近距离煤层群保护层开采底板卸压瓦斯抽采技术研究

针对沙曲矿近距离煤层群开采中的瓦斯防治问题，综合运用理论分析、数值模拟的方法对保护层开采时底板卸压效果进行分析，结合塑性区的发育形态编写fish语言获取被保护层中渗透系数的变化规律，并用于工程实践。结果表明：在2号煤层作为保护层开采的情况下，底板卸压深度可达20～36m，大于3+4号煤层与3号煤层之间的最大垂直距离，3+4号煤在上煤层的保护范围内|随着保护层的开采，被保护层渗透性系数明显提高，最大值可以达到5.2，虽然随着工作面推进覆岩垮落，渗透性系数会有所回落，但与初始值相比依然有较大提升|在2号煤层的回采时，对底板穿层钻孔进行了瓦斯浓度实测，钻孔中瓦斯浓度最大值可达到70%，抽采效果良好。     

近距离突出危险煤层群上保护层开采可行性分析

为解决沙曲煤矿近距离突出危险煤层群开采瓦斯防治的难题,基于理论法分析、数值模拟及现场实测方法,分析22201工作面作为保护层开采的可行性.结果表明:2号煤层作为保护层开采,采动影响下底板破坏深度可达26 ～ 28 m,大于3+4号和5号煤层同2号煤层之间的最大垂直距离,两层煤均处于上煤层开采保护范围内;3+4号、5号煤层垂直应力最小可分别降至0.5、1.0 MPa,并表现出较高的瓦斯卸压程度.2号煤层开采时,有效抽采范围内被保护煤层渗透率明显升高,最大值可达5.2×10-3μm2;最后对2号煤层回采过程中,底板穿层抽采钻孔中的瓦斯浓度进行了实测,结果表明瓦斯体积分数最大值可达80％,抽采效果良好.     

上解放层底板下向钻孔抽放被解放层瓦斯技术研究

开采上保护层以解放邻近有突出危险煤层时,被解放层卸压瓦斯会通过裂隙大量涌入保护层采空区和工作面,增加了保护层工作面瓦斯治理工作难度.而在条件充许的情况下,如果直接对被保护层卸压瓦斯进行抽放可达到事半功倍的效果.据此思路,根据开采煤体时底板破坏理论可计算底板最大破坏范围及深度,提出上保护层底板下向钻孔抽放被保护层卸压瓦斯的抽放方法,并给出了抽放钻孔布置的设计方案.     

上保护层开采及卸压瓦斯抽采的消突效果研究

为分析上保护层开采及卸压瓦斯抽采对煤层消突的作用,采用理论计算、数值模拟及现场实测相结合的方法,研究上保护层开采底板破坏深度及卸压范围,优化卸压瓦斯抽采参数。研究表明:当煤层采高为1.4 m时,上保护层开采后煤层卸压深度为13.8~17.9 m,走向卸压角为59°,倾向卸压角为74°;对被保护层使用底抽巷网格式上向钻孔抽采,穿层钻孔终孔间距为15 m,终孔位置距2#煤层顶板约0.5 m,钻孔直径不小于100 mm;卸压瓦斯的抽采浓度达42.5%,被保护层保护范围内的瓦斯压力降为0.55 MPa,残余瓦斯含量降为5.214 m3/t,消除了突出危险性。     

保护层开采卸压瓦斯运移规律及强化抽采技术研究

为研究保护层开采过程中被保护层动态卸压效果,建立了煤层变形与瓦斯流动的应力-渗流耦合理论模型,数值模拟研究了被保护层的动态卸压效应及瓦斯运移规律,在此基础上,设计了保护层开采条件下的底板穿层钻孔强化抽采方法。研究表明：（1）被保护层卸压范围随保护层工作面推进逐步扩大,被保护层最大垂直应力降低了30%左右。（2）采动卸压作用下被保护层瓦斯逐渐向采空区流动造成瓦斯压力下降,降幅可达35%。（3）通过保护层开采卸压结合穿层钻孔抽采提高了瓦斯抽采效率,瓦斯抽采浓度由10%左右提升到35%以上,达到了快速消突的目的。     

中远距离上保护层开采被保护层卸压时空效应及应用研究

针对祁东煤矿煤层群中远距离上保护层开采时,被保护层施工穿层钻孔发生严重的钻孔突出等问题,研究了上保护层开采被保护层卸压瓦斯流动滞后的时空规律,用于被保护层卸压瓦斯抽采。研究表明:被保护的9煤层底板穿层钻孔滞后上覆71煤层工作面平面位置20~25 m施工钻孔进行卸压抽采,解决了被保护层超前预抽及卸压抽采存在的钻孔突出、煤孔段塌孔,以及卸压抽采封孔段漏气等问题,提高了抽采效果。     

近距离煤层群保护层开采底板卸压及效果考察

为了研究近距离煤层群开采中底板卸压及瓦斯治理等问题,通过分析底板岩层卸压和塑性区的发育机理,运用数值模拟分析上保护层开采后底板卸压增透效应,并通过工程实践验证近距离煤层群保护层开采瓦斯治理效果。结果表明：保护层开采后,其底板岩层破坏深度最大可达到17.8 m,大于5号煤层与9号煤层之间的最大垂直距离17 m, 9号煤层处于保护范围内;通过数值模拟得出底板岩层破坏塑性区最大深度为23 m; 5号煤层回采工作面推进并超过测压地点后,测压孔瓦斯压力下降46%～57.9%,说明5煤层开采后区域有效保护范围内9号煤层的突出危险性已消除,卸压效果良好。     

远距离下保护层开采对上覆煤岩层卸压效果的影响

为探究晋城矿区下保护层开采对上覆岩层卸压效果,综合运用数值模拟和现场实测等手段,并以该矿区开采9号煤层作为3号煤层下保护层为工程背景开展研究。采用数值模拟手段研究下保护层开采上覆煤岩体卸压效果及被保护层煤体膨胀变形规律,并确定有效保护范围。研究结果表明:保护层回采后,上覆煤岩体出现分区卸压效应,卸压效果随与工作面垂直距离增加而降低;被保护层倾向卸压角为63°,走向卸压角为60°;采空区中部被保护层膨胀变形率保持在4‰左右,为稳定卸压区域。现场工业试验后,通过钻孔电视发现被保护层煤体受采动影响产生离层裂隙。煤层瓦斯参数测定发现,被保护层煤体瓦斯含量、瓦斯压力分别降低至开采前50%和60%,表明开采9号煤层作为保护层对上覆3号煤层卸压消突效果显著。     

近距离煤层群底板拦截钻孔抽采回采工作面卸压瓦斯技术研究

根据赤峪煤矿近距离煤层群开采及瓦斯含量在10 m3/t以上等特殊条件,采用近距离煤层群底板拦截钻孔抽采回采工作面卸压瓦斯技术,利用在3号煤层的掘进巷道施工拦截钻孔,拦截钻孔抽采3号、4号煤层卸压瓦斯,降低回采过程中3号、4号煤层卸压瓦斯涌入2号煤层采空区的量。该技术通过在赤峪煤矿中央采区C1204工作面试验结果表明,底板拦截钻孔抽采回采工作面卸压瓦斯技术可替代底板抽采巷施工底板卸压钻孔,不仅有效的降低煤层瓦斯含量、压力,保证了工作面安全生产,同时节省了底板抽采巷因变形严重需要维修的费用。     

近距离煤层群叠加开采采动应力-裂隙动态演化特征实验研究

围岩应力、裂隙分布特征是影响突出危险煤层瓦斯抽采效果的重要因素,为优化突出危险煤层群瓦斯预抽方案,以沙曲煤矿近距离煤层群开采为背景,采用相似模拟实验研究了保护层与被保护层双重采动影响下围岩应力-裂隙分布与演化特征。结果表明：3+4号煤初采时,叠加采动的影响下,顶底板卸压程度较一次采动影响时高,但高卸压程度阶段持续长度减少,约105 m,底板最大应力降低值可达12 MPa,是保护层开采时最大应力降低值的1.5倍;进入正常推进阶段,仅距采空区两侧煤壁一定范围L内仍保持较高裂隙发育和应力降低程度,且较保护层开采时L值减小,20~30 m,采空区中部覆岩裂隙再次闭合,围岩应力出现恢复现象;工作面推进距离一定条件下,双重采动影响下顶底板卸压程度及裂隙发育程度较一次采动影响下明显升高;被保护层开采时,3+4号煤同2号煤之间岩层破碎程度最高,裂隙最为发育,覆岩裂隙发育程度随工作面推进距离增加而升高,由于形成稳定顶板结构的随机性,覆岩裂隙频数程台阶式增长。最后将研究结果应用于沙曲煤矿高瓦斯煤层群开采时瓦斯抽采钻孔的布置设计,取得较好的抽采效果。     

弱透气性煤层受岩石下保护层开采影响卸压增透效果研究

针对平煤股份十矿大埋深弱透气性煤层下保护层开采工程,采用岩石破裂损伤理论和有限元计算方法,研究了被保护层变形规律、应力演化过程、卸压保护范围及瓦斯抽采效果。结果表明,随着保护层工作面的推进,其上覆煤岩体同时发生拉伸应力和剪应力破坏,被保护层大量的裂隙扩展发育,孔隙率大幅提高;随着保护层的开采,被保护层呈现出压缩和膨胀的变化规律,位于保护层采空区中部上方的被保护层变形最大,变形膨胀率最大,因此有利于煤层的卸压增透和瓦斯的抽放;岩石保护层开采后对被保护煤层沿倾斜方向预计保护范围卸压角为78°。工业试验显示:在己_15-16-24130岩石下保护层开采后,上覆己_15-16煤层变形膨胀率在0.62%~1.54%,己₁₇煤层变形膨胀率在1.71%~3.67%;在预计保护范围线位置测定的煤层最大综合残余瓦斯压力为0.42 MPa,最大残余瓦斯含量为4.210 7 m³/t。证明预计保护范围是可靠的,为平煤十矿下保护层开采区域瓦斯治理技术的推广应用提供了可靠的依据。     

下分层抽采长钻孔终孔位置合理确定

针对特厚煤层高瓦斯工作面回采上分层期间出现上隅角瓦斯超限报警的情况,提出在下分层施工千米定向钻孔抽采瓦斯的技术.分析上分层回采过程中,下分层裂隙发育程度及卸压瓦斯运移规律,在某矿205工作面开展试验研究,借助理论计算和Flac3D模拟可知,下分层塑性破坏最大距离为13m,工作面底板以下6～9m最适合布置千米定向钻孔.位...     

近距离上保护层开采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采参数优化

为确保近距离上保护层工作面的开采安全,同时有效抽采下被保护层的卸压瓦斯消除其突出危险性,开展了近距离上保护层开采工作面的瓦斯涌出规律研究,在此基础上对被保护层的卸压瓦斯抽采参数进行了优化。研究结果表明：下被保护层12煤层位于上保护层开采后形成的底臌断裂带内,层间裂隙发育充分,保护层工作面瓦斯涌出量大多来自被保护层的卸压瓦斯;在采用底板岩巷上向网格式穿层钻孔对被保护层进行卸压瓦斯抽采时,被保护层卸压瓦斯流向保护层工作面还是穿层钻孔由瓦斯在裂隙中流动形成的沿程阻力决定;被保护层12煤层穿层钻孔间距确定为1倍层间距大小,即穿层钻孔间距为16 m。工程应用表明,该设计参数能够满足保护层安全开采及被保护层消除突出危险性的要求。     

An analysis on the effect of mining height and floor lithology on pressure relief of upper protective layers

In order to understand the effect of mining height and floor lithology at the upper protective layer face on the pressure relief of protected coal seams, this paper uses a numerical simulation method to model the pressure changes at protected coal seam during mining upper protective layer. The results show that the taller the mining height at the upper protective layer face, the greater the protection on protected coal seam due to the higher level of pressure release; the upper protective layer face with hard rock floor impedes the pressure release at the protected coal seam, which affects the overall effect of the pressure release at protected coal seam using the protective layer mining method.     

煤柱影响下被保护层开采应力演化特征数值模拟研究

为探究煤层群开采过程中,煤柱对被保护层开采应力演化特征的影响规律,以良村煤矿1801工作面为工程实际,应用FLAC3D应变-软化模型对煤柱影响下被保护层工作面开采时支承压力和三维应力的演化规律进行了数值模拟。研究结果表明：被保护层工作面除煤柱影响区之外整体处于卸压状态。支承压力演化规律与被保护层工作面开采进度紧密相关。当工作面推进位置处于煤柱影响区时,支承压力值突增至原岩应力的1.25倍,曲线呈快速上升态势。距离保护层的层位越高,垂直应力值越小,当层位距大于26m时,三维应力分布基本不再受煤柱的影响。煤柱影响下被保护层工作面范围可分为煤柱影响区、煤柱影响扩界区和卸压区,以此提出了瓦斯突出分区防治策略,在该工作面实施了高位穿层钻孔、采空区埋管瓦斯抽放、网状穿层钻孔和大直径卸压钻孔的综合措施,累计抽放瓦斯90余天,抽放瓦斯64805m,效果检验指标均不超限,实现了安全回采。     

高山矿近距离低透煤层上保护层开采底板卸压增透效应研究

针对低透高瓦斯近距离煤层上保护层开采合理性问题,以高山煤矿二采区4号和9号煤层作为研究对象,对上保护层开采后底板卸压增透效应进行研究。结果表明:保护层开采后,底板卸压区域呈现为倒梯形,卸压角度约为65°,卸压竖直范围超过50 m,垂直应力由原始应力7.1 MPa降低到3 MPa左右,平均卸压值为3.6 MPa左右,卸压率平均为60%,垂直应力的总体变化趋势为"降低-升高-稳定";被保护层位移变化规律与垂直应力一致,随保护层开采,被保护层竖直方向出现上升,平均上升距离为40 mm左右,最大位移出现在两侧,为53 mm左右,膨胀率由两侧向中部逐渐升高,并稳定在7‰左右;被保护层在距开切眼50~270 m范围内出现明显的增透现象,渗透率平均升高70%,且增透范围呈现倒梯形分布。     

极薄煤层钻采上覆煤层卸压变形及渗透性演化规律

通过相似材料试验及现场工程测试等手段,对极薄近距离下保护层钻采上覆被保护层垂直应力、膨胀变形、渗透率演化规律进行了研究,得出了钻采极薄下保护层上覆被保护层的垂直应力、膨胀变形及渗透率变化规律等。研究结果表明,钻采极薄近距离下保护层二1煤垂直应力降低60%以上,相对膨胀变形率12‰,相似材料体渗透率增大15倍。钻采一9煤对上覆二1煤能形成保护效果,引起了二1煤卸压增透、卸压增流效应,降低了二1瓦斯抽采难度,消除了二1煤的突出危险性,研究成果可推广应用于极薄保层开采。     

多煤层近距离保护层开采瓦斯涌出规律及抽采方案研究

 为确保近距离保护层工作面的生产安全,采用分源预测方法对罗州煤矿首采工作面瓦斯涌出规律进行分析,研究表明本煤层瓦斯涌出占16.9%,上邻近层瓦斯涌出占50.7%,下邻近层瓦斯涌出占32.4%。在此基础上对罗州煤矿瓦斯抽采方案进行优化设计,首采工作面采用本煤层顺层平行斜交钻孔、采空区埋管抽采结合通风稀释瓦斯,上邻近层采用高抽巷抽采环形裂隙圈内高浓度瓦斯,下邻近层采用底板穿层钻孔抽采底臌断裂带和底臌变形带内的卸压解吸瓦斯。通过保护层卸压开采配合卸压瓦斯强化抽采方法,降低了卸压煤层瓦斯含量,消除了被保护层煤与瓦斯突出危险性。     

近距离煤层群下保护层开采卸压保护效果研究

为了防治石屏一矿近距离煤层群开采过程中存在的煤与瓦斯突出风险,运用FLAC3D数值模拟软件分析了11025下保护层开采对上覆C19主采煤层卸压保护效果。研究结果表明:平均厚度1.3 m的下保护层开采后,距离20.9 m的上覆煤层应力释放呈现很强的分区分带性,采场中部一定范围内的应力明显降低,靠近采场边缘应力增大,中心最大位移量约为440 mm。基于法向应力和膨胀变形率指标确定煤层倾向方向卸压角运输巷侧为δ1=60.4°,风巷侧为δ2=67.9°,走向方向两端卸压角δ3=δ4=58.7°。下保护层开采后,卸压范围内C19主采煤层透气性系数提高7倍,最高瓦斯抽采速率1.13 m3/min,瓦斯压力降为0,起到了良好的卸压保护效果。