近距离三软薄煤层群综采工作面瓦斯治理技术

基于贵州省煤层赋存复杂、煤层层间距小、煤层厚度薄、煤层及顶底板软等特点,以贵州发耳矿井为具体研究对象,分析了近距离薄煤层群三软综采工作面瓦斯治理难点,综合选取了顺层钻孔预抽、穿层钻孔预抽、高位钻孔抽采、采空区迈步式埋管抽采、采空区卸压瓦斯抽采、断层密集钻孔抽采等综采工作面立体瓦斯治理技术,有效解决了近距离薄煤层群三软U型通风综采工作面上隅角瓦斯超限问题,保证了工作面安全顺利回采,为类似矿井综采工作面瓦斯治理技术提供了借鉴。     

突出煤层密集钻孔瓦斯预抽的数值试验

密集钻孔预抽瓦斯技术是一种防止煤与瓦斯突出的措施,为了提高预抽效率和合理布置钻孔,应用固气耦合RFPA2D-GAS数值试验系统,研究在不同煤层透气系数、钻孔间距、钻孔直径、煤层瓦斯含量系数和预抽时间等因素条件下,煤层瓦斯压力和抽采半径的变化规律。得出透气系数、钻孔直径越大,钻孔间距和瓦斯含量系数越小,煤层瓦斯压力下降幅度越大,抽采半径越大,达到消除煤层突出危险的瓦斯压力值所需的预抽时间越短;随着钻孔预抽时间的延长,瓦斯压力下降范围将扩大,抽采半径增加。并用工程实例进行了验证。     

顺煤层钻孔抽采半径与预抽期动态耦合规律

针对煤层瓦斯预抽钻孔盲目布置引起矿井采掘安全隐患凸显及瓦斯治理成本激增的问题,基于瓦斯流量法,对不同钻孔间距下青岗坪煤矿4~(-2)顺煤层瓦斯流量、瓦斯抽采总量与抽采时间对应关系进行考察。结果表明:不同间距(2m、3m、4m、5m)下瓦斯流量均随抽采时间成负指数衰减,抽采总量均随抽采时间成负指数增加,间距越小则初始流量越小而衰减系数越大,间距越大则抽采总量极限值越大;不同间距下瓦斯抽采率均存在极限值,间距越小则极限抽采率增幅越大,间距2m时抽采率达到最大值79%;瓦斯抽采半径与预抽期存在动态耦合关系,综合考虑合理预抽期和瓦斯治理成本,科学确定了现行采掘和抽采条件的有效影响半径,为青岗坪煤矿4-2煤层采掘工作面瓦斯抽采设计提供理论依据。     

底板岩巷网格穿层抽采钻孔间距的优化研究

安徽某矿7煤层具有突出危险性,为保证其安全采掘,必须选取合适的瓦斯灾害综合治理模式对煤层瓦斯进行治理,而底板岩巷网格穿层钻孔瓦斯抽采模式是目前单一突出煤层区域性瓦斯治理的一个主要方法。首采工作面试验区内通过底板岩巷网格穿层钻孔预抽煤层瓦斯,但效果不理想。因此,通过理论推导瓦斯流动微分方程的解析解,并应用多物理场耦合软件建立钻孔瓦斯抽放径向流动模型,对其穿层抽采钻孔间距进行优化研究。结果认为,对于单一钻孔,若有效抽采时间为3个月,7煤层的有效瓦斯抽采半径为1.2m;若有效抽采时间为6个月,则7煤层的有效瓦斯抽采半径为1.5m。对于密集钻孔,当钻孔间距不超过5m时,可以在6个月内有效地将煤层瓦斯压力降至临界值以下,抽放效果是比较理想的。     

煤层瓦斯合理预抽期的确定方法探讨

为了合理规划煤层瓦斯的预抽时间,基于煤层瓦斯渗流理论,探讨了合理预抽期的确定方法,建立了抽采钻孔周围煤体的瓦斯流动方程,利用MATLAB编制了解算程序。在杜儿坪矿8#煤层回采工作面进行了应用。结果表明:在同样的预抽时间内,钻孔间距越小,煤层瓦斯预抽率越大。     

平舒矿顺层预抽钻孔瓦斯抽采半径考察及主要影响因素分析

采用钻孔瓦斯流量法在平舒矿15111工作面巷道内布置不同间距瓦斯抽采试验钻孔,考察分析了各组试验钻孔的有效抽采半径及其主要影响因素。得出不同间距试验钻孔具有不同的瓦斯抽采变化规律,钻孔间距越大,满足抽采要求所需抽采时间越长;得出预抽钻孔间距与抽采达标所需时间的关系;分析了煤层厚度、瓦斯赋存情况、抽采工艺等主要因素对预抽钻孔抽采半径的影响。     

基于定向长钻孔抽采瓦斯的数值模拟研究

针对新疆榆树田煤矿定向长钻孔预抽煤层瓦斯问题,结合5号煤层及顶底板岩层参数,建立了5号煤层瓦斯流固耦合随动渗流模型,分析了在一定的抽采负压和抽采时间下,定向长钻孔长度及钻孔间距对煤层瓦斯抽采量的影响。在抽采负压不变的情况下,瓦斯抽采总量会随着钻孔长度的增大而增大,但当钻孔长度增大到650 m左右时,瓦斯抽采总量趋于稳定,定向长钻孔合理长度定为650 m;钻孔间距越大,瓦斯抽采量越少,在钻孔间距从5 m增加到20 m的过程中,间距每增大5 m,抽采量约减少5%～7%。     

顺层定向千米长钻孔抽采半径时变规律研究

根据某矿3~#煤层赋存特点,运用千米钻机定向长钻孔技术进行本煤层瓦斯预抽。通过千米钻孔现场数据对其瓦斯抽采特性进行统计分析,得到钻孔抽采瓦斯量的衰减特征参数,结合煤层瓦斯基本参数得出3~#煤层千米钻孔抽采半径时变规律;同时对不同钻孔间距的瓦斯流场进行分析,数值模拟得出合理布孔间距,经现场验证证实抽采准确率可达80%,该方法可作为3~#煤层预抽钻孔防突效果预测。     

乌达矿区近距离煤层开采瓦斯综合防治技术

针对乌达矿区煤层层间距小、瓦斯含量大、瓦斯治理难度大等问题,分析了近距离煤层开采过程中工作面应力分布、底板破裂规律与瓦斯涌出的关系以及邻近层卸压机理等,通过多年的摸索和实践形成了以9~#煤采前定向长钻孔区域预抽、10~#煤层和12~#煤层卸压抽采与顶板走向高位水平长钻孔抽采、10~#煤层工作面巷道倾向钻孔抽采等适合乌达矿区近距离煤层群开采的立体瓦斯防治技术,对工作面瓦斯进行有效治理,确保了工作面安全生产。     

低渗煤层大直径钻孔瓦斯抽采参数优化研究

针对低渗煤层瓦斯抽采存在预抽难度大的问题,提出大直径钻孔预抽能够降低低渗煤层瓦斯含量的方法。但由于低渗煤层对气固耦合效应影响敏感,抽采中渗透率变化过程不明确,导致大直径钻孔抽采参数设计依据不足。首先分析了低渗煤体渗透率演化的主控因素,建立了煤层瓦斯运移理论模型,模拟研究了大直径钻孔不同工况下对低渗煤体的瓦斯抽采效果,对比分析不同孔径、负压、孔间距下煤层瓦斯渗流规律。结果表明钻孔孔径越大造成的煤体卸压区越大,瓦斯抽采量越高,瓦斯残余含量也越小,但抽采效果增加幅度逐渐降低。负压越大瓦斯抽采量越大,但差别较小,因此负压对提升抽采效率影响较小。受渗透率演化的影响,不同钻孔间距下瓦斯抽采总量差别较大,在间距为3 m时,40～120 d阶段内抽采量最高,后期抽采量缓慢下降。间距5 m时抽采总量最高,抽采范围内的瓦斯残余含量降低较多。现场优化抽采后的瓦斯抽采纯量与模拟结果一致,表明了研究结论可靠。该研究结果可为煤矿井下大直径钻孔瓦斯抽采参数设计提供理论依据与应用参考。     

采用综合抽放治理采面瓦斯

分析了大河边煤矿采面的瓦斯涌出规律,探讨了采用顺煤层钻孔预抽煤层瓦斯、底板专用瓦斯巷钻孔穿层预抽煤层瓦斯等综合抽放治理瓦斯的方法。     

石门揭煤预抽瓦斯钻孔设计方法与应用

石门掘进为快速安全地揭煤通过煤层,依据“四原则”前探钻孔布置及“三点法”探孔资料分析并融合“后视点”、“截流抽采”等技术,提出了“五步法”预抽钻孔设计方法.实践结果表明:“四原则”前探钻孔布置方式可准确探明煤层赋存情况,按“五步法”预抽钻孔设计方法可保证钻孔施工的准确性,孔深误差±3 m,可消除由于钻孔施工不准而导致抽采瓦斯空白带的出现,有效抽采揭煤区域瓦斯及石门安全掘进顺利通过煤层.     

顺层钻孔瓦斯抽采流固耦合模型及数值模拟应用研究

基于构建的顺层钻孔瓦斯抽采流固耦合模型,利用COMSOL模拟软件,结合某矿3901工作面的实际情况,开展本煤层顺层钻孔不同瓦斯抽采时间、钻孔间距的数值模拟研究。结果表明,有效抽采半径随着抽采时间的增加先快速增加后逐渐变缓,有效抽采半径与抽采时间呈对数函数关系,当抽采时间超过180 d时,抽采时间对有效抽采半径的影响较小,考虑采掘接续确定该工作面合理的抽采时间为180 d;抽采钻孔间距对煤层瓦斯压力的下降和抽采效果影响显著,布孔间距越小钻孔之间瓦斯压力下降幅度越明显,为了有效避免了“空白带”和抽采的无效叠加,结合3901工作面的实际情况,确定瓦斯抽采180 d后最合理的钻孔间距为6 m。     

张集煤矿13-1煤层底板穿层钻孔优化布置的分析与研究

对于未受采动卸压消突的高突煤层,在不具备开采保护层条件时,煤层底板穿层钻孔预抽瓦斯成为了主要的区域性防突措施,通过分析穿层钻孔区域预抽瓦斯消突机理及影响因素,结合张集煤矿13-1煤层底板穿层钻孔预抽瓦斯消突的实践,测量钻孔抽采半径和排放半径,优化穿层钻孔设计参数,统计了煤层的瓦斯基础参数和突出指标,对预抽消突效果进行了评价,提出钻孔的优化布置方案。     

顶底板岩层透气性对煤层瓦斯抽采的影响研究

为了考察煤层顶底板岩性对瓦斯抽采的影响,基于含瓦斯煤流固耦合方程,利用COMSOL Multiphysics软件对透气和不透气2种顶底板岩层进行了钻孔瓦斯抽采数值模拟,其中透气性顶底板岩层孔隙率设置为20%,不透气性顶底板岩层孔隙率设置为0。研究结果表明,不同顶底板岩性条件下在抽采过程中瓦斯总是沿钻孔径向流动,但煤层顶底板岩性对煤层瓦斯流场有明显影响;不同顶底板岩性条件下钻孔瓦斯抽采时间越长,钻孔影响的范围越大,同时距离钻孔中心越远煤层残存瓦斯含量越大,但透气岩层模型的瓦斯压力衰减更快,残存瓦斯压力更低;顶底板岩性对煤层瓦斯抽采有效范围有显著影响,与不透气岩层相比,透气岩层的钻孔有效抽采范围更大。研究结果对穿层钻孔瓦斯抽采具有一定的指导意义。     

保德煤矿定向长钻孔区域瓦斯抽采布孔方案试验研究

为解决高瓦斯矿井高强度开采条件下,煤层瓦斯预抽效率低、难度大、钻孔集中度差的问题,以保德煤矿81311工作面为试验区,基于COMSOL数值模拟软件建立定向长钻孔瓦斯抽采模型,根据钻孔抽采达标判定依据,通过模拟分析在不同布孔间距下煤层瓦斯压力随抽采时间的变化规律,优选布孔方案并进行工作面长钻孔区域预抽试验。研究结果表明：在相同孔径和抽采负压条件下,沿工作面走向定向长钻孔布孔间距为20、27、35 m时,抽采达标分别需123、215、357 d;对布孔间距为27 m的本煤层定向长钻孔抽采方案进行了现场试验,瓦斯抽采纯量随时间呈现初期指数式上升、中期波浪式上升、后期快速衰减的阶段性规律;实测抽采350 d单孔平均瓦斯抽采纯量为1.669 m³/min,预抽250 d抽采纯量峰值为2.680 m³/min,瓦斯抽采衰减系数小。     

穿层钻孔瓦斯抽采半径效果考察研究

钻孔间距是影响瓦斯抽放效果的重要因素,钻孔间距过大,在抽放范围内容易形成抽放盲区,达不到消突的目的,钻孔间距过小,容易造成人力、物力的浪费。采用压降法进行瓦斯抽采半径考察,得出瓦斯有效抽放半径结论。通过该项目确定:(1)C23、C25煤层穿层瓦斯抽采钻孔有效有效半径,从而确定我矿井C25煤层顺槽预抽条带钻孔的抽采有效半径;(2)确定需要抽采的各煤层各项瓦斯参数,通过实地测定计算得出。根据得出的各项参数(煤层的透气性系数、瓦斯含量等)计算出理论的瓦斯抽采半径;(3)最后确定实际的瓦斯抽采半径。     

顺层钻孔预抽煤层瓦斯精准布孔模式及工程实践

顺层钻孔预抽瓦斯技术是降低煤层瓦斯含量的有效方法之一,合理的布孔参数是提高煤层瓦斯预抽效果的关键。为提高顺层钻孔布孔精准性和科学性,建立了含瓦斯煤体流固耦合抽采模型,基于响应面法设计布孔参数优化方案,运用COMSOL Multiphysics模拟软件分析了地质因素（煤层瓦斯含量、透气性系数）和工程因素（抽采负压、钻孔直径、布孔间距）交互作用对钻孔预抽煤层瓦斯的影响规律,提出钻孔间最大瓦斯压力与达标压力比(P_max/P_b)的布孔参数判定指标,创新了煤层“分时分区”式顺层钻孔预抽煤层瓦斯精准布孔方法,得到适用于不同煤层瓦斯赋存特征的最优钻孔布置参数,并进行现场试验。结果表明：预抽初期,相邻钻孔间抽采叠加效应不明显;随着预抽时间延长,抽采叠加效应越发显著,垂直钻孔方向的抽采达标区域逐渐由孤立向复合转变。不同预抽时间下,P_max/P_b对各因素的敏感性依次为：布孔间距>煤层瓦斯含量>透气性系数>钻孔直径>抽采负压。不同预抽时间下,煤层瓦斯含量和透气性系数的交互作用响应等值线分布密集,2...     

本煤层瓦斯抽采钻孔有效半径分布规律研究

为了研究本煤层瓦斯抽采钻孔周围有效半径的分布规律,运用钻孔周围煤层瓦斯流动的连续性方程、理想气体状态方程、气体运动方程和瓦斯含量方程,建立本煤层顺层钻孔周围瓦斯压力分布规律数学模型。在煤层施工瓦斯抽采钻孔,现场测定不同钻孔深度的抽采负压,分析孔深和抽采负压的数学关系。最后建立钻孔周围瓦斯压力沿孔深的变化关系式,研究瓦斯抽采钻孔周围有效抽采半径的分布规律。发现抽采负压随着孔深的增加呈线性递减,钻孔有效抽采半径随着孔深的增加也呈现出递减的趋势。     

邻近层采动影响区瓦斯预抽钻孔优化布置及效果评价

针对高瓦斯矿井近距离煤层受邻近层采动影响下瓦斯抽采钻孔优化调整问题，通过引入保护层开采采动卸压效应与瓦斯越流理论，论证了邻近层采动卸压瓦斯越流效应以及I011501综放工作面受邻近层采动卸压瓦斯排放效果，并提出了预抽钻孔优化布置方案。通过工程实践及效果评价，研究结果表明，在增大钻孔布置间距、降低钻孔施工工程量的情况下，I011501综放工作面采前预抽效果仍满足相关规定要求，6.9 m瓦斯抽放半径能够满足M15煤层综放工作面瓦斯抽采需要。