艾维尔沟矿区抽采半径影响因素及其影响程度分析

为了掌握艾维尔沟矿区突出煤层瓦斯抽采半径的影响因素及其影响程度,采用Fluent14.0对抽采钻孔周围瓦斯流动的压力场和速度场进行数值模拟研究,并分析了钻孔直径、抽采负压及煤层渗透率对抽采半径的影响及影响程度。结果表明,钻孔周围煤体中瓦斯压力分布从钻孔中心向外增大,瓦斯流动速度分布从钻孔中心向外减小;钻孔直径、抽采负压和煤层渗透率对抽采半径具有影响,影响程度从大到小依次为煤层渗透率、钻孔直径、抽采负压。     

蠕变条件下顺层钻孔抽采负压分布研究

为了探明采掘应力作用下顺层钻孔抽采负压分布规律,基于钻屑法分析得到预抽工作面煤体采掘应力分布规律。根据煤体塑性软化特性,建立了钻孔周围煤体蠕变模型;运用煤层瓦斯赋存与流动相关理论,建立了钻孔周围瓦斯流动模型;借鉴管道气体流动相关理论,建立了钻孔内瓦斯流动模型,分别得到了孔径变形规律、涌入钻孔瓦斯量、钻孔内负压计算公式。以鹤壁八矿为例,解算了3103工作面顺层钻孔抽采负压分布。结果表明:瓦斯抽采第1天~第5天,孔口孔底压差从260 Pa增加到3.3 k Pa;随抽采时间推移,第7天,钻孔内出现负压值为0区段,即瓦斯抽采空白段;第9天,钻孔内几乎无抽采负压。     

顺层钻孔周围煤体透气性演化规律分析

基于景福煤矿钻孔测定瓦斯参数实践,运用数值模拟、理论分析结合煤体应力分布特征和煤层内瓦斯运移规律对钻孔内瓦斯运移规律进行了分析,结果表明:钻孔周围煤体可划分为卸压增透区(距钻孔中心0.095 m)、增压减透区(距钻孔中心0.139 m)和原始渗透区;在钻孔自然排放瓦斯初期,增压减透区为瓦斯排放的瓶颈;在钻孔排放瓦斯过程中,煤体骨架收缩变形,有效抽采区域增大至增压减透区以外;计算得出景福煤矿可进行瓦斯抽采。     

马兰煤矿顺层抽采钻孔瓦斯渗流数值模拟

抽采时间、煤层渗透率和钻孔孔径是影响顺层抽采钻孔周围瓦斯渗流分布的主要因素。为此,应用流体力学软件Fluent模拟抽采钻孔周围瓦斯渗流分布情况,研究抽采过程中煤体瓦斯的渗流规律。通过改变模型参数及边界条件得出不同因素对抽采钻孔周围瓦斯渗流的影响规律,为抽采有效半径的测定提供理论指导。     

瓦斯抽采钻孔周围煤体中瓦斯流动的探讨

为了给矿井瓦斯抽采钻孔的合理布置提供依据,分析抽采钻孔附近煤体中瓦斯的流动,将煤体视为仅有裂隙的介质,在仅考虑瓦斯的渗流的条件下进行研究。为了方便对钻孔周围煤体中瓦斯流动进行数值分析,基于一定假设建立了煤体裂隙的等效面积模型,运用流体力学和高等数学的知识建立了微元体内的瓦斯流速的方程,进一步计算出了钻孔周围煤体半径为,钻孔长为的范围内的瓦斯流量。得出了瓦斯流量和煤层渗透率之间的关系式,为矿井瓦斯抽采提供一定的参考。     

本煤层瓦斯抽采钻孔有效半径分布规律研究

为了研究本煤层瓦斯抽采钻孔周围有效半径的分布规律,运用钻孔周围煤层瓦斯流动的连续性方程、理想气体状态方程、气体运动方程和瓦斯含量方程,建立本煤层顺层钻孔周围瓦斯压力分布规律数学模型。在煤层施工瓦斯抽采钻孔,现场测定不同钻孔深度的抽采负压,分析孔深和抽采负压的数学关系。最后建立钻孔周围瓦斯压力沿孔深的变化关系式,研究瓦斯抽采钻孔周围有效抽采半径的分布规律。发现抽采负压随着孔深的增加呈线性递减,钻孔有效抽采半径随着孔深的增加也呈现出递减的趋势。     

软煤层瓦斯抽采半径和钻孔间距的数值模拟研究

为得出软煤层瓦斯抽采有效半径,确定最佳的抽采钻孔间距,基于质量守恒定律、Darcy扩散定律、Langmuir瓦斯吸附方程及Kozeny-Carman渗透率和孔隙率的关系方程,建立了考虑含瓦斯软煤体流变特性情况下的固流耦合控制方程。在此基础上采用数值模拟方法对软煤层瓦斯抽采过程进行分析。模拟结果表明:瓦斯抽采第32d时,抽采钻孔完全塌陷,因此确定钻孔有效抽采时间为32d;通过分析钻孔周围煤体瓦斯压力变化规律可得,单钻孔抽采有效半径为0.9m,多钻孔抽采时最佳布孔间距为3.4m。以合阳煤矿1508工作面为试验工作面,采用相对压力法分别对单钻孔和多钻孔瓦斯抽采效果进行考察试验,试验结果验证了数值模拟结论的可靠性,为该矿软煤层瓦斯抽采提供了科学依据。     

低透气性煤层瓦斯涌出规律研究及预抽效果分析

为了研究霍尔辛赫矿区煤层瓦斯涌出规律,采用自主研发的瓦斯流量监测设备对3308工作面后通风眼抽采钻孔的瓦斯涌出量进行监测,并运用COMSOL仿真软件模拟钻孔抽采条件下煤层瓦斯压力和瓦斯流速分布规律,对钻孔预抽方案进行了详细分析。结果表明,50 mm、110 mm钻孔瓦斯涌出规律具有一致性,均以指数函数形式衰减;随着与钻孔距离的增加,煤体瓦斯抽采率呈指数函数关系不断衰减,最终趋于零,在距离钻孔2.5 m处,瓦斯抽采率达到20%以上,印证了现场钻孔布置合理,抽采效果良好;如果将钻孔间距设置为4 m,煤层瓦斯预抽率将达到30%以上,可以很大程度提高低透气性煤层瓦斯抽采效果。     

基于抽采评判指标的有效抽采半径确定方法

为合理确定顺层瓦斯钻孔有效抽采半径,依据煤层瓦斯流动达西定律、菲克扩散定律和质量守恒定律,建立了钻孔周围煤体瓦斯流动方程,分析了不同评判指标下有效抽采半径确定方法,并基于景福煤矿瓦斯衰减系数测算值采用抽采率指标法进行了有效抽采半径的计算,结果表明:有效抽采半径随时间增加而增大,逐渐趋于极限有效抽采半径1.4m;抽采时间为86d时,有效抽采半径增大速度减缓,抽采半径达1.33m,为极限半径的95%。     

艾维尔沟矿区突出煤层瓦斯流动规律数值模拟

为了掌握艾维尔沟矿区突出煤层瓦斯抽采钻孔周围的瓦斯流动规律,采用Fluent14.0对抽采钻孔周围的瓦斯流动规律进行数值模拟研究,并分析了钻孔直径、抽采负压及煤层渗透率对抽采半径的影响。为艾维尔沟矿区和具有相同条件的矿井抽采钻孔周围的瓦斯流动规律研究提供了参考。     

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。     

基于COMSOL Multiphysics模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究

为考察坪上煤业主采3号煤层的合理抽采钻孔间距,利用瓦斯在煤层中的运移和渗流规律,结合实测煤的参数条件,在相同的抽放负压、抽放时间等影响条件下,运用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了不同钻孔间距时所抽煤层在抽采时间为400 d时钻孔影响范围内煤体瓦斯含量变化规律,得出了满足抽采时间条件下的合理钻孔间距为5 m。结合矿井2305（上）回采面巷道内开展了不同钻孔间距实测,在相同的瓦斯地质参数及抽采系统条件下,连续抽采且观测时间达到400 d时各钻孔的瓦斯抽采纯量和钻孔浓度变化。确定了在抽采时间达到400 d时,抽采钻孔间距为5 m时的钻孔瓦斯浓度为35%、流量为0.04 m3/min,受抽采系统影响明显;而间距在6 m的钻孔的流量和浓度仍保持自然衰减特征。模拟和现场实测均验证了该矿瓦斯抽采钻孔间距布置以5 m最佳,该研究为实际生产过程中确定合理的钻孔间距提供理论依据,为矿井瓦斯抽采布局及瓦斯治理提供了技术保障。     

近距离煤层群高瓦斯工作面瓦斯立体抽放模型的建立和应用

针对近距离煤层群高瓦斯工作面的地质和开采条件,建立了高瓦斯工作面巷道掘进期间和工作面推采期间的瓦斯立体抽放巷模型。巷道掘进期间采用预掘内错底板低位巷或内错顶板高位巷并布置穿层钻孔或布置随掘进的瓦斯抽放钻场进行瓦斯的立体抽放;工作面推采期间采用内错顶板高位巷穿层钻孔和工作面巷道顺层钻孔预抽瓦斯的立体抽放技术。以瓦斯立体抽放模型为基础,结合矿井实际地质条件、矿井巷道围岩与开采环境条件和技术工艺条件,进行了瓦斯立体抽放的实地实验和应用,确定瓦斯抽放巷的垂距和内错距离为15 m、高位巷钻场间距100 m、顺层钻孔间距2 m等参数;并进行了保护层瓦斯的预抽。通过瓦斯立体抽放实现了巷道掘进与工作面开采的瓦斯抽放要求,既控制了本煤层工作面的瓦斯浓度,实现了安全开采,又释放了上部煤层的瓦斯。     

保护层上风巷穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯的试验研究

谢桥矿1242(1)工作面在回采过程中,通过采用地面钻井、底板抽采巷、上风巷穿层孔抽采被保护层卸压瓦斯,以及顶板走向钻孔和采空区埋管综合治理瓦斯技术,取得了较好的效果,尤其是在地面钻孔失效范围采用保护层工作面上风巷穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯,是矿井在特殊条件下瓦斯抽采方式上的一个新的尝试。     

黄岩汇煤矿综合瓦斯抽采技术研究与实践

针对黄岩汇煤矿15102工作面瓦斯涌出量大,上隅角有瓦斯超限的倾向且部分区域有突出危险性的问题,在15102工作面采用本煤层顺层钻孔抽瓦斯,高抽巷抽瓦斯,顶板走向钻孔及采空区埋管抽采瓦斯综合治理措施。在该煤层预抽瓦斯后本煤层瓦斯含量降至2.05~7.01m3/t,全区域平均4.27m3/t,基本消除15102工作面具有突出危险性的问题;高抽巷抽采浓度平均在40%,抽采纯量25m3/min。在邻近层钻孔与采空区埋管抽采瓦斯措施实施后,上隅角瓦斯浓度在0.64%以下,较好防止上隅角瓦斯超限问题。     

底板岩巷穿层钻孔一孔多用瓦斯抽采时效性研究

为了提高穿层钻孔的利用率,基于煤岩动力学行为下的采动裂隙场和应力场演化规律,提出全生命周期的底板岩巷穿层钻孔一孔多用瓦斯抽采技术,即按先后顺序实现采前预抽、边采边抽以及采空区瓦斯抽采功能。以古汉山矿1604综采工作面为例,进行现场试验。结果表明:一孔多用试验钻孔的抽采效果具有明显的时变特性,为定性定量分析试验钻孔的抽采时效性规律,根据抽采纯量变化将抽采全生命周期划分为初始预抽增流期、高效预抽期、预抽快速衰减期、高效卸压增流期、低流枯竭期、采后纯量回升期和采后衰减低流期7个阶段;高效预抽期是全生命抽采周期中最关键的阶段,其次为高效卸压增流阶段,平均瓦斯抽采纯量可达到在预抽高效期钻孔平均瓦斯抽采纯量的61.4%;确定前方距离工作面70 m至后方距离工作面40 m范围内为穿层钻孔受采动卸压影响区,工作面超前35~40 m,抽采浓度和纯量最大;在边采边抽阶段,距离采面前方20~70 m的试验钻孔平均抽采纯量比卸压前提高5倍;古汉山矿底板岩巷穿层钻孔采前预抽合理抽采天数为260 d,边采边抽有效抽采期为46 d,采空区瓦斯抽采有效抽采期为26 d。通过一孔多用的底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽采实现了预抽达标和降低工作面瓦斯涌出的目标,具有良好的推广应用价值。     

煤矿井下梳状定向孔钻进技术与装备

为解决松软煤层瓦斯抽采孔成孔性差、抽采距离短、抽采区域小等难题,利用梳状定向孔钻进技术在松软煤层稳定的顶底板岩层施工长距离主孔,再从主孔开梳状分支孔进入目标层位,实现对松软煤层瓦斯远距离与区域抽采。根据梳状孔在松软煤层施工特点,研制了梳状孔施工所需钻探设备,研究出不同梳状孔类型的施工工艺。梳状定向钻技术在朱仙庄和九里山煤矿应用效果表明：该技术满足孔深大于500 m施工要求,可实现软煤中本煤层和采空区卸压瓦斯治理,在采空区卸压瓦斯治理中单孔最高日抽采瓦斯纯量4 224.3 m3,为松软煤层瓦斯治理提供了新的技术途径。     

基于采空区瓦斯运移规律的抽采钻场设计

为了对高瓦斯工作面采空区抽采钻场进行设计,使采空区及工作面上隅角瓦斯得到有效控制,通过数值模拟分析了采场覆岩结构及裂隙发育规律;根据模拟结果利用实验室试验分析了抽采钻孔在不同位置时采空区瓦斯的运移规律,得出终孔位置距煤层顶板上方30m左右,距回风巷水平距离10～20m时抽采效果最佳;且终孔高度应根据工作面覆岩结构形态有所区别,靠近回风巷的钻孔高度应控制在规则冒落带上部,靠近工作面中部的钻孔应布置在裂隙带内。     

祁南矿1025工作面顶板走向钻孔设计技术及抽放效果考察分析

介绍了祁南煤矿工作面顶板走向钻孔设计思路及有关技术,并以该矿1025工作面上顺槽第一钻场3#、4#孔为例,着重从钻孔抽放浓度钻孔瓦斯流量、孔口离工作面水平距离和钻孔抽放负压这4个方面考察其抽放效果,得出了它们之间相互关系,并指出了钻孔的施工层位是影响顶板走向钻孔抽放效果的首要因素,1025顶板走向钻孔终孔点离10煤层顶板16～20m抽放效果最佳。     

开采解放层综采工作面瓦斯综合治理技术

为开采解放层采用了专用排瓦斯巷、高位抽放尾巷、高位钻场、高抽巷、底抽巷等先进瓦斯治理技术,并通过回采时对该采面的瓦斯变化、瓦斯地质情况、瓦斯来源及瓦斯抽放的参数进行总结、分析,及时提出改进措施、办法。为瓦斯含量高、层间距较近的煤层群开采解放层,提出了多方位的瓦斯综合治理措施,为有效治理瓦斯提供了宝贵经验。