煤层瓦斯抽采过程中煤岩变形的物理模拟实验

利用自主研发的多场耦合煤层瓦斯抽采物理模拟实验系统,研究了抽采过程中煤体内不同位置变形演化规律,探讨了抽采位置、地应力和气体压力对抽采过程中煤体变形的影响。结果表明：煤体变形受地应力、抽采位置、时间和煤层气体压力等因素的共同影响,且抽采初期的煤体变形速率较大;煤体σ1方向的变形普遍大于σ2和σ3方向的变形,σ3方向的变形与煤体所受的地应力大小σ3呈正比;由于最先产生变形的煤体引起的泊松效应限制了距离抽采位置较远煤体的变形量,所以距离抽采位置越近,抽采过程中煤体变形速率和最终变形量越大;煤层中的气体压力越大,煤体变形速率越快,在气体压力降低并趋于稳定后,煤体变形达到一个稳定状态。     

瓦斯抽采过程中本煤层及邻近层储层参数演化特征

利用大型多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了近距离煤层群瓦斯抽采试验,分析了抽采过程中本煤层和邻近层瓦斯压力演化、煤层变形演化以及瓦斯压力与煤层变形耦合关系。结果表明:抽采过程中本煤层瓦斯压力呈先快后慢的下降趋势,距钻孔中心位置越近,瓦斯压降速率越大;邻近层瓦斯压力则呈近似线性下降,瓦斯压降空间差异性相较本煤层不明显;随抽采进行,本煤层变形增长速率逐渐减小;邻近层变形演化规律与本煤层基本一致,但相同时刻邻近层变形相较本煤层更小;本煤层与邻近层压降均随体积应变增大而增大,但本煤层压降与体积应变耦合关系为线性正相关关系,而邻近层压降与体积应变耦合关系为正指数函数关系。     

瓦斯抽采过程中钻孔位置对煤层参数演化影响的试验研究

利用自主研发的“多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统”,开展了煤层非均布应力状态下不同钻孔位置条件的煤层瓦斯抽采物理模拟试验,以探讨抽采过程中的瓦斯流动特性及钻孔位置的影响规律和作用机制。对结果进行分析表明：抽采过程中瓦斯压力降低先快后慢,变化形式符合weibull分布函数,温度变化趋势与瓦斯压力基本一致;与钻孔距离越近,瓦斯压力和温度降低越快,瓦斯压力梯度也越大,相反,瓦斯压力梯度则越小;应力集中区对煤层瓦斯流动有一定的屏障作用,不利于气体流动和抽采效率的提高,而渗透系数较高的卸压区有利于瓦斯气体的流动;对拟合所得的Weibull参数分析发现,钻孔位置对瓦斯抽采效率有明显影响,卸压区抽采时位置参数和尺度参数都相对较小,标示着较大的瓦斯压力降低速度和较好地抽采效果,且抽采量也是最大,因此认为采用单一钻孔时,卸压区抽采是相对优化的方式,研究结果对煤层瓦斯抽采提供了参考。     

煤层顶板巷道抽采瓦斯的试验

利用顶板巷道抽采煤层瓦斯,解决了刘庄矿首采面回风流和上隅角的瓦斯浓度超限问题,从而保证了采煤工作面的安全高效生产。     

不同抽采条件煤体瓦斯流量物理模拟试验

借助自主研发出口端负压的三轴渗流设备,以贵州玉舍1#煤层型煤试件为研究对象,开展了不同抽采条件下瓦斯流量物理模拟试验,试验得出在出口气压从大气压降低到负压过程中,煤体中瓦斯流量持续升高,负压对煤体中瓦斯流动起促进作用,各种温度条件下煤体中瓦斯流量随抽采管径增大而增加。     

煤层瓦斯抽采钻孔抽采半径考察技术研究

采用FLAC3D数值模拟软件研究了抽采钻孔周围应力、位移及瓦斯压力的分布特征,并在现场进行了抽采半径的实测,验证了数值模拟结果的正确性。研究表明:采用数值模拟和现场测试相结合的方法,能够方便、快速地确定抽采钻孔的合理布置间距,对节省抽采半径的考察时间和合理布置抽采钻孔有一定的指导意义。     

高瓦斯煤层高位钻孔瓦斯抽采技术试验研究

针对在高瓦斯煤层回采过程中,煤与瓦斯突出综合检测指标经常超限、瓦斯抽采率低等问题,提出了在风巷施工高位钻孔的瓦斯抽采技术,阐述了瓦斯抽采技术的工艺流程和钻孔的布置参数。研究表明:在高瓦斯煤层回采过程中采用高位钻孔的抽采措施,可有效地解决瓦斯抽采率低的问题,降低了回风流中的瓦斯体积分数,提高了瓦斯抽采量和抽采率,减少了向工作面的瓦斯涌出量,保证了工作面的安全回采。     

非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律研究

为了提高煤矿瓦斯抽采率，节约瓦斯抽采时间，分析了非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律，采用透气性系数研究了非均质煤层瓦斯压力分布特点；分析了非均质煤层单钻孔瓦斯压力分布、原始瓦斯压力、原始透气性系数对有效抽采半径的影响。研究对指导现场瓦斯抽采以及促进煤矿安全生产具有重要意义。     

不同瓦斯压力条件下钻孔有效抽采半径的模拟分析

本文通过COMSOL Multiphysics对模拟原始瓦斯压力1.5MPa和瓦斯压力1MPa钻孔抽采过程中钻孔有效抽采的变化,说明不同区域钻孔有效抽采半径的不同,以此为不同区域的钻孔布置间距的确定提供依据。     

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。     

裂纹闭合对高压空气爆破冲击煤体瓦斯抽采效果影响

鉴于高压空气爆破冲击煤体过程中裂纹闭合对瓦斯抽采效果的影响,基于能量和弹性理论,对裂纹闭合的长度进行分析计算,得到了闭合区域位置在距离爆破孔3.8 m。通过在丁集煤矿进行井下现场试验,结果表明:裂纹的闭合对该区域的瓦斯抽采影响表现为闭合区域瓦斯的涌出量增幅变小;在距离爆破孔1.0~4.0 m的区域内,随着距离爆破孔距离的增加观测孔瓦斯的涌出量增幅先增大后减小;在距离爆破孔1.8~2.5 m的区域内,瓦斯涌出量增幅最大;在距离爆破孔4.0 m区域,瓦斯涌出量增幅最小,接近裂纹闭合区域。理论计算和现场试验具有良好的一致性。     

煤巷底板岩石爆破提高瓦斯抽放率的应用与数值模拟

在松软煤层相邻的岩石进行深孔控制爆破时,相邻煤层也产生裂隙和振动并可提高瓦斯流量。为研究此方法与煤体爆破的差异,利用三维数值模拟结合煤矿现场爆破实验,探讨了不同爆破介质的动应力分布及抽放效果。分析了底板岩石布孔和单煤体爆破布孔的特点;建立了不同条件下的爆破模型;研究了单煤体和煤岩介质中爆破孔与控制孔连心线距离与有效应力的关系。复合介质从岩石变为煤体后,有效应力极值减小57%,相同位置单一煤体只减小27%;瓦斯抽放效果很大程度上与爆破后控制孔轴线方向有效应力分布有关,爆破孔与控制孔间距为2.0 m时,轴线方向平均有效应力与全煤层爆破3.0 m间距时基本相当。通过对重庆渝阳矿进行底板岩石深孔爆破实践,证实了以上研究结论的正确性。     

Gas drainage technology of high gas and thick coal seam

Gas drainage in Jincheng Mining Group Co., Ltd. was introduced briefly and the importance of gas drainage in gas control was analyzed. Combined with coal-bed gas occurrence and gas emission, the double system of gas drainage was optimized and a progressive gas drainage model was experimented on. For guaranteed drainage, excavation and mining and realization of safety production and reasonable exploitation of gas in coal seams, many drainage methods were adopted to solve the gas problem of the working face.     

煤层气井循环补水排采工艺

针对在煤层气的排采过程中大部分井的采出液量较少,不能满足进入井筒的煤粉排出条件,导致煤粉在井筒内堆积,造成卡泵、埋泵频繁发生的问题,提出在不停产情况下,通过循环补水,增加井液流量,将进入井筒的煤粉排出地面的工艺条件和要求,延长煤层气井无故障排采周期。根据煤粉颗粒的沉降末速度,综合考虑浓度及速度分布的影响,将杆管环空煤粉颗粒排出的最小水流提升速度定为自由沉降末速的2倍,计算了不同杆管组合满足煤粉排出条件的最小排量,根据煤粉最大粒径为0.3 mm的假设,给出了沉降罐体积。通过现场连续循环补水试验,实现连续运转6个月以上不修井的良好效果。     

Field investigation of using water injection through inseam gas drainage boreholes to control coal dust from the longwall face during the influence of abutment pressure

Coal dust is a primary contributor to underground coal-mining disasters and is also a major factor in adversely affecting the occupational health of mine workers. Pre-wetting the coal seam with water injection is widely considered as one of the effective means of mitigating coal dust generation during mining. Injecting water through inseam long boreholes parallel to the working face is a commonly used technique. However, for most fully-mechanised top-coal caving working faces, inseam gas drainage boreholes are drilled to extract gas from the gassy seam prior to mining. Therefore, there is neither enough time nor space at the working site for an elaborated water injection process. Based on the mining conditions at Panel 9801 of the Yangquan coalfield, this study designed a water injection system through the inseam gas drainage boreholes to control dust arising from the longwall face. Under the influence of abutment pressure, water injection through a set of inseam gas drainage boreholes was experimentally investigated to offset the conflict between water injection and gas drainage in terms of the time and space availability. The relations between the amount of injected water, the injection rate, the seam moisture content and the coal dust level at the working space were investigated. The effect of water injection for dust control at different distances ahead of working face was assessed. With the change of abutment pressure, the effect of water injection to inseam gas drainage and gas emission at working face was revealed and a space-time balance between gas drainage and dust control by water injection was established. The results indicate that under the influence of abutment pressure, water injection through inseam gas drainage boreholes wetted the seam and decreased the dust level at the working face. Water injection only has marginal influence on inseam borehole drainage and has a negligible impact on the gas level produced at the working face. Under the influence of abutment pressure, the optimum area for water injection through the inseam boreholes was the primary fracture opening zone and the secondary fracture development zone.     

瓦斯抽采孔孔距及煤层透气性的测定方法

为合理确定瓦斯抽采孔孔距，探讨测定煤层透气系数新方法，在流体力学基本理论基础上，建立了瓦斯抽采数学力学模型，利用数学软件Mathematica对模型进行了求解，推导出抽采孔孔距和煤层透气系数的理论计算公式.以河南焦作九里山煤矿15051工作面作为应用实例,通过对掘进巷道周围的煤体瓦斯进行抽采试验，求算并验证了抽采钻孔和煤层透气系数等瓦斯抽采基础参数；根据工作面2个钻场实测的抽出量和抽放负压，得出了抽出量和抽放负压的关系.建立了精确的渗流抽采模型，利用计算机求解方法，求解的速度快且不易出错.应用结果与实际值相符.     

穿层钻孔抽放煤层瓦斯数值模拟研究

矿井瓦斯抽放是解决煤矿瓦斯问题、提高资源使用效益、确保煤矿安全生产的一种有效方法。为合理安排矿井抽掘采接替关系,确定穿层钻孔抽放参数,根据煤层瓦斯流动理论、质量守恒方程、真实气体状态方程、气体压缩系数方程,并以朗格缪尔方程作为吸附瓦斯解吸的数学规律,建立了穿层钻孔抽放煤层瓦斯数学模型,采用有限差分数值方法编制了计算程序,以全隐式格式确保计算过程的稳定性,根据实测煤层瓦斯参数进行了数值模拟计算,获得了穿层钻孔抽放条件下钻孔周围瓦斯压力分布情况以及钻孔有效抽放半径等抽放参数。分析表明,低透气性煤层抽放钻孔周围容易形成较高的瓦斯压力梯度,且在有限的抽放时间内有效抽放半径较小。数值模拟结果与现场实践基本一致。     

急倾斜综放开采顶板裂隙发育规律对瓦斯抽采影响研究

为了研究急倾斜走向长壁放顶煤开采顶板裂隙发育规律及其对瓦斯抽采的影响,结合弹塑性力学和断裂力学相关理论分析了急倾斜煤层裂隙扩展的力学准则,将瓦斯流动通道进行了分区:瓦斯孤立通道区、瓦斯过渡通道区和瓦斯网络通道区;对宝积山煤矿急倾斜特厚煤层走向长壁放顶煤开采在不同煤层倾角条件下上覆岩层裂隙发育规律进行了分析,得到了随着角度变化瓦斯流动通道区域形态的变化规律。研究结果表明:瓦斯网络通道区上部为高位人工导向通道贯穿的主要区域,该区域分布范围随着煤层倾角增大而趋于工作面上端头,其高度也增大;根据数值模拟和理论计算可确定瓦斯抽采方案,在工程实践中取得良好效果。     

被保护层卸压瓦斯立体抽采技术

论述了保护层开采和瓦斯抽采对于煤矿安全生产的重要性及对环境保护的意义,并阐明了其理论依据.介绍了适合我国煤层赋存条件的立体化瓦斯抽采新技术,并举例说明了保护层开采和立体化抽采技术所取得的效果及其对遏制瓦斯灾害、充分利用资源的重要性.