考虑塑性软化和扩容特性的最短封孔深度研究

为了确定合理的瓦斯抽采封孔深度,建立了考虑塑性软化和扩容特性的巷道周围煤体弹塑性模型,得到了巷道周围煤体应力分布和最短封孔深度的表达式,分析了最短封孔深度的影响因素,采用钻屑量法和抽采浓度法对确定的封孔深度进行了现场验证.结果表明:初始地应力、煤体强度、支护应力和巷道尺寸是控制最短封孔深度的主要因素;埋藏深度越深,煤质越软,钻孔的封孔深度应越长;在地质构造带和大断面巷道,应加大钻孔的封孔深度;钻屑量和CH4体积分数测试结果表明,确定的封孔深度合理可靠.     

采掘应力作用下顺层钻孔孔径时空演化规律

为研究采掘应力对顺层瓦斯抽采孔孔径的影响,建立考虑煤的塑性软化的黏弹塑性模型,得到钻孔孔径表达式,运用钻屑法研究煤体内采掘应力分布规律。以鹤壁八矿3103北工作面为例,对比分析了相同采掘应力作用下软、硬煤层内顺层钻孔孔径的时空演化规律。结果表明,在松软煤层内实施顺层钻孔,钻孔形成初期在应力集中区域极易形成塌孔,随着时间的推移,应力集中区钻孔逐渐被压实,甚至在原始应力区也出现塌孔现象,瓦斯抽采通道急剧破坏,导致松软煤层钻孔难以保持长时间高体积分数抽采;在硬煤层内实施顺层钻孔,孔径随着时间的推移有所缩小,但依然处于稳定状态,未发生堵孔现象,瓦斯抽采通道顺畅,硬煤层钻孔能保证较长时间的高体积分数抽采。因此,充分考虑采掘应力对具体煤层孔径影响,为钻孔稳定性防护提供依据,对提高瓦斯抽采效果具有重要意义。     

突出煤层深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采消突研究

通过三角形布置水力致裂钻孔、互为卸压孔和观测孔、深封孔短封孔长度等保障了突出煤层掘进头超前深孔水力致裂驱赶的安全性.采用现场试验观测了水力致裂的裂缝扩展与瓦斯驱赶范围,分析了水力致裂前后突出危险性指标、打钻难易程度、迎头瓦斯体积分数、瓦斯抽采效果和消突效果的变化.在水力致裂导致的孔隙水压力和瓦斯驱赶作用下,水力致裂结束后立即钻区域抽采孔较困难;4h后打钻就非常容易,很少出现吸钻、喷孔、煤炮声等现象.薛湖矿4条煤巷掘进的实践表明该技术区域消除了突出危险性.突出煤层掘进节省了10个区域孔的工程量和施工时间,区域消突瓦斯抽采时间减少8.3h以上.     

王家岭煤矿高位定向长钻孔抽采顶板卸压瓦斯技术

王家岭煤矿是典型的低瓦斯煤层高强度开采引起的高瓦斯矿井,由于煤层瓦斯含量不高且透气性差,所以瓦斯抽采顶板难度大。为了得到适合于王家岭煤矿的高位定向水平钻孔抽采卸压瓦斯工艺参数,现场跟踪考察了12318综放工作面高位定向钻孔的瓦斯抽采体积分数、纯流量等工艺参数,分析了布孔垂直层距、水平错距等关键参数与抽采效果的关联特性。依据实测的顶板岩层力学参数及经验公式,计算得到顶板冒落带高度,为19.11~24.10 m;裂隙带高度,为57.06~74.86 m。分析抽采效果认为:同一钻场中的钻孔抽采瓦斯纯流量随着钻孔垂直层距的增大而增大,钻孔抽采瓦斯纯量随水平错距的减小而增大,垂直层距最大的2个钻孔瓦斯抽采纯量占钻场抽采总量的70%以上。钻场钻孔垂直层距在25~41 m时,对工作面上隅角瓦斯防治效果明显优于垂直层距20 m的钻场。     

地面群孔瓦斯抽采技术应用研究

为保证新集一矿突出煤层13-1煤北中央采区的安全开采,先后开采131103、131105等11-2煤层工作面作为保护层。首先在上述两个工作面共布置了6个地面钻孔,建立了地面群孔瓦斯抽采系统,预抽采动区被保护层13-1煤瓦斯。接下来对地面钻孔抽采瓦斯参数进行了考察,主要包括基于示踪技术考察了131105工作面采动卸压地面钻孔走向及倾向瓦斯抽采半径,统计分析被保护层瓦斯抽采率,同时就地面群孔与井下底板巷穿层钻孔瓦斯抽采两种方法进行了抽采率、工程费用等方面的对比。研究结果表明：新集一矿的地层条件下地面钻孔抽采煤层卸压瓦斯沿煤层倾向和走向的抽采半径分别不小于160m和240m;采动区地面群孔瓦斯抽采率达35%以上;地面钻孔相对比井下底板巷,在抽采瓦斯方面具有技术上可靠、安全、经济等优点。     

顺煤层定向长钻孔水力压裂煤层增透技术及试验研究

为了提高顺煤层钻孔瓦斯抽采效果,在分析井下煤层水力压裂技术发展现状及其增透机理的基础上,结合定向长钻孔施工技术与煤层水力压裂增透强化抽采技术,提出了顺煤层定向长钻孔裸孔坐封、水力压裂增透技术工艺。鉴于赵固二矿二1煤层中等偏硬、厚度大、瓦斯含量高等特征,选择该矿井二1煤层进行长钻孔整体压裂试验。结果表明:采用煤层长钻孔孔内封隔器裸孔坐封方式能够满足赵固二矿水力压裂煤层段密封需要;注水压裂过程压力上升平稳,泵压和流量达到设计要求;工具串回收过程无塌孔和卡阻现象,顺层长钻孔孔内封隔器裸孔坐封和压裂工艺达到预期目标;整体水力压裂影响半径最大达到38 m(单侧),压裂钻孔百米钻孔瓦斯抽采量比常规顺层钻孔有了较大提升。     

煤与远程卸压瓦斯安全高效共采试验研究

运用高瓦斯煤层群煤与瓦斯安全高效共采的思想,在淮南潘一矿进行了煤与瓦斯安全高效共采及远程瓦斯抽采的试验研究：首先开采瓦斯含量低、无突出危险的B11煤层,利用其采动影响使处在其上部70m(相对层间距35)的C13煤层卸压,煤层透气性系数增加近3000倍,瓦斯大量解吸并形成了沿顺层张裂隙流动的条件,通过在C13煤层底板沿走向布置的瓦斯抽采巷向C13煤层均匀地打网格式上向穿层钻孔,C13煤层内的卸压解吸瓦斯在煤层残余瓦斯压力和抽采负压作用下沿顺层张裂隙向抽采钻孔汇集,瓦斯抽采率达60%以上,不仅消除了煤与瓦斯突出危险性,而且相对瓦斯涌出量由原来25m^3／t下降到5m^3／t,工作面日产量由原来的1700t提高到5100t,成功地实现了煤与瓦斯两种资源的安全高效共采。     

钻杆钻进扰动下顺层瓦斯抽采钻孔孔壁失稳机制

为了探讨钻杆钻进扰动对顺层瓦斯抽采钻孔孔壁失稳破坏的影响规律,基于赫兹接触理论,推导钻杆与瓦斯抽采钻孔发生摩擦时滑动接触应力分量计算公式,建立钻杆钻进扰动下孔壁附近复合应力场的分析计算模型,分析孔壁的复合应力场,运用有限元分析软件Abaqus对计算结果进行验证;最后,依据Mohr-Coulomb强度准则,对防止孔壁失稳的临界钻进参数进行分析。结果表明：钻杆位于瓦斯抽采钻孔正下方时,孔壁复合应力场中的最大主剪应力取得最大值;最大主剪应力位于接触表面,若超出煤岩的抗剪强度,则会在此处发生剪切破坏;降低钻杆公转率以及钻杆与瓦斯抽采钻孔孔壁的摩擦系数可以提高钻进过程中孔壁的稳定性;钻杆与瓦斯抽采钻孔之间的环空间隙越大,临界钻压越小。研究结果可为顺层瓦斯抽采钻孔钻进工艺参数选择提供理论指导。     

顺层长钻孔预抽瓦斯孔径确定及应用效果分析

针对丁集矿煤层瓦斯高、地应力大及透气性差等特点,在巷道掘进工作面及煤壁两侧采取顺层长钻孔预抽瓦斯卸压消突措施。通过RFPA-Gasflow软件对钻孔周围煤的变形破坏特征、瓦斯流动特点及应力集中的变化进行数值模拟,获得合理瓦斯抽放钻孔参数,保证措施安全有效。结合模拟结果和现场钻孔施工实际确定抽放钻孔直径为133 mm,此时钻孔周围煤水平、竖直方向最大破坏范围达到520 mm和360 mm,掘进工作面前方煤卸压消突效果显著。     

穿层钻孔与顺层钻孔抽采半径差异性研究

为了研究两种钻孔有效抽采半径之间存在的差异,以朱集西煤矿11-2煤层为例,采用压力降低法测定了穿层钻孔的有效抽采半径,采用SF6气体示踪现场实测结合COMSOL软件模拟的方法测试了同一煤层顺层钻孔的有效抽采半径。现场测试结果表明,试验煤层在13 k Pa抽采负压、抽采90 d的条件下,穿层钻孔和顺层钻孔的有效抽采半径分别为4.5 m和7.8 m,穿层钻孔的有效抽采半径明显小于顺层钻孔的有效抽采半径,这对抽采设计中合理选择钻孔间距具有十分重要的意义。     

煤层瓦斯抽放钻孔的二次封孔方法研究

针对煤层钻孔抽放瓦斯后煤层孔隙裂隙发育致使瓦斯浓度下降,钻孔有效抽放期缩短的技术难题,首次提出二次封孔方法.阐述了二次封孔方法的基本原理,建立了微细膨胀粉料颗粒在孔隙裂隙中运动的数学模型,并在晋城煤业集团公司寺河矿开展了6个月的现场工业性试验.结果表明:应用二次封孔方法可提高瓦斯抽放浓度25%～50%,延长钻孔的有效瓦斯抽放期3个月.     

煤层注水促抽瓦斯及其影响因素的数值模拟

为有效预防煤矿瓦斯灾害,获取煤层注水促抽瓦斯的合理参数,以常村煤矿2103工作面为例,依据多相渗流理论,采用Fluent软件的VOF模型及多孔介质模型耦合求解,对煤层注水促抽瓦斯技术及其影响因素进行数值模拟,并将模拟结果应用于现场,对比分析数值模拟与现场实测数据,二者基本吻合.研究结果表明:煤层瓦斯含量以注水孔为中心径向逐步降低,以抽采孔为中心径向逐步升高;注水前抽采阶段,随着抽采时间的增加,抽采范围逐渐增大,抽采孔瓦斯流量先快速下降,后逐步缓慢降低;注水促抽阶段,随着注水时间的增加,注水范围逐渐增大,注水流量逐步降低,煤层瓦斯含量缓慢升高,抽采孔瓦斯流量逐渐增加;注水后抽采阶段,随着抽采时间的增加,压力水覆盖范围持续增大,煤层瓦斯含量逐渐降低,抽采孔瓦斯流量逐渐减小.注水时机、注水时间、注水压力、注水方式、布置方式及钻孔间距是影响煤层注水促抽瓦斯效果的6个主要因素.瓦斯正常抽采20 d后,按照一注一抽方式及5 m间距布置注抽钻孔,在8 MPa煤层注水压力下间歇注水10 d,煤层注水促抽瓦斯效果较好.     

Coal seam drainage enhancement using borehole presplitting basting technology——A case study in Huainan

Xinji No. 2 underground coal mine extracts the coal seams #4 and #5. These two seams are highly gassy and gas drainage is required to control mine gas emission and reduce outburst risk. Because the seam permeability coefficient is very low and around 0.1 m~2/(MPa~2·d), a number of technologies have been trialled to enhance the seam permeability prior to gas drainage. Of these technologies trialled, the deep borehole presplitting blasting technology has been proven to be quite effective in increasing permeability. In Xinji No. 2 mine it doubled or sometimes tripled gas drainage volume. This paper describes the technology, its application in the enhancement of seam permeability in Xinji No. 2 coal mine, and its effect on gas drainage performance.     

潘三矿立井揭煤瓦斯抽采模拟研究

瓦斯抽采对于立井揭突出煤层起到重要的作用,准确的确定钻孔瓦斯有效抽采半径和合理的在待抽煤层中布置抽采钻场对煤层消突具有关键性作用。基于多孔介质中流体流动达西定律理论,采用COMSOL Multiphysics软件对该煤层瓦斯抽采进行了模拟。模拟结果表明,此煤层的瓦斯有效抽采半径为3 m,随着抽采时间的增加,煤层瓦斯压力逐渐的降低,但降低的速率会逐渐的减小。瓦斯抽采30天后,其残余的瓦斯压力为0．18 MPa ,这与现场实测的最大残余瓦斯压力0．2 MPa相接近,这说明了模型的可信性,其模拟结果可为瓦斯抽采设计提供参考。     

石门沟煤矿3号煤层瓦斯赋存规律探究

煤层瓦斯质量体积（含量）是煤层瓦斯主要参数之一,是矿井进行瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出预测和瓦斯抽放设计的重要依据.只有摸清矿井瓦斯赋存规律,才能对采掘面瓦斯抽放制定合理的技术措施.为避免石门沟煤矿瓦斯治理的盲目性,笔者通过分析煤层瓦斯质量体积与埋藏深度的关系,并结合矿井地质构造,研究了煤层瓦斯赋存规律,总结得出石门沟煤矿3号煤层瓦斯质量体积受地质构造控制,在远离地质构造区域,瓦斯质量体积与埋藏深度呈正相关,并推出其关系式,为矿井瓦斯治理提供可靠数据.     

石门沟煤矿3号煤层瓦斯赋存规律探究

煤层瓦斯质量体积(含量)是煤层瓦斯主要参数之一,是矿井进行瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出预测和瓦斯抽放设计的重要依据.只有摸清矿井瓦斯赋存规律,才能对采掘面瓦斯抽放制定合理的技术措施.为避免石门沟煤矿瓦斯治理的盲目性,笔者通过分析煤层瓦斯质量体积与埋藏深度的关系,并结合矿井地质构造,研究了煤层瓦斯赋存规律,总结得出石门沟煤矿3号煤层瓦斯质量体积受地质构造控制,在远离地质构造区域,瓦斯质量体积与埋藏深度呈正相关,并推出其关系式,为矿井瓦斯治理提供可靠数据.     

A case study of gas drainage to low permeability coal seam

Gas drainage at low gas permeability coal seam is a main barrier affecting safety and efficient production in coal mines. Therefore, the research and application of drainage technology at low permeability coal seam is a key factor for gas control of coal mine. In order to improve the drainage effect, this paper establishes a three-dimensional solid-gas-liquid coupling numerical model, and the gas drainage amounts of different schemes are examined inside the overburden material around the goaf. The Yangquan mine area is selected for the case study, and the gas movement regularity and emission characteristics are analyzed in detail, as well as the stress and fissure variation regularity. Also examinations are the released gas movement, enrichment range and movement regularity during coal extraction. Moreover, the gas drainage technology and drainage parameters for the current coal seam are studied. After measuring the gas drainage flow in-situ, it is concluded that the technology can achieve notable drainage results, with gas drainage rate increase by 30%–40% in a low permeability coal seam.     

高沼气综采工作面合理通风参数研究

本文分析了高沼气综采工作面沼气涌出的一般规律,沼气涌出和通风方式、煤炭产量之间的关系。提出了高沼气综采工作面沼气涌出的预测方法及合理通风参数的确定方法。最后通过实例说明该方法的应用。     

Longhole waterjet rotary cutting for in-seam cross panel methane drainage

In order to improve the efficiency of gas drainage before and during Iongwall extraction,a waterjet rotary cutting system has been developed for in-seam cross panel methane drainage.The purpose of the water rotary cutting system developed was to create artificial fractures along the gas drainage boreholes.During the design of the system,it was perceived that the nozzle geometry is one of the key factors,affecting cutting capacity.Therefore,we studied the structural and geometric parameters of the nozzle and optimized its performance during laboratory tests and numerical simulation.Underground trials conducted in a coal mine,indicate that production of gas drainage before and after cutting significantly increased by up to three times.The advantages of waterjet assisted gas drainage method has been identified as:1) increasing gas drainage efficiency,2) a possible development of a gas drainage fractured network within coal seams associated with panel extraction,and 3) reducing the risk of exceeding gas limits during longwalling.     

排采连续性对煤层气开采的影响

排采连续性对煤层气开发至关重要.但是,在排采过程中关井现象不可避免,重新开井后如何排采、制定合理的排采制度是提高产量的关键.通过对煤层气生产阶段理论进行分析,结合关井前后矿场数据,同时借助数值模拟方法,对关井过程中储层参数变化进行了研究.结果表明,关井明显改变储层物性参数,造成井筒附近煤层含水饱和度增加,井底压力升高,...