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。     

顶板双位钻孔瓦斯抽采技术在无尾巷回采工作面瓦斯治理中的应用

针对羊渠河矿里8252工作面实际情况,在对工作面瓦斯超限原因进行分析基础上,采用顶板双位钻孔瓦斯抽采技术对采空区瓦斯进行了抽采,取得良好的瓦斯抽采效果,其中抽采瓦斯体积分数在30%～50%,瓦斯抽采量平均为4～5 m3/min,工作面回风流瓦斯体积分数从0.9%降至0.4%左右。顶板双位钻孔的应用,不仅保障了矿井的安全生产,而且替代了尾巷,节约了巷道掘进费用,缓解了矿井生产衔接的紧张局面,经济、社会效益显著。     

软煤大采高综采煤壁片帮机理与控制

煤壁片帮是大采高综采工作面经常面临的问题,在软煤层中这种问题更加突出,软煤层中能否成功应用大采高综采技术的关键在于能否防止片帮现象的发生。通过实验模拟,研究了采高6.0 m左右软煤层在不同停采时间、不同支架工作阻力条件下煤壁片帮的规律,得到不同条件下的拟合公式,从理论上分析了煤壁片帮的影响因素,提出了预防煤壁片帮的措施。     

瓦斯分源抽放技术的应用与实践

为解决主焦煤矿21141回采工作面瓦斯超限问题,针对本煤层抽放中存在的钻孔工程量少、瓦斯涌出量较大、抽放率低等问题,分析了瓦斯涌出的主要来源,确定采用分源抽放技术抽放瓦斯,即在采取继续打本煤层顺层平行钻孔的同时,改进本煤层封孔工艺,使用YFF-9压风封孔器,同时结合高位钻孔抽放技术。结果表明:实施分源抽放后,工作面瓦斯抽放量一般在7.8m3/m in以上,回风流中瓦斯体积分数降至0.4%左右,上隅角瓦斯体积分数可降低至0.4%~0.9%,瓦斯超限次数显著减少,采面瓦斯抽放率达到62.3%,从而有效解决了该工作面瓦斯超限问题。     

三软厚煤层综采工作面瓦斯综合抽采技术

为了解决裴沟煤矿高含量瓦斯制约工作面正常回采的问题,在三软不稳定厚煤层高瓦斯综采工作面采取了本煤层抽采措施、动压区煤壁浅孔抽采措施、抽采巷抽采措施等3种技术措施,抽采后工作面配风量维持在1 235 m2/min,风排平均瓦斯体积分数由0.91%下降为0.58%,绝对瓦斯涌出量为7.16 m3/min.     

大采高工作面煤壁片帮影响因素分析

针对晋煤集团成庄矿5310大采高工作面煤壁片帮现状,采用现场统计和数值模拟,分析了地质构造、推进速度及停产、顶板来压、采高、支架工作阻力5个因素对片帮的影响,并提出了相应的技术措施。结果表明:地质构造破坏了煤体连续性,煤壁在压力作用下易发生片帮,推进速度慢和顶板来压均会造成片帮程度加剧;采高大于4.5 m煤壁片帮显著增加;片帮深度与支架工作阻力呈反比关系,合理支架工作阻力应保持在8 000 k N左右;通过调整采高和推进速度、提高支护质量等技术措施,可有效解决煤壁片帮问题。     

三软不稳定煤层工作面煤壁片帮机理及防治技术

为防止在三软不稳定煤层回采工作面使用悬移支架时发生由煤壁片帮引起的冒顶事故,通过分析"三软"不稳定煤层滑移式片帮和压剪式片帮的片帮机理,并提出煤壁片帮防治技术,根据"三软"不稳定煤层工作面煤壁片帮的主要特征,实施了在回采工作面煤壁上端打木锚杆和煤层注水相结合的技术,辅之以加强支架—围岩关系的管控和优化回采工艺的防治煤壁片帮的综合措施。现场试验结果表明,实施煤壁片帮综合防治措施后,片帮深度超过0.3 m的片帮率由52.6%降至12.5%,最大片帮深度由0.82 m降至0.42 m,回采工作面的煤壁片帮得到有效控制。     

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。     

综采工作面初采期局部高抽巷瓦斯治理效果分析

以开元煤矿9801综放工作面为研究对象,针对综放工作面初采期瓦斯频繁超限的问题,结合工作面上覆煤岩层覆存状态及采动破断规律,提出了9801综放工作面初采期局部高抽巷布置方案：局部高抽巷分为初采倾向高抽巷段、走向高抽巷段和辅助倾斜高抽巷段3段,顺序联结成抽采系统;初采倾向高抽巷段布置在6号煤层中,至开切眼水平距离为15 m;走向高抽巷段布置在3号煤层中,至工作面的垂直距离为43 m,与回风巷的距离为4 m。现场实际应用表明：回风瓦斯体积分数控制在0.6%左右,尾巷瓦斯体积分数控制在1.4%左右,较好地解决了9801综放工作面初采期瓦斯超限断电问题。     

地面多分支水平钻井与井下钻孔对接预抽瓦斯技术

针对现有的地面水平定向钻井开采煤层气及煤矿井下钻孔预抽煤层瓦斯受时间和空间限制的问题,提出了地面多分支水平钻井和井下钻孔对接预抽瓦斯技术,并在沙曲煤矿24307工作面对多分支水平钻井对接井下钻孔进行应用研究,对接后,瓦斯抽采钻孔XC01的产气量达6 000~7 000m2/d,瓦斯体积分数达95%;XC02的产气量基本稳定在12 000 m3/d左右,平均瓦斯体积分数达到了91.05%;大幅提高了单井产气量和瓦斯抽采效率。     

大采高回采工作面煤壁片帮防治技术应用

回采3.5～7m厚大采高煤层,出现的煤壁片帮问题给回采工作带来困扰和安全隐患。通过研究大采高回采工作面的片帮机理,分析煤壁片帮的影响因素、应力分布规律,提出针对性的控制措施,通过提高煤壁强度,来降低片帮发生概率。可供大采高回采工作面的片帮治理提供参考。     

高瓦斯综放工作面高抽巷合理层位的确定

为解决下沟煤矿ZF301工作面所在的高瓦斯区域采空区瓦斯涌出量大,工作面风流及上隅角瓦斯经常超限的问题,基于采动覆岩破坏形成的"O"形圈理论,提出在其顶板布置高抽巷的治理方法。通过理论计算得到顶板岩层断裂高度为47.03~58.23 m,利用Fluent软件数值模拟高抽巷在45、55、65 m三个不同垂距的抽采效果,得到55 m层位的高抽巷抽采瓦斯体积分数最大,上隅角瓦斯体积分数最小,且在1%以下。现场将高抽巷布置在50 m层位,正常回采期间平均瓦斯抽采纯量为31.58 m~3/min,占工作面绝对瓦斯涌出量的比例达到了69.74%,使风排瓦斯量下降到4.79 m3/min,上隅角瓦斯从未超限,达到了工作面瓦斯防治的目的。     

综采工作面上隅角瓦斯治理技术

为了解决上隅角瓦斯积聚导致瓦斯超限的问题,以3305工作面为研究对象,通过上隅角瓦斯超限原因,提出在上隅角插管对采空区进行抽采。通过调整插管方式,吊挂倾斜风障和安设隔板密闭等一系列技术措施,上隅角瓦斯体积分数保持在0.5%以下,相比采取措施之前瓦斯体积分数下降30%左右,上隅角瓦斯积聚导致的瓦斯超限问题得到控制。     

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。     

高瓦斯突出煤层底抽巷穿层钻孔动压瓦斯二次抽采技术及应用

为解决高瓦斯突出煤层采动卸压瓦斯涌入采掘作业空间容易造成瓦斯超限和底板岩巷利用率低的问题,使用数值模拟和现场应用方法研究工作面前方煤体瓦斯在动压影响下的高效抽采技术。结果表明：根据现场瓦斯体积分数监测将工作面前方煤体分为高效抽采区、有效抽采区和原始抽采区;高效抽采区在工作面前方20 m以内,平均瓦斯抽采体积分数为30%以上;有效抽采区瓦斯抽采受到动压影响,抽采体积分数随着与工作面距离增大而波动下降;原始抽采区范围为50～60 m以远,钻孔瓦斯体积分数基本稳定在10%以下,受采动影响较小;高瓦斯突出煤层底抽巷穿层钻孔动压瓦斯二次抽采技术在12110采面中抽巷应用效果较好,动压区抽采钻孔数量为非动压区的5%～10%,但月抽采量最高可达到非动压区月抽采量的74.01%。     

岳城矿上分层工作面采空区瓦斯治理技术研究

针对岳城煤矿3号煤层瓦斯含量大、回采过程中造成大量瓦斯涌向采空区、进而容易引起上隅角瓦斯体积分数超限问题,采用横川千米走向高位钻孔与倾向高位钻孔相结合的瓦斯治理方法对上分层采空区进行瓦斯抽采,并在1310(上)工作面进行采空区瓦斯抽采试验。试验结果表明:当回采至120 m时,横川千米走向高位钻孔与倾向高位钻孔的瓦斯抽采体积分数达到30%,抽采纯量6.5 m3/min,上隅角处的瓦斯体积分数降至0.3%以下,并随着工作面的继续推进抽采的体积分数及抽采的纯量呈上升态势。这为集团其它高瓦斯及突出矿井上分层工作面采空区瓦斯治理积累了宝贵的经验。     

高瓦斯矿井综合瓦斯抽采技术实践

针对赵庄煤矿1263工作面瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯浓度高的问题,在12号煤层采用本煤层预抽、高位抽采及采空区埋管抽采相结合的综合瓦斯抽采方法,通过采用本煤层预抽,瓦斯抽采量较常规的布孔方式提高了0.46～1.02倍;高位钻孔抽采瓦斯后,邻近煤层的瓦斯相对涌出量由4.38～10.17 m3/t降为1.46～3.16 m3/t;采空区埋管抽采确保煤矿采空区的瓦斯体积分数保持在0.7%～0.9%,符合《煤矿安全规程》规定的瓦斯体积分数在1.0%以下。     

底抽巷一巷两用瓦斯治理技术实践

为解决保护层开采瓦斯抽采中底抽巷利用率不高,工作面瓦斯浓度控制效果差,巷道及钻场布置成本较高的弊端,结合顾桥煤矿的地质条件,合理确定底抽巷的位置及瓦斯抽采钻孔的布置,采用底抽巷"一巷两用"瓦斯抽采方法,既抽采上覆被保护层的卸压瓦斯,又抽采下伏保护层回采后采空区及上隅角的瓦斯。采用底抽巷抽采后:被保护层瓦斯最大和最小残余瓦斯压力分别为0.49、0.21 MPa,平均0.38 MPa,较煤层原始瓦斯压力0.67 MPa明显降低。随着抽采进行,回风流瓦斯体积分数控制在0.17%左右,上隅角瓦斯体积分数在0.7%以下,瓦斯抽采体积分数在30%左右,抽采量在50 m3/min以上。     

布尔台矿区42102工作面大采高改综放开采矿压显现分析

针对布尔台矿区原42102大采高综采工作面矿压显现强烈,煤壁片帮深度大,工作面液压支架前漏矸、漏顶严重等问题,采用FLAC3D数值模拟方法,对比分析了42102工作面在综放开采和大采高综采两种开采模式下的矿压显现规律,结果表明:综放开采可以有效降低煤壁片帮,并且采高越小,煤壁片帮值越小,采高3.5 m综放开采的煤壁片帮量仅为采高5 m大采高综采的65%左右,且顶板下沉量仅为综采的20%~30%。在42102工作面改为综放开采后,经现场实测:综放工作面煤壁片帮程度较大采高综采减小了50%,未出现漏矸、漏顶和冒顶现象,工作面支架工作状态良好,控顶效果良好。     

采空区瓦斯流动规律及分源抽放技术的应用

为降低回采工作面采空区的瓦斯涌出及上隅角瓦斯浓度,对采空区顶板裂隙变化及瓦斯流动规律进行了理论分析,基于此,对主焦煤矿21141工作面的瓦斯抽放提出了分源抽放的综合治理方法,即上隅角采用埋管抽放,顶板裂隙内瓦斯采用高位钻场钻孔抽放。应用结果表明:分源抽放技术的应用使得21141回采工作面上隅角瓦斯体积分数由原来的0.6%左右下降到0.4%,高位钻场单孔瓦斯抽放体积分数平均为34%,瓦斯流量为0.062 m3/m in,这在一定程度上降低了采空区瓦斯的涌出量,保证了工作面安全生产。