千米深井保护层开采煤层卸压效果分析

平顶山天安煤业股份有限公司十二矿己15-31010工作面垂深为1 015～1 130 m,为煤与瓦斯突出煤层,采用开采解放层己14煤层预抽瓦斯是解决己15煤层煤与瓦斯突出的关键技术,因此,针对深部保护层开采过程中下部煤层的卸压效果需进行深入分析。首先根据实际地质条件建立了三维数值模型,计算了己14煤开采过程中下部己15煤层的应力分布。计算结果显示,下部己15煤层在上部保护层开采过程中压力先升高后降低,在采面通过40 m后煤层压力降低至小于1 MPa;但在采空区外侧集中应力区,最大应力值高达42 MPa。现场监测数据显示,采空区下方煤层巷道瓦斯浓度显著增大,但外侧煤层巷道瓦斯浓度变化较小,在上方采面通过40 m后,巷道变形趋于稳定,煤层得到充分卸压。综合数值计算结果和现场监测数据可知,深部近距离保护层开采可以显著降低下部煤层压力,释放煤层瓦斯,但由于集中应力的影响,难以释放位于采空区边缘的下部煤层瓦斯。     

新集一矿远距离下保护层开采试验研究

借鉴相邻淮南矿业集团采用首采11-2煤层作为13-1煤层远距离下保护层开采的实践经验,以新集一矿11-2煤层281110工作面开采为例,对远距离下保护开采进行了试验研究,考察了下保护层开采有效保护范围,统计了保护层开采过程卸压瓦斯抽采效果,测试了被保护区残余瓦斯参数,对被保护层区域防突措施效果进行了检验。研究结果表明:新集一矿11-2煤层作为下保护层开采,最大保护垂距为126m,不破坏上部被保护层的最小层间距离为35m,作为上覆13-1煤层的下保护层开采其走向、倾向上方、倾向下方的卸压保护角分别为57.3°,89.2°,74.8°,配合有效卸压瓦斯强化抽采措施被保护层13-1煤层区域防突措施效果有效。     

上保护层开采卸压数值模拟与保护效果考察

保护层开采是煤与瓦斯突出最有效、最经济的防治技术,运用现代数值模拟技术,对上保护层开采后下伏的被保护层应力分布和位移变化进行了分析,结果表明:保护层开采后,被保护层已经充分卸压,垂直应力减小到原来的5.9%,最大膨胀变形位移为0.12 m。保护层的开采使得被保护层大量瓦斯得到释放,被保护层瓦斯压力降低到0.32～0.48 MPa,反算残存瓦斯含量为3.66～5.31 m3/t,有效地消除了被保护层的煤与瓦斯突出危险性。     

下保护层开采卸压效应研究

为了研究高变质煤保护层开采对被保护层的卸压效应,针对煤层煤与瓦斯突出问题,基于保护层开采理论和数值模拟方法,采用FLAC~(3D)数值模拟软件,研究了高变质保护层开采过程中被保护层的应力和应变情况,得出下保护层开采后高变质煤被保护层应力分布呈现出了“W”形的分布特性,垂直方向煤厚变形量分布呈现出了“M”形的分布规律。之后经过现场实测,被保护层残余瓦斯含量和残余瓦斯压力最大值分别降低到临界值8 m~3/t和0.74 MPa以下。结果表明:经过下保护层开采,被保护层得到充分卸压,能有效消除其突出危险性,实现了区域防突的目的。研究结果可为矿井实现安全、高效开采,预防煤与瓦斯突出提供一定的参考和借鉴依据。     

近距离上保护层开采保护范围研究

通过对数值模拟研究平煤十一矿己二采区己14-15-22090工作面保护层开采的保护范围,在走向和倾向上分别布置两组钻孔测定保护层开采后被保护层的瓦斯参数,根据测压钻孔确定被保护层在理论保护线两侧瓦斯压力分布,通过瓦斯压力确定被保护层保护范围,并结合数值模拟和现场测试,确定保护范围为沿走向的卸压角为56°,沿倾向的卸压角为71.57°,保护层开采后,被保护层的透气性增大了18.44～171.39倍.     

上保护层开采下伏煤岩力学特性及瓦斯抽采效果

基于岩石破裂损伤理论和有限元计算方法,模拟保护层开采过程,下伏煤岩应力及变形特征,得出了下伏煤岩应力随保护层开采变化规律及被保护层煤层变形呈现压缩、膨胀、膨胀减小到稳定的变化规律,并在现场进行了工业性试验,考察了保护层开采过程,被保护层变形及煤层透气性变化,理论分析与现场测定基本吻合,依据研究结论,优化了被保护层卸压瓦斯抽采设计,通过被保护煤层卸压瓦斯抽采,残余瓦斯含量降到了2.33 m3/t,残余瓦斯压力降为0.35 MPa,均低于煤层突出临界值;被保护范围内煤层瓦斯抽采率达到44.8%;被保护层的瓦斯含量得到有效降低,消除了突出危险性,确保了被保护层的安全开采。     

开采保护层煤层的防突作用效果分析

鉴于开采保护层是最有效、最经济的防止煤与瓦斯突出的技术措施,为此对平顶山四矿开采保护层的作用效果进行检验,分析了保护层煤层残余瓦斯压力、残余瓦斯含量、被保护层煤层厚度变化以及被保护层煤层透气性系数变化率等指标.分析结果表明:开采保护层消除了煤与瓦斯突出危险性,使突出危险区域转化为非突出危险区域,为安全生产创造了有利条件.同时,建立了平顶山四矿在保护层开采过程中形成的保护层开采效果分析适应的指标体系.     

突出煤层上保护层开采防突效果研究

土朱煤矿井田内含煤7层,其中:1煤、2煤、3煤、4煤为无突出危险煤层,5煤、6煤、7煤为突出危险煤层。通过合理布置钻孔,观测上保护层开采前、后煤层瓦斯压力变化和围岩应力变化的情况,来分析研究煤层瓦斯压力变化规律和围岩应力变化规律,确定突出煤层上保护层开采的保护范围和保护效果,为矿井开采防突工作提供理论依据和实践指导。     

斯派尔煤矿上保护层防突技术及保护范围研究

为了确定斯派尔煤矿上保护层C_8煤层开采后对下被保护层C_9煤层的影响,根据工作面实际布置及开采条件进行了保护范围的确定,分析了瓦斯含量分布及残余瓦斯压力变化的规律,结果表明,C_8煤层开采后,在C_9煤层布置的8个钻孔测得的残余瓦斯压力均小于0.4 MPa,所取的4个钻孔中瓦斯含量均小于4 m~3/t,上保护层C_8煤层的开采消除了C_9煤层的突出危险性,保证下保护层开采的安全,为相似开采条件矿井提供参考依据。     

煤层群上保护层开采保护效果现场考察

针对新庄孜矿B组煤多层突出煤层开采过程中,大剥皮式的保护层开采方式造成保护范围逐层减小、可采出量严重损失等问题,根据巷道实际布置情况分别选择3个合适位置施工考察钻孔,对B8煤66208工作面开采过程中,B6煤层倾向和走向方向上的瓦斯压力、瓦斯含量和煤层变形进行现场考察。确定B8煤倾向上部、下部卸压角分别为79°和86°,走向方向卸压角75°,实际卸压角均比理论值大,保护范围也发生了扩界。B8煤层开采后B6煤的透气性系数相比原始煤层透气性系数增加了902倍,瓦斯压力和瓦斯含量分别降至0.22 MPa和2.43 m~3/t,B6煤层消突效果显著。     

保护层开采保护范围的极限瓦斯压力判别准则

针对传统的保护层开采保护范围的残余瓦斯压力判别准则在实际应用中的局限性,结合某煤矿上保护层开采工程,提出了一种新的保护层开采保护范围的极限瓦斯压力判别准则。根据煤与瓦斯突出的固气耦合失稳理论,通过引入煤体孔隙率与渗透率的动态变化模型,建立了有限变形下煤与瓦斯突出的固气动态耦合失稳模型;针对该工程实例,得到了被保护层发生煤与瓦斯突出的极限瓦斯压力值,从而建立了以极限瓦斯压力值为判定值的保护层开采保护范围的判别准则。研究结果表明,该工程的保护层开采保护范围的极限瓦斯压力判别准则的判定值为0.25 MPa,该准则反映了地应力、瓦斯压力与煤的结构对煤与瓦斯突出的综合作用。     

近距离煤层群上保护层开采在义忠煤矿的应用

义忠煤矿属于近距离煤层群开采,矿井实际开采煤层为9#、11#、14#煤层,层间距分别为17、13 m,通过分析选取9#煤层为上保护层开采,可以有效地防治被保护层的煤与瓦斯突出事故。当9#煤层11091工作面进行开采后,11#煤层11111工作面瓦斯渗透系数从原始煤层的0.516m2/MPa2·d增大至8.348 m2/MPa2·d,透气性增大10多倍,最大瓦斯残余含量降为5.859 8 m3/t,防突效果显著,保证了矿井的安全生产。     

开采未保护区煤层综合防突技术

基于大淑村煤矿2206面下保护层内煤柱影响而存在多块未保护区的开采条件,介绍了综放面防治煤与瓦斯突出的综合技术,涉及开采前在保护层内布置高位钻场抽采2煤瓦斯,在2煤内布置顺层及高位钻场抽采顶板瓦斯,在开采期间沿工作面全长注水湿润煤体,在未保护区域内施工瓦斯释放钻孔,煤与瓦斯突出危险钻孔预测预报.采取措施后,2206面开采区域内残存的瓦斯含量小于8 m3/t,残存的瓦斯压力小于0.74 MPa,达到了放顶煤开采的条件.预测预报钻孔煤粉量指标Smax值和钻屑瓦斯解析指标△h2值均明显小于突出危险临界值,表明未保护区内的防突有效.     

突出煤层群保护层开采区域防突技术方案优化

针对寺家庄矿15#煤层的煤与瓦斯突出防治问题,分析了上、下保护层开采条件下被保护层的应力释放规律与膨胀变形效果,评价了寺家庄矿实施上、下保护层开采的可行性,提出了寺家庄矿保护层开采区域防突技术最优方案。研究结果表明,寺家庄矿上保护层开采条件下被保护层的卸压膨胀效果不足以消除其突出危险性;15#煤层下部的铝土岩具有一定的开采经济价值,且下保护层开采后,被保护的15#煤层得到充分卸压,被保护层瓦斯能够得到有效抽采,从而消除其突出危险性;寺家庄矿15#煤的合理区域防突技术方案为铝土矿下保护层开采结合底抽巷穿层钻孔抽采15#煤的卸压瓦斯,且保护层采高不超过4.8 m。     

近距离上保护层开采保护效果考察

为了有效考察潘一矿11518工作面区域瓦斯治理效果,实测被保护区域7-1煤层残余瓦斯压力(含量)、卸压角等参数,分析上保护层保护效果,结果表明:11518工作面开采对下覆7-1煤层走向、倾向上方、倾向下方的卸压保护角分别为58°、76°、77°,被保护层工作面7-1煤层累计预抽卸压瓦斯585.44万m~3,抽采率为78%,经保护卸压抽采后实测残余瓦斯压力为0.20 MPa,残余瓦斯含量为3.48 m~3/t,分别降低90%、58%,保护效果显著。     

远距离下保护层的保护效果考察与分析

潘一东矿使用层间距较远的11-2煤层作为13-1煤层的下保护层进行区域防突,为确保保护效果达标需要对其进行深入考察。本文从区域边界瓦斯压力、煤层膨胀变形量、透气性系数等方面考察保护效果,确定其保护范围。同时分析了开采保护层对被保护层进行卸压瓦斯预抽对保护边界范围的影响。结果表明,开采保护层使保护区域内瓦斯压力下降明显,结合卸压抽采可以使被保护煤层的卸压范围得到扩大,卸压区内煤体最大膨胀率为19.13%,煤层透气性系数可增大到原来的277.6倍。     

下保护层开采卸压瓦斯分布预测及抽采技术

为了保证被保护层瓦斯的消突和治理工作,掌握保护层开采的卸压效果和预测卸压瓦斯的主要分布区域,运用UDEC离散元模拟得到了下保护层开采后被保护层的卸压效果、瓦斯运移规律及分布情况,并根据模拟结果相应地提出了留巷钻孔法抽采卸压瓦斯,实现了无煤柱开采,消除了被保护层应力集中区煤与瓦斯突出危险威胁。经现场实测抽采后3号煤层瓦斯压力降低了1.36 MPa,瓦斯含量降低了9.51 MPa,抽采效果良好。     

金佳矿立体式分源瓦斯抽采技术应用

为了实现高瓦斯突出煤层的安全开采,提高工作效率,以金佳矿为工程背景,首先对上保护层的卸压效果进行检验,测定位于保护层下方7~#煤层的残余瓦斯含量和残余瓦斯压力,发现7~#煤层工作面区域内最大瓦斯含量为8.552 m~3/t,最大瓦斯压力为0.771 MPa,运输巷掘进区域内最大瓦斯含量为10.423 m~3/t,均超出临界值,说明预计保护范围内7~#煤层存在个别区域未消除煤与瓦斯突出危险性。采用顺层钻孔预抽与瓦斯治理巷穿层预抽相结合的立体式分源瓦斯抽采方法。结果表明,7~#煤层被保护层的1177工作面瓦斯含量下降约5.32 m~3/t,1177运输巷掘进区域瓦斯含量下降约7.38 m~3/t,消除了金佳矿1177工作面回采和运输巷掘进过程中的突出危险性,为其他类似条件矿井瓦斯安全开采提供了借鉴。     

远距离下保护层开采遗留煤柱对被保护层回采的影响研究

为探究远距离下保护层开采遗留煤柱对被保护层回采效果的影响,以平顶山六矿戊8煤层的戊₈-22310机巷和戊₈-32010风巷之间遗留宽度为4 m的区段煤柱和丁_5-6-22190工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测结合的方法,研究了煤柱影响范围、煤柱区域垂直应力分布及影响区相关参数变化规律。结果表明：宽4 m遗留煤柱的影响范围为27.3 m,极限强度为25.9 MPa,塑性区宽度为2.26 m,弹性区宽度为2.68 m;煤柱两侧工作面均回采后,其承载的最大垂直应力87.9 MPa,远超煤柱本身的承载极限;在煤柱影响范围内测得的残余瓦斯含量、压力与卸压保护区无明显差异,并均小于突出危险临界值,煤柱影响区内瓦斯得到较好释放;煤柱影响范围内未产生明显应力集中现象,遗留小煤柱对被保护效果影响较小,保护效果在倾向上有连续性,对被保护层工作面回采影响小。     

金佳矿下保护层开采保护范围考察技术方案研究

 突出矿井首次开采保护层作为区域防突措施时,须对保护范围进行实际考察,为被保护层工作面的合理布置、简化防突措施、安全生产提供科学依据。以金佳矿中煤组下保护层开采为实例,根据金佳矿下保护层工作面及上部巷道布置、卸压瓦斯抽采方式等因素,提出了以煤层瓦斯压力和煤层应力两个指标来考察保护范围的方案。由于受围岩破碎、煤层顶底板泥岩及施工地点瓦斯超限的影响,导致煤层应力和瓦斯压力钻孔无法施工。最终煤层应力的考察结合中煤组煤岩层的力学性质,采用数值模拟进行。煤层瓦斯压力的考察结合矿井下一步的采掘计划,在下保护工作面回采结束,被保护层工作面111811巷道形成后,利用111811工作面的巷道施工瓦斯解析钻孔进行。通过比较直接法和间接法测定的煤层瓦斯压力值,分析得出采用瓦斯解析钻孔来考察保护范围的方案有效、可取,且数值模拟煤层应力释放率达10%以上的区域也在考察得出的保护范围内。