采动区瓦斯地面井井身结构设计及安全防护研究

利用地面井抽采采动区采煤工作面瓦斯,可较好解决高瓦斯或突出矿井工作面瓦斯超限问题。文章分析了采动影响下瓦斯地面井抽采技术原理和技术难点,提出3种采动区瓦斯地面井井身结构,分别为：全井固井、悬挂完井|局部固井、悬挂完井|两级固井、悬挂完井。分析了3种地面井井身结构的优势及适用条件。研发了针对不同使用条件的3种采动区地面井防护装置,包括：剪切防护装置、伸缩防护装置、厚壁刚性综合防护装置。在晋煤集团寺河矿进行了工程应用,取得了很好地抽采瓦斯效果,在采煤工作面推过地面井200m范围内,瓦斯抽采纯量约1.2万m3/d,瓦斯浓度85%左右。采煤工作面推过地面井200m后,地面井抽采瓦斯量约为0.36万m3/d,抽采瓦斯浓度约为32.5%。在采煤工作面距井位60m,地面井开始抽采工作面平均瓦斯浓度降至0.41%以下,平均降至0.27%,工作面瓦斯浓度平均降低26.5%。     

采动区瓦斯地面井井身结构设计及安全防护研究

利用地面井抽采采动区采煤工作面瓦斯，可较好解决高瓦斯或突出矿井工作面瓦斯超限问题。文章分析了采动影响下瓦斯地面井抽采技术原理和技术难点，提出3种采动区瓦斯地面井井身结构，分别为：全井固井、悬挂完井|局部固井、悬挂完井|两级固井、悬挂完井。分析了3种地面井井身结构的优势及适用条件。研发了针对不同使用条件的3种采动区地面井防护装置，包括：剪切防护装置、伸缩防护装置、厚壁刚性综合防护装置。在晋煤集团寺河矿进行了工程应用，取得了很好地抽采瓦斯效果，在采煤工作面推过地面井200m范围内，瓦斯抽采纯量约1.2万m3/d，瓦斯浓度85%左右。采煤工作面推过地面井200m后，地面井抽采瓦斯量约为0.36万m3/d，抽采瓦斯浓度约为32.5%。在采煤工作面距井位60m，地面井开始抽采工作面平均瓦斯浓度降至0.41%以下，平均降至0.27%，工作面瓦斯浓度平均降低26.5%。     

煤矿采动区地面L型顶板水平定向井抽采技术及试验

为解决井下采掘衔接紧张及上隅角瓦斯超限的问题,结合井下高位钻孔抽采与采动区地面直井抽采技术的特点,提出采动区地面L型井抽采技术。在深入分析采动区地面L型井与传统L型定向井区别的基础上,指出该技术的关键点包括井型结构设计和井位层位选择技术、井身层位导向钻进和疏通技术、地面安全抽采控制技术。在山西晋煤集团寺河煤矿3313工作面开展了采动区地面L型井抽采技术试验,结果表明:地面L型井抽采瓦斯浓度平均80%,平均抽采瓦斯纯流量2.2万m~3/d,上隅角瓦斯浓度平均降幅46.5%,为工作面瓦斯涌出治理起到关键作用,验证了该技术在煤层气开发及瓦斯涌出治理领域的巨大潜力,为我国煤矿区采煤采气一体化开发提供了新的技术途径。     

煤矿采动区地面L型顶板水平定向井抽采技术及试验北大核心

为解决井下采掘衔接紧张及上隅角瓦斯超限的问题,结合井下高位钻孔抽采与采动区地面直井抽采技术的特点,提出采动区地面L型井抽采技术。在深入分析采动区地面L型井与传统L型定向井区别的基础上,指出该技术的关键点包括井型结构设计和井位层位选择技术、井身层位导向钻进和疏通技术、地面安全抽采控制技术。在山西晋煤集团寺河煤矿3313工作面开展了采动区地面L型井抽采技术试验,结果表明:地面L型井抽采瓦斯浓度平均80%,平均抽采瓦斯纯流量2.2万m^3/d,上隅角瓦斯浓度平均降幅46.5%,为工作面瓦斯涌出治理起到关键作用,验证了该技术在煤层气开发及瓦斯涌出治理领域的巨大潜力,为我国煤矿区采煤采气一体化开发提供了新的技术途径。     

煤矿采动区地面井瓦斯抽采技术

从煤与瓦斯共采角度阐述了充分利用煤矿井下煤层采动过程中的卸压增透影响,采用地面井抽采的方式提高瓦斯抽采效果,解决工作面瓦斯涌出超限难题的方法;进而从抽采效果评估、地面井布井、多井型地面井结构优化和地面安全抽采等方面论述了高效、安全的采动区瓦斯地面井抽采技术。该技术方法在晋城矿区寺河矿、成庄矿和岳城矿等进行了集成应用,使地面井成功率由原来的20%提高到了90%,抽采量由原来的约500 m3/d提高到了10 000 m3/d以上。     

煤矿采动影响区瓦斯地面井抽采试验研究

针对寺河煤矿煤层瓦斯含量高、吸附能力强、瓦斯抽采利用技术相对薄弱等问题,提出工作面采动影响区瓦斯地面井抽采技术方案,并在寺河煤矿W2301工作面进行试验.地面井抽采期间,70d内累计抽采瓦斯约33.7万m3,平均抽采能力4m3/min,气体浓度约40％,工作面瓦斯浓度平均降低26.5％,工作面平均排风量降低至16.4m...     

寺河矿区地面采动区L型煤层气井抽采技术研究

根据采动覆岩移动破坏规律,应用物理模拟、数值模拟、理论分析等方法,研究确定了煤矿采动区地面L型井井位、层位和最优井身结构等参数,并对定向技术、完井工艺、安全抽采技术进行了研究,形成完善的煤矿采动区地面L型井抽采技术,实现了采动区瓦斯连续抽采,为解决上隅角和回风巷瓦斯超限问题提供了技术支撑。创立了煤矿采动区地面L型井抽采回采工作面瓦斯的全新抽采模式。抽采周期涵盖工作面回采全过程,取得了良好的抽采效果。实现了回采工作面采动区地面L型井抽采技术在一定程度上替代高抽巷,缩短了采掘接替周期,降低了成本,可解决上隅角和回风巷瓦斯超限,保障了煤矿的安全生产。优化了CH4、O2、CO、负压等主要抽采参数,形成了监测监控安全抽采技术。煤矿采动区地面L型井在晋煤集团寺河矿投运后,连续抽采6个月,纯量最高达35 m3/min,平均22 m3/min,抽采纯量达3万m3/d,浓度最高达96%,平均78%,累计抽采纯量约350万m3,取得了显著的安全和经济效益。     

采动区地面井煤层气产能影响数值模拟研究

在建立了采动区瓦斯流动模型方程的基础上,以新疆1930煤矿24312工作面为工程背景,在煤层采动期间对抽采井不同井位、钻井直径、钻井深度的瓦斯抽采效果进行了模拟。计算结果表明：不同工况条件下的抽采井内流速、浓度明显不同,以360 d为抽采期限,当地面井距离回风巷侧壁30 m左右、终孔位于煤层中部、钻井直径210 mm的工况,在该条件下取得了最大的瓦斯抽采量。并以此数值模拟结果来指导运用24312工作面地面井施工,地面井经过180 d运行,回风巷瓦斯降至先前浓度的60%,上隅角瓦斯浓度降至52%。两侧瓦斯浓度下降明显,消除了工作面瓦斯超限的威胁。该模拟结果可为类似采动区地面井的布置提供参考。     

成庄煤矿采空区煤层气地面井抽采试验

山西晋城矿区主采3#煤层,一般为大采高高强度回采,由此造成工作面瓦斯涌出量大、瓦斯治理压力大等问题。因此,利用采动卸压作用和采空区瓦斯抽采的运移规律,在成庄煤矿施工了采动区地面抽采试验井抽采本煤层采动影响区和采空区煤层气,并运用地面井逐级优化设计方法对试验井的布井位置、井型结构进行了优化。抽采试验结果表明:采空区瓦斯抽采浓度高达50%以上,有效地降低了工作面瓦斯治理压力,试验效果良好。     

大直径地面钻井采空区采动区瓦斯抽采理论与技术

地面钻井抽采采空采动区瓦斯技术在世界范围内的应用越来越广泛,然而仍存在着瓦斯流量和浓度偏低以及钻井稳定性差的问题。基于淮南矿业集团和澳大利亚的应用实践,开展了大直径地面钻井提高瓦斯抽采效果的理论与技术研究。通过对围岩采动影响和瓦斯抽采效果的数值模拟,参考瓦斯高效抽采范围的高位环形体理念,进行了抽采管径分别为244.5 mm和177.8 mm的大直径地面钻井设计和抽采瓦斯试验。试验结果表明:大直径地面钻井在抽采效果、控制工作面瓦斯涌出以及钻井稳定性上均明显优于普通钻井,瓦斯抽采总量可达316.7万m3,瓦斯纯量达170万m3,服务时间达106 d,能够有效地控制工作面回风瓦斯浓度;地面钻井布置于回风巷一侧在抽采效果上优于进风巷一侧,前者瓦斯抽采量和浓度分别高于后者33.7%和75.3%。     

鄂尔多斯侏罗纪煤田巨厚顶板砂岩含水层区域治理技术研究

文章以母杜柴登煤矿302盘区侏罗纪3-1煤层开采为背景,在充分分析矿井地质及水文地质条件的基础上,结合长距离定向钻孔技术在我国煤矿瓦斯治理、矿井水防治等方面的应用情况,提出了以工作面外巷钻孔导流、邻面钻孔截流、双侧采空区截流和长距离定向钻孔追踪探放水为核心的巨厚顶板砂岩含水层区域治理技术。应用结果表明：该技术经济、可行,在工作面巷道掘进期间,对巷道掘进施工影响较小|可实现采煤工作面顶板水“分区防控、煤水分离、清浊分流、区域治理”|较好地解决了富水顶板砂岩含水层的水害隐患,在顶板放水孔单孔涌水量超过200m3/h、工作面涌水量超过600m3/h的条件下,实现了厚煤层一次采全高工作面的安全生产和平均超过12000t/d的回采效率。     

新集二矿1煤220106工作面底板灰岩地面超前区域探查治理及效果评价

淮南煤田是典型的华北型煤田,中煤新集能源股份有限公司新集二矿位于淮南煤田的南部,该矿区山西组1煤层处于“高水压薄阻水层”环境,开采过程遭受下伏高压灰岩岩溶承压水的威胁,加之本矿区独特的地理构造位置,形成了叠加大规模逆冲断层的多种垂向隐伏构造格局,因受煤系地层上覆巨厚推覆体片麻岩和寒武系高屏蔽及地表水体的影响,地面三维地震勘探效果不佳,难以查明1煤组至底板灰岩强含水层的垂向导(含)水通道,因此上述因素的叠加加剧了煤炭资源安全开采的水害威胁,提升了采煤事故发生概率。矿方结合采掘规划,严格按照相关要求,对受高压奥灰水威胁的1煤220106工作面开展了地面超前区域探查治理工程,以期采用多分支水平定向井工艺,在工作面内区域探查隐伏导水构造,并通过高压水泥注浆的方式进行封堵,达到工作面安全掘进与回采的目的。本文重点对新集二矿1煤220106工作面底板灰岩地面超前区域探查治理工程及其效果进行评价,可为该工作面的掘进与回采提供依据,为本区类似工程的开展提供参照。     

晋城矿区采动区煤层气地面井抽采技术试验

在晋城市成庄矿区4308工作面进行了采动区煤层气地面井抽采试验,针对试验点地质特点,设计出试验井井身结构,分析了钻井在工作面推过前后的抽采数据,并先后4次对套管变形情况进行了考察。试验发现,地面井抽采纯流量最高达8 m3/min,但是如何保证套管的稳定性是需要解决的关键问题。     

余吾煤业公司地面钻井抽采采空区瓦斯技术研究及应用

为解决采空区积聚瓦斯涌向工作面,造成工作面和回风流瓦斯浓度超限难题,潞安集团余吾煤业公司根据矿区自身实际情况将瓦斯治理与采矿技术相结合,在N2105工作面开展地面钻井抽采采动影响煤层及采空区瓦斯试验。结果表明:随着工作面推过钻井距离增大,采空区顶板垮落,顶底板裂隙逐渐发育,观测期间瓦斯浓度由初期的12.2%增长到69.4%,瓦斯纯流量从1.32m3/min上升到13.94 m3/min;1个月内累计抽采纯瓦斯总量30.704万m3,产气平稳阶段瓦斯纯流量在9 m3/min以上共13 d,占总抽采期的41.9%。解决回采工作面瓦斯超限的难题的同时,实现了煤与瓦斯共采。     

含水层下综放开采膏体充填技术与应用

针对含水层下厚煤层开采时易发生突水灾害的问题,以陕西某矿为工程背景,提出了1种综放开采过渡支架后方膏体充填技术,阐述了该技术的原理和工艺流程,利用数值模拟、现场观测的方法,分析了架后充填开采导水断裂带发育特征及工作面涌水量变化规律。数值模拟结果表明,采用架后充填技术后,工作面导水断裂带发育为矩形,最大发育高度为67.2 m。现场观测结果表明,采用架后充填技术后,架后充实率可达90%,工作面涌水量由220 m^3/h显著下降到90 m^3/h,工作面推进200 m后导水断裂带最大发育高度为76.8 m。研究结论表明,该技术有效地降低了覆岩导水断裂发育高度,可实现含水层下厚煤层安全开采。     

巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践

以永陇矿区崔木煤矿为研究背景,分析矿区含(隔)水层与煤层的空间组合及覆岩特征,结合导水裂隙带发育高度探查结果,开展巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践研究。结果表明:该区导水裂隙带发育高度为煤层采厚的19.93~23.23倍,已波及上覆白垩系含水层。以所确定的保水开采保护层厚度30 m为阈值,将研究区划分为自然保水开采区、可控保水开采区和保水限采区,并提出各分区相应的保水开采途径。实践表明:巨厚砂砾岩含水层下保水开采的有效途径主要包括控制导水裂隙发育高度,选用适当的工作面布局及推进速度,以及隔水层采动破坏后的恢复与再造。     

浅埋煤层穿越河道采煤的实践与研究

为防止煤层回采过程中地表水通过导水裂缝带流入井内,威胁矿井安全,基于神府矿区柠条塔煤矿N1201工作面新民沟区域富水区水文地质条件,运用经验公式计算出该工作面回采后,工作面上方地表河流段会形成塌陷区,塌陷后的导水裂缝带高约60 m,使工作面与地表相贯通,通过SF6气体试验得以证实。为此采用在井下设置排水仓、地表安设排水管道、河道裂缝处开挖充填等综合技术防止地表水向井下下渗,结果表明,回采过程中工作面涌水量仅较原来增加了4.7m3/h,实现了穿越河道浅埋煤层安全开采。     

低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术及应用

低煤阶煤层气资源受到了越来越多的关注,有望成为新的研究热点和煤层气勘探开发新领域。基于神东煤炭集团保德煤矿主采的8号煤层属典型的结构复杂低阶厚煤层的特点,开展了低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术的研究。通过对矿井原有封孔工艺的改进,应用煤矿井下钻孔抽采瓦斯效果预测平台,优化8号煤层回采工作面瓦斯预抽钻孔的布孔工艺,进一步应用井下双向立体交错钻孔联合抽采瓦斯工艺实施回采前的工作面瓦斯治理,使之形成立体分层抽采瓦斯的格局。工程应用结果表明,应用低阶厚煤层立体抽采瓦斯技术可有效降低煤层瓦斯含量,使工作面实现回采前的瓦斯抽采达标。试验期间,累计抽采瓦斯量1 651.93万m³,瓦斯的预抽率达58.96%。     

Concurrent Mining During Construction and Water-Filling of a Goaf Groundwater Reservoir in a Coal Mine

Coal mining has aggravated water scarcity in the arid areas of northwestern China. Concurrent aquifer drainage, mining, and water storage is proposed, using a goaf groundwater reservoir (GGWR) to preserve the area’s fragile ecosystem. By continuously draining the overlying aquifer of the working face and simultaneously storing water in the goaf while the working face is mined, this technology can maintain the storage capacity of the GGWR without jeopardizing mine safety. The drainage process was simulated, based on mining conditions of the 11201 working face in the Yuandatan coal mine, to investigate how water pressure variations in the overlying aquifer would affect GGWR construction. Then, two drainage borehole arrangements were simulated. The research demonstrated that the resulting drainage intensity would enable continuous operation of “aquifer drainage-coal mining-water storage”, and that the design satisfies the in-situ drainage and storage requirements. Therefore, concurrent construction and water-filling of the GGWR is feasible.     

临涣煤矿瓦斯防治技术研究

根据临涣煤矿六采区1061工作面的实际地质与开采技术条件,在综合分析和研究的基础上,制定了1061工作面回采期间的瓦斯治理技术方案,其方案总体架构是构建“风排瓦斯+综合抽采瓦斯（地面井+高位钻孔+上向拦截钻孔+采空区埋管）”技术体系。六采区瓦斯治理技术方案的实施,确保了六采区回采期间采掘工作面的瓦斯浓度在《煤矿安全规程》规定的临界指标内,实现了1061工作面的瓦斯治理目标,确保了安全生产。