古书院矿15~#煤层顶板裂隙演化规律及高位钻孔优化设计

上隅角瓦斯超限一直是综采工作面瓦斯治理的重点,顶板裂隙带是瓦斯的富集区,将高位钻孔布置在采空区顶板裂隙区内进行瓦斯抽采能有效解决上隅角瓦斯超限问题。在对古书院煤矿15#煤层顶板岩层采动裂隙形成"三带"高度进行研究的基础上,对回风巷高位钻孔布置方案进行优化设计,解决了15#煤层回采工作面上隅区瓦斯浓度超限问题。     

高位定向长钻孔抽采技术在上隅角瓦斯治理中的应用

根据象山矿井5#煤层煤系地层赋存条件,分析了采空区瓦斯富集区层位,设计施工5个顶板高位定向长钻孔进行采空区瓦斯抽采治理。现场抽采结果表明:顶板高位定向长钻孔布置层位高度20~22m,水平内错距离0~45m较为合理;通过进行5#煤层顶板定向长钻孔抽采技术应用,工作面日产量大幅提升,而工作面上隅角瓦斯浓度由此前长期维持在0.7%降至0.4%左右,有效遏制了上隅角瓦斯超限事故,实现了取消高位裂隙钻孔和采空区埋管抽采的目标。     

基于FLAC~(3D)的余吾矿高抽巷合理层位研究及应用

高抽巷是治理工作面及上隅角瓦斯的有效方法。结合余吾矿S2107工作面条件,采用FLAC~(3D)数值模拟研究了工作面倾向和走向2个维度的工作面上覆顶板岩层在回转、下沉过程中的剪切和拉伸变形破坏情况,分析顶板裂隙带的高度用于高抽巷合理层位确定。研究结果表明:①采空区上方距离煤层顶板0～25 m高度范围为冒落带,25～48 m高度范围为裂隙带;②高抽巷最佳层位为煤层上方35 m;③高抽巷抽采瓦斯使上隅角瓦斯浓度由1.16%降低到0.4%,取得了良好的效果。     

基于潞宁煤矿的采空区高位钻孔参数优化设计

U型工作面上隅角瓦斯积聚一直是制约煤矿安全生产的重要因素,为了提高采空区瓦斯抽采率并降低上隅角瓦斯浓度,以潞宁煤矿22115工作面为背景,采用理论计算、数值模拟和现场测试相结合的方法,对顶板裂隙带的发育高度、上隅角高位钻孔的最优参数进行了研究。研究结果表明:钻孔终孔的最佳布置层位在裂隙带拉张区和闭合区的交界处;潞宁煤矿裂隙带最大发育高度为59m;现场测试验证高位钻孔终孔位置最佳布置高度为45m。     

高瓦斯综采工作面定向高位钻孔瓦斯抽采技术研究

为改善成庄矿采空区高位钻孔瓦斯抽采效果,采用理论计算和数值模拟的方法研究采动裂隙演化规律,分析顶板裂隙发育范围,通过在裂隙带范围布置不同层位的高位钻孔模拟研究了其瓦斯抽采效果和瓦斯治理效果,得出了高位钻孔最佳布置层位。结果表明:顶板岩层垮落、裂隙发育贯通整体呈拱形分布,裂隙带范围为21.90～62.54 m;将高位钻孔布置在距煤层顶板45 m的位置,既可以抽采到高浓度瓦斯,又能对工作面上隅角瓦斯起到良好的治理作用;现场施工定向高位钻孔后,瓦斯抽采浓度、纯量可以在较长的一段推进度内保持较高水平,工作面回采期间,上隅角最大瓦斯体积分数为0.69%,保证了安全生产。     

采空区顶板高位走向长钻孔高效抽采瓦斯机理研究

为了提高采空区顶板高位走向长钻孔瓦斯抽采效率,消除工作面上隅角瓦斯超限事故,以山西华晋吉宁煤业有限责任公司2102综采工作面为研究对象,采用数值模拟、理论分析与现场试验相结合的方法,利用3DEC软件模拟计算2102综采工作面回采期间采空区顶板裂隙场演化过程,根据裂隙场、应力场和应变场分布模拟结果在沿工作面推进方向上划分采空区顶板裂隙加强区范围与压实区范围,工作面推进期间煤层顶板在时间上先后经历裂隙加强区和重新压实区,处于裂隙加强区的钻孔部分为钻孔高效抽采作用区域,钻孔高效抽采段长度与钻孔高效抽采段裂隙发育程度共同决定高位走向长钻孔抽采效率,揭示了采空区顶板高位走向长钻孔高效抽采瓦斯作用机制;在此基础上,在采空区顶板裂隙带高度范围内布置多个高位试验钻孔,进行钻孔瓦斯抽采效果考察,研究结果表明:在保证高位钻孔布置于回风巷内侧顶板裂隙带前提下,最佳布孔层位为距煤层底板60 m左右,同时在高位试验钻孔作用下,上隅角瓦斯体积分数最大值由1.1%降低至0.6%,说明根据回风巷内侧采空区顶板裂隙带高度范围,布置高位走向长钻孔能显著降低上隅角瓦斯浓度。     

高瓦斯煤层群“煤与瓦斯共采”技术研究

为了解决沙曲矿近距离高瓦斯煤层群开采过程中综采面上隅角和回风流中浓度超限这一难题,结合从德国引进的千米定向钻机设备,提出了高抽钻孔纽和顶板裂隙钻孔组联合抽采瓦斯技术,构建了沙曲矿"煤与瓦斯共采"技术体系.本文在项板千米钻孔抽采技术原理分析的基础上,采用UDEC4.0数值模拟软件计算得出采空区冒落带和裂隙带高度为9 m和30 m,采动裂隙"0"形圈的范围为距工作面顶板垂高10～25 m,距采空区两侧水平距离为10～35 m.研究表明,顶板千米大直径钻孔抽采技术治理瓦斯效果明显,上隅角瓦斯体积分数稳定在0.8%以下,且钻孔抽采瓦斯体积分数达55%以上,抽采量达50 m3/min以上,实现煤与瓦斯安全高效共采.     

采煤工作面高位钻孔抽采采空区瓦斯技术研究

为解决鹿台山煤矿2^#煤层回采工作面上隅角瓦斯浓度频繁超限的问题,以2205工作面为例对高位钻孔抽采技术进行优化。通过UDEC软件模拟研究表明,采空区导气裂隙带发育高度为80 m,“O”形圈宽度范围为距采空区边缘10～46 m,确定最佳布置层位为距煤层顶板50 m,设计高位钻孔的布置参数。工作面回采期间,高位钻孔平均抽放量31 246.5 m³,上隅角瓦斯浓度稳定在0.14%～0.47%,抽采效果良好,保障了工作面的安全高效生产。     

顶板走向高位钻孔瓦斯抽采技术在孟津煤矿三软突出煤层中的研究与应用

为有效解决孟津煤矿11010工作面回采过程中,采空区以及上隅角的瓦斯积聚问题,根据工作面的实际情况,在采煤工作面回风顺槽布置顶板走向高位钻孔对采空区瓦斯进行治理。通过具体试验并对比抽采浓度情况,确定孟津煤矿11010工作面裂隙带高度应在27～35 m,最终认定将钻孔终孔点布置在距煤层顶板25和35 m处时的瓦斯抽采效果最好。     

厚煤层大采高工作面高位钻孔终孔层位合理性研究

为了改善厚煤层大采高工作面高位钻孔的瓦斯抽采效果,以斜沟煤矿18205工作面为研究背景,采用现场试验对采空区顶板岩层裂隙的演化规律进行分析来作为高位钻孔终孔位置的确定依据。结果表明:高位钻孔的终孔层位布置在16～18 m时,顶板岩性属软弱-中硬型,受采动影响裂隙发育情况较好,同时又不受冒落带的影响,采空区瓦斯抽采效果较为显著,高位钻孔终孔层位布置在17 m时,上隅角瓦斯浓度基本维持在0.6%左右,回风流瓦斯浓度大约为0.42%。     

近距离煤层群高位定向长钻孔瓦斯抽采实践

为有效解决青龙煤矿21602工作面采煤期间上隅角瓦斯浓度超限问题,利用定向钻进技术的轨迹可控、覆盖区域广等优势,在21602工作面布置高位定向长钻孔抽采采动卸压瓦斯。介绍了高位定向长钻孔瓦斯抽采技术原理,分析了钻孔布置层位及设计方案,通过现场实践确定了21602工作面高位定向长钻孔优先布置在顶板距离煤层16～28 m区域。实践表明,21602工作面采煤期间上隅角瓦斯浓度由抽采前的最高值0.72%降低到抽采期间的0.20%～0.40%,单孔抽采瓦斯纯流量达1.58 m³/min,有效保证了工作面的高效安全回采,可为近距离煤层群上隅角瓦斯治理提供经验。     

水压预裂工作面瓦斯抽采高位钻孔参数优化及与应用

为降低高瓦斯坚硬顶板倾斜近距离多煤层U型通风工作面上隅角瓦斯浓度,提高瓦斯抽采效率,本文以新疆东沟煤矿低渗透性、高瓦斯煤层143综采工作面高位钻孔为研究对象,在理论上分析水压预裂对瓦斯抽采效果影响的基础上,实施了上隅角悬顶水压预裂试验,总结了工作面瓦斯变化特征与控制措施,分析顶板垮落裂隙带瓦斯运移积聚的主要区域,并根据钻孔有效长度及利用率、钻场合理间距、钻孔数量、布置层位、压茬间距和倾向、控制范围等参数的理论计算结果,结合覆岩裂隙发育规律,优化高位钻孔的布置层位、终孔位置、终孔间距和钻孔数等抽采工艺参数。现场实践表明：抽采工艺参数优化后,钻场位置在回风巷底板高度的基础上提高1 m左右、终孔高度控制在15～25 m、终孔距回风顺槽1～41 m、终孔间距为8 m且钻孔数为6时,高位钻孔抽采效率和能力显著提高,上隅角瓦斯浓度降低至0.1%～0.3%范围内,治理效果较好。     

高位定向长钻孔瓦斯抽采技术及抽采效果分析

针对寺河煤矿W1305工作面顶板覆岩地质特征和开采条件,建立煤层开采数值模拟模型,通过理论分析和数值模拟结合的方法,确定顶板高位定向长钻孔布置层位及钻孔结构,分析煤层采动对高位定向长钻孔瓦斯抽采效果的影响。在寺河煤矿的应用情况表明:高位定向长钻孔具有明显的优势,其延伸距离长、覆盖范围广,且能保证钻孔在煤层顶板裂隙带内有效延伸,可实现连续区域化抽采,其单孔最大瓦斯抽采流量超过30m~3/min,工作面回采期间,上隅角及回风巷中瓦斯浓度显著降低,达到了良好的瓦斯抽采和治理效果。     

基于高位定向长钻孔的采空区瓦斯抽采技术研究

为了研究高位定向长钻孔抽采采空区瓦斯效果,以吉宁煤矿2102工作面为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的手段确定顶板高位定向长钻孔布置层位及钻孔结构,现场设计了五个高位定向长钻孔进行采空区瓦斯抽采。研究结果表明：煤层开采后,覆岩垮落带高度为20m,导水裂隙带高度为66m|裂隙区和压实区所呈嵌套关系的外侧梯形底角61°,内侧梯形底角50°,内外梯形之间宽度约为8.4m|高位钻孔应布置在煤层顶板以上40～60m,帮距15～48m,有效解决采空区上隅角瓦斯超限问题,瓦斯抽采效果良好,在保证安全生产的同时,实现了高效稳定治理采空区瓦斯的目的。     

高位长距离钻孔在矿井瓦斯抽采中的应用

针对余吾煤业瓦斯含量高,掘进过程瓦斯涌出强度大,掘进速度低,本煤层钻孔深度不够,结合澳大利亚威利朗沃公司VLD-1000-T型定向钻机,以N2202工作面为例,对实际瓦斯抽采效果进行考察对比发现,高位裂隙带钻孔的瓦斯抽采浓度和抽采纯量均高于普通裂隙带钻孔,距煤层顶板50 m以上裂隙钻孔抽采效果低于低层位裂隙钻孔,千米钻机钻孔成孔层位控制在距煤层顶板25~40 m,通过提升负压可有效加强千米钻机钻孔的抽采效果。     

近距离煤层群采空区高位定向钻孔布置优化研究

为解决贵州矿区内采空区遗留煤体及邻近煤层中的瓦斯受采动影响逸散至工作面的问题,以贵州某矿10605工作面为工程背景,结合理论分析、数值模拟对高位钻孔布置优化进行研究,结果表明,垮落带高度为11 m,裂隙带范围为11～38.4 m,邻近煤层处于顶板裂隙带范围内,会受开采扰动的影响;裂隙带的应力集中系数在0～0.6之间,其顶板卸压区中应力集中系数不超过0.4的区域导气裂隙发育更好,该区域距离顶板15～25 m,倾向距回风巷10～20 m。工程实践表明,优化后的抽采措施有效地治理了瓦斯超限问题,8个钻孔平均抽采瓦斯浓度约42%,主管抽采瓦斯纯量为12.32～15.5 m³/min;下排孔比上排孔的孔内平均瓦斯浓度大,且越靠近采场的钻孔孔内平均瓦斯浓度越大,与“O”形圈导气裂隙发育情况相对应;抽采一定时间后,采空区瓦斯显著下降,上隅角的瓦斯浓度由0.68%降至0.32%,符合安全生产标准。     

近距离煤层群覆岩裂隙带瓦斯治理措施优化及效果分析

为解决近距离煤层群综采工作面回采中上隅角瓦斯治理难题,保障综采工作面有效衔接,实现连续安全高效生产,利用同位素测定分析技术明确了近距离煤层群卸压瓦斯涌入覆岩裂隙带内的规律特征,提出施工地面L型钻孔以优化原有的覆岩裂隙带瓦斯治理技术,降低综采工作面上隅角瓦斯体积分数。结果表明：屯兰矿2号煤层综采工作面的覆岩裂隙带高度附近,工作面自切眼回采的95 m范围内,02号煤卸压瓦斯抽采占比逐渐降低,2号和4号煤层的卸压瓦斯抽采占比逐渐升高,95 m后,02、2和4号煤卸压瓦斯抽采占比趋于稳定,占比分别为60%、25%和10%.优化后的“以孔代巷”技术“高位钻孔+低位钻孔+高位走向长钻孔+地面L型钻孔”将上隅角平均瓦斯体积分数由0.65%降低至0.25%.地面L型钻孔的施工在空间和时间上保障了井下综采工作面的连续稳定生产,对井下工程不形成干扰,有助于解决上隅角瓦斯超限问题,实现了综采工作面的安全高效连续生产。     

我国煤与瓦斯共采: 理论、技术与工程

为解决特厚煤层综放开采工作面上隅角瓦斯超限的问题,采用物理相似模拟实验分析了典型高瓦斯特厚煤层的裂隙演化情况,同时,利用二维核密度估计方法研究了采场上方的瓦斯运储区分布规律,分析了钻孔抽采的最优层位,并进行现场工程应用。研究结果表明：采动覆岩的整体离层量呈开切眼侧高、工作面侧低的两峰分布,其中不规则垮落带高度为9.4 m,规则垮落带高度为38.0 m,裂隙带高度为158.0 m;瓦斯运储区呈动态的梯形分布,当推进至岩层发育稳定时,规则垮落带上部形成了明显的临时储集空间,该区域可作为瓦斯抽采优选层位,具体位置为距煤层顶板高10~40 m,距回风巷内5~40 m。试验周期内,上隅角瓦斯浓度出现了明显下降。

     

低瓦斯煤层高强开采覆岩卸压瓦斯抽采合理布置研究

针对低瓦斯厚煤层高强综放开采卸压瓦斯治理问题,采用物理模拟、数值分析和现场监测方法,研究工作面开采初期和稳定时期覆岩结构演化及裂隙场分布特征,揭示了考虑采动裂隙场的卸压瓦斯场分布特征;依据研究获得采动瓦斯聚集区分布,提出采用高位定向长钻孔治理采空区卸压瓦斯,并进行了效果检验。结果表明:工作面推进至135 m后,覆岩结构和裂隙演化基本稳定,垮落带发育高度为25～27 m,裂隙带发育高度为75～95 m,弯曲下沉带发育高度达到110 m左右;采动裂隙带瓦斯聚集区位于距回风巷25～55 m、高度距煤层顶板25～50 m范围内;高位定向长钻孔瓦斯抽采技术实施后,抽采平均浓度为5.8%,平均流量为0.71m~3/min,工作面上隅角和回风流瓦斯浓度均小于0.8%,瓦斯治理取得较好效果,为类似条件下的卸压瓦斯治理提供参考。     

高位定向钻孔合理层位确定及抽采效果分析

为了有效解决临近层卸压瓦斯通过采动裂隙扩散至本煤层工作面，导致采空区上隅角及工作面回风巷瓦斯浓度超限的问题。以某矿9103工作面为工程背景，采用理论分析与数值模拟相结合的手段，对工作面上覆岩层裂隙演化规律进行分析研究。研究表明：采用UDEC数值模拟软件分析工作面上覆岩层破坏时垮落带和裂隙带演化规律及裂隙带高度分布范围与理论计算结果基本一致，覆岩垮落带最大高度4.9 m，裂隙带最高13.44 m。基于此，确定了工作面覆岩高位钻孔设计方案：在9#煤层上方10 m位置的粉砂岩中，采用高位钻孔技术抽采瓦斯，整体抽采浓度较高，进一步验证了高位钻孔布置参数设计的合理性。