顺层钻孔确定合理封孔深度方法研究

确定合理的封孔深度是保障抽采钻孔封孔质量的重要环节之一,也是提高瓦斯抽采效率的关键。根据李雅庄煤矿煤层条件及应力分布情况,基于钻屑量和钻屑瓦斯解析指标方法,确定巷道周围松动圈范围并得出顺层钻孔合理封孔深度范围。通过现场实测数据和不同封孔深度的抽采效果验证表明,顺层瓦斯抽采钻孔封孔深度必须超过应力集中带,最后确定李雅庄煤矿顺层钻孔合理封孔深度为12 m,此时单孔初始瓦斯抽采浓度提高1倍以上,大幅提高钻孔封孔质量和单孔瓦斯抽采效果,为实现瓦斯高效抽放奠定了坚实基础。     

松软煤层全孔段下筛管瓦斯抽采技术与装备研究

以潞安李村煤矿为研究对象,研发新型全孔段下筛管技术的配套设备及工艺流程,并进行了工业试验。结果表明:松软煤层全孔段下筛管技术成孔率是传统下筛管技术的2倍。该工艺可以对裸孔进行护孔,降低钻孔塌孔率,提高了下筛管效率,增加了经济效益;全孔段下筛管工艺下瓦斯浓度稳定在30.6%,是传统工艺下瓦斯浓度的2.83~2.85倍;利用全孔段下筛管工艺可以使单孔纯瓦斯流量提高近2.15~2.36倍,效果明显;松软煤层全孔段下筛管护孔瓦斯抽采效果远高于传统下筛管瓦斯抽采工艺,提高了钻孔的可靠性,保证了瓦斯的抽采效率,解放了生产力,具有良好的推广应用前景。     

松软突出煤层全孔段下放筛管瓦斯抽采技术研究

针对松软突出煤层松软、透气性低、施工瓦斯抽采钻孔成孔率低等问题,开发出全孔段下放筛管瓦斯抽采技术,并在平煤十矿、新集一矿对该技术进行了现场试验。结果表明:松软突出煤层全孔段下放筛管技术的筛管下入率可达97%以上,与传统退钻裸眼瓦斯抽采技术相比,平煤十矿的单孔平均瓦斯抽采浓度可提高2倍以上,单孔平均瓦斯抽采量可提高3.5倍以上;与普通下放筛管瓦斯抽采技术相比,新集一矿的瓦斯抽采浓度提高近1倍,达到了预期效果。     

大直径顶板高位定向钻孔在复杂地层钻进工艺的应用分析

定向长距离大直径钻孔瓦斯抽采技术是治理工作面瓦斯隐患的一项新技术,但在施工大直径顶板高位定向钻孔时,会遇到破碎地层和缩颈泥岩,再加之施工煤层顶板时钻孔返渣较多,经常会遇到塌孔、卡钻事故,影响了大直径顶板高位定向钻孔的瓦斯抽采效果。通过在刘庄煤矿进行试验,研究大直径顶板高位定向钻孔在复杂地层钻进的事故原因,通过采用注浆加固技术稳固孔壁和复合钻进工艺,有效解决了问题。     

松软煤层瓦斯抽采下筛管技术的应用

针对松软煤层瓦斯抽采孔壁稳定性差,易造成喷孔、塌孔,难下筛管,瓦斯抽采效率不理想的问题,介绍了全孔段下筛管技术的配套设备及工艺流程,并在张村煤矿对该技术进行了工业试验。结果表明:在松软煤层中全孔段下筛管工艺比传统工艺的成孔率高50%;全孔段下筛管工艺可以使单孔瓦斯抽采浓度提高2.8倍,单孔纯瓦斯流量提高2倍;而且全孔段下筛管技术护孔效果要远远高于传统工艺,尤其在松软煤层中采用该技术可以大大提高瓦斯抽采效率。     

高位钻场在李雅庄煤矿的应用效果分析

基于采动裂隙带的演化规律研究及瓦斯在采动裂隙带的升浮—扩散规律研究成果,根据高位抽放巷的工作原理,分析了影响高位抽放巷抽采瓦斯效果的地质、开采、通风、钻场钻孔布置情况以及工作面瓦斯参数等因素,并根据对抽采浓度、混合流量、纯流量的分析,研究了李雅庄煤矿高位钻场瓦斯治理效果,说明抽采钻孔是否布置在采动裂隙带内对瓦斯抽采效果的好坏有直接影响。分析认为:李雅庄煤矿高位钻场距煤层顶板较近,钻孔位于采动裂隙带的下部,抽放效果不佳,但仍能达到治理上隅角瓦斯超限的目的。     

全孔段下筛管技术在松软煤层瓦斯抽采中的应用

针对松软煤层瓦斯抽采孔壁稳定性差,易造成喷孔、塌孔,难下筛管,瓦斯抽采效率不理想的问题。详细介绍了全孔段下筛管技术的配套设备及工艺流程,并在潞安常村煤矿对该技术进行了工业试验。试验结果表明:在松软煤层中全孔段下筛管工艺比传统工艺的成孔率高50%;全孔段下筛管工艺可以使单孔瓦斯抽采浓度提高近2倍;单孔纯瓦斯流量提高1倍;而且全孔段下筛管技术护孔效果要远远高于传统工艺,尤其在松软煤层中采用该技术可以大大提高瓦斯抽采效率。     

定向顺层钻孔“钻-冲-护”一体化增透技术试验

针对松软低透煤层瓦斯抽采钻孔塌孔严重、瓦斯抽采效果差、抽采达标周期长、抽掘采衔接紧张等问题,基于现有装备,提出了定向顺层钻孔"钻-冲-护"一体化低透煤层高效促抽瓦斯技术,该技术在长平煤矿实践表明:大功率定向钻机施工煤段长度达到340 m,煤段水力冲孔后总返煤量260.46 t,扩孔孔径φ0.87 m。对冲孔方式进行考察,发现回转冲孔方式和交叉冲孔方式效率优于水平冲孔方式。未采取下筛管工艺抽采钻孔平均瓦斯浓度为25.05%;全程下筛管护孔抽采钻孔平均瓦斯浓度为49.10%,一体化工艺下抽采钻孔百米瓦斯纯流量比普通钻孔水力冲孔护孔后抽采钻孔百米瓦斯纯流量提高了约11倍,瓦斯流量衰减系数降低了9.4%。瓦斯抽采浓度提高约2倍,百米抽采瓦斯纯量由0.08 m³/min增至0.94 m³/min,瓦斯抽采效果明显,保障了矿井的安全高效生产。     

松软煤层全孔段下放筛管瓦斯促抽技术研究

针对松软煤层瓦斯抽采钻孔成孔难、易塌孔、抽采效果差等问题,对钻进工艺进行改进,采用钻孔全段下放筛管技术工艺,并在华泰煤矿11070采煤工作面采用该工艺与传统钻具工艺的瓦斯抽采效果进行对比试验,结果表明:采用全孔段下放筛管技术的瓦斯抽采浓度平均值比改进前提高了9倍多,瓦斯纯量平均值提高了12.1倍。此技术解决了筛管护孔下放深度和钻孔深度相接近的技术难题,提高了采煤工作面瓦斯预抽消突效果。     

淮南矿区瓦斯抽采中以孔代巷技术研究与工程实践

针对淮南矿区顶板岩层复杂地质条件和瓦斯赋存运移特征,开展了以孔代巷技术研究,从采动裂隙发育规律和钻孔瓦斯抽采特征等方面,分析了高位大直径定向钻孔替代高抽巷的技术原理。通过施工勘探孔探明顶板钻遇地层详细信息,以此优化高位定向钻孔层位布置、钻具组合和钻进参数。瓦斯抽采结果表明:煤层顶板以上38 m层位、距轨道巷煤壁26 m钻孔瓦斯抽采流量大、浓度高;随着高位大直径定向钻孔抽采瓦斯纯量增加,工作面上隅角瓦斯体积分数逐步降低,并稳定在0.03%左右;高位大直径定向钻孔瓦斯抽采纯量平均11.07 m~3/min,平均体积分数31.39%,与邻近高抽巷瓦斯抽采水平相当。应用结果表明,利用以孔代巷技术进行顶板瓦斯抽采是可行的,研究可为井下瓦斯高效抽采与治理提供借鉴。     

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。     

高应力和构造应力区联合增透抽采技术研究

为了解决矿井高应力和构造应力影响作用下煤层透气性差、钻孔塑性变形垮孔严重的问题,以松藻煤电公司逢春煤矿M7、M8煤层为试验对象,采用水力压裂和水力割缝相结合的方式,对煤层进行增透,以提高瓦斯抽采效率。介绍了穿层钻孔区域防突措施设计方案,开展了水力压裂钻孔、瓦斯抽采钻孔设计以及注水压力、注水量和保压时间等水力压裂工艺参数试验。通过比较水力压裂、水力割缝增透措施结合硬套管封孔技术及普通钻孔瓦斯抽采情况,表明水力压裂和水力割缝后钻孔瓦斯抽采浓度分别提高16%~36%和4%~16%,瓦斯抽采量（纯量）分别提高了6倍和3倍,可为同类地质条件瓦斯抽采提供参考。现场试验结果表明,复杂地质低渗煤层水力压裂—割缝综合瓦斯增透技术在煤层强化抽采中有较好的实际应用价值。     

低透气性构造软煤瓦斯抽采技术应用

为解决白坪煤矿低透气性构造软煤瓦斯抽采质量差的问题,理论分析了影响低透气性构造软煤瓦斯抽采效果的主控因素,提出了基于封孔工艺、"钻孔修复+二次卸压增透"的穿层钻孔瓦斯抽采成套工艺技术体系。通过优化封孔工艺、"钻孔修复+二次卸压增透"新工艺技术现场应用,使得瓦斯抽采平均浓度提高了约1.41～1.85倍,单孔平均瓦斯抽采量提高了约3.11～3.85倍,证实了该工艺技术在白坪煤矿低透气性且应力敏感性强的全层构造软煤瓦斯抽采中的优势,旨在为该类煤层瓦斯抽采新工艺技术大面积推广应用提供相应的技术支撑。     

高瓦斯煤层群顶板定向长钻孔抽采技术研究

为了解决近距离煤层群瓦斯易超限问题,提出采用顶板定向长钻孔抽采技术。以万峰煤矿1201工作面为工程背景,采用数值模拟和理论计算方法,研究煤层开采后对邻近煤层的影响及合理的钻孔布置位置。受煤层开采影响,上下邻近煤层会发生卸压,导致瓦斯解吸,为了保障抽采效果,顶板定向长钻孔应布置在靠近回风巷的断裂带,在水平方向上要避开重新压实区。现场应用结果表明,瓦斯抽采过程可分为增长阶段、稳定阶段和衰减阶段,在稳定阶段抽采瓦斯浓度达60%～70%、瓦斯纯流量达5～6 m³/min、上隅角瓦斯浓度维持在0.3%～0.4%,抽采效果较好;增长阶段和衰减阶段抽采效果有所降低,分析认为这是由于断裂带范围未发展到顶板定向长钻孔位置和钻孔高度降低后钻孔完整性遭到破坏所致,可采取辅助措施对这两个阶段的邻近层和采空区瓦斯进行加强抽采。     

定向长钻孔水力压裂增渗技术预抽煤巷条带瓦斯的应用研究

为提高低渗、高瓦斯突出煤层煤巷条带瓦斯抽采效率,实现低渗、突出煤层煤巷条带瓦斯的快速有效治理,在2130煤矿4号煤层24223运输巷开展了井下定向长钻孔水力压裂增渗技术试验研究。试验结果表明,试验区内4号煤层水力压裂影响半径为30 m,煤层透气性提高了4.59倍,缩短了瓦斯抽采时间,提高了瓦斯抽采效果。     

九里山矿中低压综合煤层注水应用与效果分析

为了降低九里山矿综采工作面煤尘质量浓度和瓦斯涌出量,根据九里山矿煤层特性,结合16051工作面的现场实际情况,在充分利用瓦斯抽采钻孔的基础上,探索出回风巷长孔低压渗透注水工艺,结合工作面短孔中压注水工艺,建立中、低压综合注水模式,并进行了分区域对比试验,考察了各区域的煤层含水率、煤尘质量浓度和瓦斯浓度。现场应用效果表明:中、低压综合注水效果较好,煤层含水率提高了2.94倍,煤尘质量浓度降低了80%以上,工作面瓦斯均匀释放,回风巷瓦斯浓度下降了30%以上,达到了较好的注水效果。     

定向钻进技术在煤与瓦斯突出矿井中的试验研究

定向钻进技术是一种高效的区域瓦斯治理措施,可大幅节约施工成本、缩短施工周期,地质条件及钻进层位对定向钻进效果有直接影响,因此对定向钻进技术适用性的现场试验研究决定了该技术能否在施工现场成功运用。以平煤股份十一矿己_16-17-24070、己_16-17-24090工作面为试验地点,采用2种不同型号的定向钻机,分别沿煤层走向、倾向在顶板施工梳状定向分支孔,在平顶山矿区开展以孔代巷现场工业性试验,积极探索适用于平顶山矿区的新的瓦斯治理模式。依据VLD-1 000型千米定向钻机前期沿煤层走向的钻进效果,分析钻进效果不甚理想的原因;后期采用ZYWL-6000DS型煤矿用双履带式全液压定向钻机,沿煤层倾向施工定向钻孔,取得了良好的钻进效果。以2种定向钻机的钻进效果为依据,平煤股份十一矿确定了施工定向钻孔的钻机类型及钻孔设计,初步形成了适用于平煤股份十一矿的新的瓦斯治理模式。     

采用顶板梳状定向钻孔瓦斯抽采技术研究

通过对顶板梳状定向钻孔瓦斯抽采技术关键原理进行理论研究,结合大阳煤矿回采工作面应用顶板梳状定向钻孔瓦斯抽采的实际情况,阐述了大阳煤矿应用梳状定向钻孔产生的效果及经济效益.通过研究,推广顶板梳状定向钻孔瓦斯抽采技术,有助于实现回采工作面在采煤的同时安全高效的抽采瓦斯.     

碎软煤层筛管护孔技术在乌兰煤矿的应用

针对乌兰煤矿穿层钻孔完孔后孔壁易坍塌而堵塞瓦斯抽采通道,造成瓦斯抽采效率降低的问题,提出了一种碎软煤层筛管护孔技术。在分析乌兰煤矿地质概况的基础上,介绍了筛管护孔技术的技术原理和配套装备,选用了合理的筛管护孔钻具组合,制定了筛管护孔试验流程,在乌兰煤矿1080瓦斯治理巷进行了应用试验。试验结果表明,筛管下入器下筛管速度是人工下筛管速度的2~3倍;下入筛管试验钻场相比不下入筛管钻场瓦斯抽采纯量提高14.3%。碎软煤层筛管护孔技术筛管下入效率高,护孔效果显著,满足碎软煤层护孔的技术要求。     

红阳二矿水力冲孔增透技术研究及应用

针对红阳二矿12煤层透气性低、底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采效率偏低难以满足预抽要求的情况,基于水力冲孔卸压增透机理,提出采用水力冲孔和普通钻孔预抽相结合的钻孔布置方式进行高效抽采。研究结果表明:水力冲孔在低透突出煤层区域瓦斯抽采消突措施中应用效果显著,采取水力冲孔措施的34 d内,钻孔的平均瓦斯抽采浓度是普通钻孔的2.5倍,平均瓦斯抽采纯量是普通钻孔的4.4倍。