突出煤层瓦斯防治技术研究与应用

针对低透气性突出煤层瓦斯治理难题,试验研究了采用保护层开采和高压水射流钻割一体化为主的瓦斯抽采技术。本文介绍了回采工作面远程卸压保护预抽技术和高压水射流钻孔与切割试验情况和效果,煤层透气性系数显著增加,实现了瓦斯强化抽采,消除了煤层的突出危险性,在其他类似条件矿井具有推广应用价值。     

高压水射流割缝提高瓦斯抽放效率的研究

为了提高坚硬煤层的瓦斯抽放效率,利用高压水射流对瓦斯抽放钻孔进行割缝.采用计算机模拟优化影响高压水射流切割质量的各种参数,研究了高压水射流割缝提高瓦斯抽放效率的作用机理,并进行了井下高压水射流割缝工业性试验.试验结果表明:高压水射流割缝改变了煤体的原始应力和裂隙状况,改善了煤层中的瓦斯流动状态,瓦斯抽放量提高了5～6倍,瓦斯抽放速率提高了6～8倍,从而提高了煤层瓦斯抽放效率.     

高压水射流割缝提高穿层钻孔瓦斯抽放效果的试验

 针对如何解决高瓦斯煤层采掘过程中瓦斯超限的问题,提出了高压水射流割缝提高穿层钻孔瓦斯抽放效果的技术。文章分析了高压水射流割缝对瓦斯的作用机理,介绍了高压水射流割缝系统设备、工艺以及现场试验情况。通过对钻孔进行高压水射流割缝,从而增加了钻孔的煤层暴露面积以及卸压范围,钻孔瓦斯抽放量提高了2倍以上,瓦斯抽放效果有了显著的提高。     

瓦斯抽采钻孔“钻-割-封”技术研究及应用

为提高煤层透气性、改善抽采钻孔封孔质量,强化瓦斯抽采效果,消除煤层突出危险性,依据高压水射流破煤机理,提出"钻-割-封"技术,即对瓦斯抽采钻孔及封孔段周边煤体切割径向环形缝槽,然后注浆封孔。通过现场试验,验证采用"钻-割-封"技术钻孔的瓦斯抽采效果。现场试验结果表明:采用"钻-割-封"技术的抽采钻孔瓦斯浓度提高20%～30%,瓦斯抽采纯量相较于常规钻孔提高约1倍,实现煤层的卸压增透,提高了钻孔密封性。     

基于坚硬煤层条件的顺层钻孔增透技术研究

为了解决低透气性坚硬煤层顺层钻孔抽采影响范围小、抽采效果差等问题,分析了坚硬煤层高压水射流破坏过程,采用数值模拟的方法研究了超高压水射流环形割缝卸压增透机制,研制了新型超高压水力割缝成套装置,并现场考察了坚硬煤层煤巷条带顺层钻孔超高压水力割缝应用效果。结果表明:采用超高压水力割缝后,坚硬煤层透气性提升约20倍,钻孔平均抽采瓦斯纯量提高2.0~2.5倍,抽采达标时间缩短67%以上,月掘进速度提高约50%,掘进期间无瓦斯异常现象,实现了坚硬煤层煤巷条带安全、快速掘进。     

基于水力割缝的高瓦斯厚煤层快速掘进保障技术研究

针对山西潞安集团余吾煤矿3煤掘进期间瓦斯涌出高,造成巷道掘进速度难以提升的问题,采用高压水射流割缝技术进行快速卸压增透,现场试验发现,割缝孔抽采瓦斯浓度最低达到71. 2%,最高达到93%左右,割缝孔的瓦斯浓度大部分时间高于同组对比的普通钻孔,提高了煤体中瓦斯的抽采效率,为高瓦斯厚煤层巷道的快速掘进提供了技术保障。     

穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术研究与应用

为了解决高瓦斯突出煤层巷道掘进过程中的煤与瓦斯突出问题,开发了将钻机钻进与射流割缝技术有机结合的穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术。采用数值模拟的方法对比分析了钻孔和射流缝槽卸压效果,研究结果表明:割缝卸压比单纯钻孔卸压要优越很多,割缝缝槽破坏了钻孔周围的"瓶颈效应",多个割缝钻孔形成的裂隙相互导通,煤体透气性增大,促进瓦斯释放。工业性试验结果表明本卸压增透技术效果明显,瓦斯抽采流量、煤体扰动体积都有较大幅度增加,提高了瓦斯抽采效率。     

高压水射流环切割缝自卸压机制与应用

为解决深部矿井低透气性煤层瓦斯抽采难题,针对穿层钻孔提出了高压水射流环切割缝煤层自卸压增透技术。通过瓦斯流动理论分析普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动模式,分别建立了普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动微分方程,获得了高压水射流环切割缝自卸压技术改善煤层瓦斯流动机制;采用FLAC3D软件建模分析高压水射流割缝后钻孔周边煤体应力演化规律,基于煤体卸压程度及塑性区分布特征,确定了穿层钻孔合理化割缝参数;通过底板穿层钻孔高压水射流环切割缝技术现场考察,环切割缝后煤层变形量达到0.136%,煤层透气性系数较原始状态提高了42倍,瓦斯抽采纯量相较普通钻孔提高3.44~5.32倍,同等条件下煤层抽采半径提高了1倍以上。理论研究与现场试验均表明,采用高压水射流切割在煤层内部形成环形缝槽,能有效改善钻孔煤体应力状态,增加煤层渗透性,提高瓦斯抽采效率。     

余吾矿N1103工作面高压水射流割缝效果分析

为了研究高压水射流割缝技术在余吾矿的应用效果,采用理论分析与现场测试相结合的方法,在该矿N1103工作面运输顺槽进行施工。选择瓦斯抽采浓度、抽采有效半径作为评价指标。通过对实施高压水射流割缝技术的钻孔和未实施该技术的钻孔进行对比,发现实施后的钻孔瓦斯抽采浓度提高了近20%,有效抽采半径提高到原来的近3.5倍,验证了高压水射流割缝技术在余吾矿的适应性。     

新安煤田高压水射流石门揭煤快速消突技术及应用

为了解决新安煤田煤层突出危险性大,煤层松软,透气性差,抽采困难的状况,提出了高压水射流石门揭煤快速消突技术。通过在孟津煤矿11031运输巷揭煤工作面采用高压水射流割缝卸压增透技术,对该揭煤区域实现了高效快速瓦斯抽采,应用表明采用该技术后平均瓦斯抽采浓度提高3倍以上,平均单孔瓦斯抽采纯量提高5倍以上;采用该技术可使瓦斯抽采钻孔量缩减82%,揭煤时间缩短73%,节约了生产成本,缓解了矿井的抽、采接替矛盾。