超限的安全难题,结合采动裂隙"O"型圈和"环形裂隙体"理论,在分析厚煤层综放开采双重卸压采动覆岩破坏特征的基础上;采用相似模拟和数值模拟研究了双重卸压工作面开采采空区覆岩裂隙演化模型,确定了裂隙场和应力场演化反馈机制,依据裂隙密度,将覆岩裂隙场划分为贯通渗透区、纵向渗透区和水平渗透区;结合Fluent模拟瓦斯流场运移机理,将双重卸压采空区覆岩裂隙场+应力场+瓦斯渗流场相互耦合,进一步补充了采空区瓦斯流场规律:低位低浓度瓦斯流动带和高位高浓度瓦斯流动圈;提出了双重卸压采空区卸压瓦斯治理方式为复合采空区高位定向钻孔瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:确定卸压瓦斯抽采富集区域范围为回风侧偏向工作面宽度40 m,距离煤层顶板60.8 m以上150 m以下范围内;通过在复合采空区将高位定向钻孔瓦斯抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度低于0.8%,工作面及回风巷瓦斯浓度低于0.3%。     

变径高位钻孔“分段叠抽”采空区瓦斯技术

针对八连城煤矿近距离煤层群受19号煤层采动影响,大量卸压瓦斯涌入采空区造成工作面上隅角和支架后方超限极度严重等问题,基于采空区瓦斯流动基本形式及顶板覆岩移动规律,采用变径高位钻孔布置技术,通过变径高位孔-细径段主动拦截上邻近层卸压瓦斯和变径高位孔-扩径段被动抽降下邻近层及采空区遗煤解吸瓦斯,实现"分段叠抽"的采空区瓦斯治理模式。经在31906回采工作面对比试验,结果表明:与传统高位钻孔对比,变径高位钻孔的混合瓦斯抽采流量增大10倍以上,平均瓦斯抽采浓度提高251.58%,平均瓦斯抽采纯量增大36倍;较同直径的埋管抽采技术,平均瓦斯抽采浓度增大4～6倍;该技术将31906工作面回采期间上隅角和支架后方的瓦斯浓度分别控制在0.5%～0.7%、0.6%～0.9%,保障采煤工作连续进展。     

古书院矿15~#煤层顶板裂隙演化规律及高位钻孔优化设计

上隅角瓦斯超限一直是综采工作面瓦斯治理的重点,顶板裂隙带是瓦斯的富集区,将高位钻孔布置在采空区顶板裂隙区内进行瓦斯抽采能有效解决上隅角瓦斯超限问题。在对古书院煤矿15#煤层顶板岩层采动裂隙形成"三带"高度进行研究的基础上,对回风巷高位钻孔布置方案进行优化设计,解决了15#煤层回采工作面上隅区瓦斯浓度超限问题。     

高位定向钻孔合理层位确定及抽采效果分析

为了有效解决临近层卸压瓦斯通过采动裂隙扩散至本煤层工作面，导致采空区上隅角及工作面回风巷瓦斯浓度超限的问题。以某矿9103工作面为工程背景，采用理论分析与数值模拟相结合的手段，对工作面上覆岩层裂隙演化规律进行分析研究。研究表明：采用UDEC数值模拟软件分析工作面上覆岩层破坏时垮落带和裂隙带演化规律及裂隙带高度分布范围与理论计算结果基本一致，覆岩垮落带最大高度4.9 m，裂隙带最高13.44 m。基于此，确定了工作面覆岩高位钻孔设计方案：在9#煤层上方10 m位置的粉砂岩中，采用高位钻孔技术抽采瓦斯，整体抽采浓度较高，进一步验证了高位钻孔布置参数设计的合理性。     

煤与瓦斯共采技术在石炭井焦煤公司的应用

针对石炭井焦煤公司2474工作面采空区瓦斯涌出量较大以及上隅角瓦斯超限情况,根据焦煤公司煤层瓦斯赋存特征,探讨了适合该矿井的煤与瓦斯共采技术,在工作面回采过程中,回风巷处设计高位裂隙带瓦斯抽采钻孔对本煤层瓦斯进行抽采。通过模拟分析采场覆岩移动规律,确定了采场瓦斯卸压范围,优化了煤与瓦斯共采方案,提高了瓦斯抽采率,有效地解决了2474工作面上隅角及回风瓦斯超限问题,成功地实现了煤与瓦斯共采。     

低透煤层采空区覆岩高位瓦斯富集区微震探测及应用

为了提高低透气性煤层采空区覆岩卸压瓦斯的抽采效果,采用微震监测技术,对工作面推进过程中采空区覆岩微震事件的演化过程进行了监测,进而分析了采空区覆岩的空间破裂特征,并依据微震监测分析得到的采动裂隙带位置及周期来压步距,设计了高位钻孔瓦斯抽采参数,检验了瓦斯抽采效果。结果表明:工作面回采期间周期来压步距在16 m左右,形成的采动裂隙带高度在50 m左右,据此设计的高位瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采量和抽采体积分数分别提升了100%和150%,表明微震监测技术可准确探测采空区覆岩高位瓦斯富集区的空间位置,为瓦斯抽采钻孔设计提供了依据。     

综采工作面瓦斯运移优势通道演化规律 采高效应研究

为了研究采动覆岩中卸压瓦斯的运移规律,以采动裂隙椭抛带理论为基础,构建采动卸压瓦斯优势通道采高效应的空间形态模型,针对山西和顺某高瓦斯矿井主采工作面,运用物理相似模拟的方法,揭示综采工作面采动卸压瓦斯运移优势通道的采高控制机理,以此为依据,在现场实施高位钻孔抽采卸压瓦斯试验。研究结果表明:在上覆岩层中,优势通道左右边界离层量发生明显突变。随采高的增加,优势通道高度分别发育至距离煤层底板29.5,48,60 m,而宽度则从28 m变化到33 m。离层率的峰值距煤层底板30 m上移至60 m,贯通度明显增大。6 m采高优势通道的分形维数分别是4,2m采高的1.07,1.23倍,呈现着升维的趋势。在现场高位钻孔试验中,对工作面采高不同时的高位钻孔参数进行优化调整,得到高位钻场抽采瓦斯占绝对瓦斯涌出总量的49.94%～89.88%,并且使得上隅角及回风巷平均瓦斯体积分数维持在0.27%以下及0.32%以下,从而保证工作面安全高效的回采。研究结果为采动覆岩卸压瓦斯富集区的识别提供一定的理论基础。     

综采工作面复合顶板采动裂隙发育规律数值模拟

基于古书院矿15#煤层152303工作面复合顶板采动裂隙的基础条件,采用RFPA模拟软件,模拟受采动影响工作面覆岩的变化规律,对工作面开采的垮落步距、卸压角等进行分析,研究覆岩最终垮落形态,结合理论计算确定"三带"高度。在对综采工作面煤层瓦斯赋存规律和瓦斯涌出来源分析的基础上,提出了高位钻孔抽采瓦斯的方法,最终确定综采工作面瓦斯治理技术措施及钻孔布置参数。     

采空区顶板高位走向长钻孔高效抽采瓦斯机理研究

为了提高采空区顶板高位走向长钻孔瓦斯抽采效率,消除工作面上隅角瓦斯超限事故,以山西华晋吉宁煤业有限责任公司2102综采工作面为研究对象,采用数值模拟、理论分析与现场试验相结合的方法,利用3DEC软件模拟计算2102综采工作面回采期间采空区顶板裂隙场演化过程,根据裂隙场、应力场和应变场分布模拟结果在沿工作面推进方向上划分采空区顶板裂隙加强区范围与压实区范围,工作面推进期间煤层顶板在时间上先后经历裂隙加强区和重新压实区,处于裂隙加强区的钻孔部分为钻孔高效抽采作用区域,钻孔高效抽采段长度与钻孔高效抽采段裂隙发育程度共同决定高位走向长钻孔抽采效率,揭示了采空区顶板高位走向长钻孔高效抽采瓦斯作用机制;在此基础上,在采空区顶板裂隙带高度范围内布置多个高位试验钻孔,进行钻孔瓦斯抽采效果考察,研究结果表明:在保证高位钻孔布置于回风巷内侧顶板裂隙带前提下,最佳布孔层位为距煤层底板60 m左右,同时在高位试验钻孔作用下,上隅角瓦斯体积分数最大值由1.1%降低至0.6%,说明根据回风巷内侧采空区顶板裂隙带高度范围,布置高位走向长钻孔能显著降低上隅角瓦斯浓度。     

综采工作面推进速度对瓦斯运移优势通道演化的影响

为了研究综采工作面卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化规律,以采动裂隙椭抛带理论为基础,工作面推进速度为关键参数,构建采动卸压瓦斯优势通道数学模型,并针对山西和顺某高瓦斯矿井主采工作面,开展综采工作面在不同推进速度条件下的卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道演化规律物理相似模拟试验。研究结果表明:加快推进速度,三带高度降低,平均来压步距增大,优势通道在上覆岩层的空间位置也随之降低,优势通道发育的高度、宽度、垮落角和范围随着推进速度加快而减小。随着推进速度的加快,优势通道离层率和贯通度逐渐变小。随着工作面的推进,优势通道的分形维数由小到大对应的推进速度依次为7、5、3 m/d,呈现出降维的趋势。在现场高位钻孔试验中,对工作面推进速度不同时的高位钻孔参数进行优化调整,得到高位钻场抽采瓦斯占绝对瓦斯涌出总量的49.94%~89.88%,并且使得上隅角及回风巷平均瓦斯体积分数维持在0.27%以下及0.32%以下,从而保证工作面安全高效的回采。研究结果可为不同推进速度下采动覆岩卸压瓦斯富集区的识别提供一定的理论基础。     

基于采动覆岩特征的高位钻孔控制区域的确定

霍尔辛赫煤矿高瓦斯工作面回采时上隅角瓦斯浓度较大,严重影响了正常生产,急需设计高位钻孔抽采瓦斯。为指导高位钻孔的设计参数,综合采用理论与数值模拟结合的方法,合理分析了覆岩的裂隙特征,根据研究结果确定大采高工作面采动覆岩纵向最佳的瓦斯抽采控制层位为22～30 m。并得出高位抽采措施的抽采对象是在上隅角处横向上沿走向50 m、倾向70 m的裂隙区域。     

采动裂隙带高位定向长钻孔瓦斯抽采技术

为解决高瓦斯综采工作面采空区瓦斯涌出量大而导致的上隅角瓦斯超限问题,提出采用高位定向长钻孔瓦斯抽采技术对采空区瓦斯进行治理。数值模拟计算了工作面开采时上覆岩层裂隙带发育高度,设计了合理的定向长钻孔抽采参数。现场应用结果表明：采用高位定向长钻孔瓦斯抽采技术,瓦斯抽采浓度高、流量稳定、有效抽采时间长,回采期间尚未发生上隅角瓦斯超限,瓦斯抽采效果显著,保证了矿井安全高效生产。     

倾斜综放工作面采动卸压瓦斯高位钻孔抽采技术研究

为解决工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题,针对硫磺沟煤矿主采工作面实际情况,采用物理模拟及数值模拟手段,对工作面采动覆岩"三带"及卸压瓦斯运移优势通道分布特征及规律开展研究,结合工作面实际情况设计高位钻孔抽采上隅角瓦斯,并对抽采效果开展实时观测与分析。结果表明:通过物理相似模拟实验,得到(4-5)04工作面覆岩"三带"高度,工作面初次来压、周期来压步距,裂隙区在切眼、工作面及进回风巷出的宽度等参数;综合分析数值模拟及现场观测结果得到工作面合理配风量及抽采负压;通过现场观测,得到高位钻孔抽采浓度为19.85%~23%,有效抽采段距离平均为54.5m,表明高位钻孔抽采方法和设计参数是科学有效的。     

凤凰山矿15~#煤层“三带”发育规律研究

为了确定凤凰山矿15#煤层覆岩裂隙发育高度,从而为高位钻孔的层位布置提供依据,利用高位钻孔和高位钻场抽放上隅角瓦斯,可有效防止上隅角瓦斯超限。利用理论计算和现场窥视仪探测相结合的方法,最终确定15#煤层裂隙发育高度。"三带"高度的确定,为高位钻孔和高位钻场的层位布置提供可靠的依据,从而利用高位钻孔和高位钻场抽采上隅角瓦斯,工作面上隅角瓦斯体积分数大幅降低,保障了工作面的高效安全生产。     

厚硬顶板特厚煤层采空区瓦斯综合治理技术研究

为了解决厚硬顶板冲击特厚煤层采空区瓦斯涌出治理问题,根据煤岩层赋存条件,通过建立厚硬顶板冲击煤层工作面的力学模型,运用UDEC数值计算并理论分析了冲击煤层开挖后覆岩结构、裂隙发育特征及竖向"三带"高度,首次为厚硬覆岩工作面采空区提出高位长短距离钻孔联合防控瓦斯灾害防治技术,效果表明:工作面回采期间上隅角瓦斯浓度不超过0.5%,回风流瓦斯浓度不超过0.2%,工作面抽采瓦斯纯量达8 000 m~3/d,工作面瓦斯抽采率达到70%,实现了工作面的安全回采,从而减小安全隐患。