沿煤层定向钻进瓦斯抽采技术在宁夏矿区的应用

概述了沿煤层定向钻进技术的发展现状及其定向钻进系统特点,基于该技术在宁夏矿区瓦斯抽采中的工程实践,综合分析了沿煤层定向钻孔的瓦斯抽采效果与各抽采参数间的相互关系,通过与该矿传统穿层钻孔瓦斯治理技术相比较,得出了沿煤层定向钻进技术在瓦斯治理工程中的7大优点,为该技术在国内相应地质条件下的推广应用提供了可靠的依据.     

深孔定向钻进技术及其在瓦斯抽采中的应用

基于定向钻进原理,探讨了深孔定向钻进技术的优缺点,并结合冀中能源东庞矿的实际条件,分析了深孔钻进技术在煤层瓦斯抽采中应用的可行性。通过对高位定向长钻孔在抽采过程中的瓦斯浓度及流量进行观测分析,确定了利用定向钻孔进行高位瓦斯抽采方法的有效性,从而为深孔定向钻进技术在瓦斯治理方面的推广应用提供了一定的技术支持。     

煤矿井下瓦斯定向抽采钻孔技术研究

钻孔抽采煤矿井下瓦斯,是我国煤矿业高效治理、预防瓦斯灾害的重要措施。为深入探讨井下瓦斯定向抽采钻孔技术在提高煤矿安全性中的关键作用,笔者以概述井下瓦斯预抽技术为出发点,分析了扇形布孔、倾向布孔、常规钻孔布孔的具体内容,并在此基础上,全面介绍了井下瓦斯定向抽采钻孔技术,诸如顺层瓦斯钻孔布置技术、井下瓦斯穿层抽采技术与井下瓦斯钻孔施工技术,以及定向钻进系统的主要内容。     

碎软煤层顺层定向孔区域递进式精准瓦斯抽采模式与实践

针对碎软煤层矿井工作面开采和巷道掘进对瓦斯抽采治理的需要,分析了现有技术的基本原理、特点和不足,提出顺层定向孔区域递进式精准瓦斯抽采模式,介绍了其基本原理、技术内涵、技术优势,开发了顺层定向孔空气钻进技术与装备。在贵州青龙煤矿进行了工程实践,在2个钻场共完成碎软煤层顺煤层定向孔主孔及主分支孔264个,总进尺35 473 m,最大孔深345 m,300 m以上钻孔成孔率超过70%;抽采初期单孔平均瓦斯抽采纯量达到0.4 m3/min左右,抽采末期仍为0.3 m³/min左右,是常规钻孔的10倍以上,累计抽采瓦斯纯量超过410万m³,取得了碎软煤层顺层钻孔施工和瓦斯抽采效果的重大突破。     

定向水力压裂增透技术在矿井瓦斯治理中的应用

为了提升矿井瓦斯治理效率,以3109运输巷掘进为工程研究对象,采用定向水力压裂增透技术对掘进面前方煤体进行增透处理,并采用理论分析、工程类比并结合矿井瓦斯治理实际情况制定定向水力压裂增透技术方案并进行现场应用.定向水力压裂增透技术应用后,瓦斯抽采钻孔纯量、浓度增幅分别为30％、150％以上,瓦斯治理时间缩短约1/3,取...     

晋城矿区松软煤层定向长钻孔区域瓦斯抽采技术试验研究

针对晋城矿区三大典型矿井松软煤层钻孔易塌孔,抽采效果差,难以实现区域瓦斯治理的现状,根据各矿瓦斯不同的赋存特点,探索松软煤层定向长钻孔瓦斯治理技术。结果表明,针对胡底煤业顶、底板软煤层采取定向长钻孔向软煤开分支,结合水力掏煤技术,可有效提高软分层瓦斯抽采效果;针对长平煤业碎软煤层,使用氮气复合钻进技术有助于排渣,孔口30～60 m应力集中区易塌孔,大功率钻机可提高定向长钻孔钻进深度,但在软煤和应力集中区轨迹易偏移,定向效果差;针对赵庄煤业松软低透煤层,使用定向钻机+普通钻机混合施工,滑动+定向复合钻进工艺可提高煤段进尺,达到100～150 m,能够增加瓦斯抽采量,提高底抽巷利用效率。     

煤油气共生矿井长钻孔水力压裂高效抽采技术

水力压裂具有煤层增透、改变煤体强度等功效,针对黄陵二号煤矿瓦斯（油型气）的赋存情况及灾害治理需求,结合定向钻进高效抽采技术和水力压裂增透强化抽采的技术优势,在高瓦斯矿井长距离综采工作面进行定向长钻孔水力压裂综合技术应用。通过对钻孔施工工艺、封孔工艺进行优化,分析压裂钻孔的抽采效果,并将工作面回采期间与相邻工作面同区段相关参数进行对比。应用情况证明了定向长钻孔水力压裂高效抽采技术能够有效提升瓦斯治理效率、缩短瓦斯抽采达标周期,缓解“抽、掘、采”矛盾,保障矿井安全生产。该技术可在黄陵矿区直接应用,也可为其他类似条件下的矿井瓦斯治理提供借鉴。     

沿空留巷定向高位长钻孔采空区瓦斯治理技术

以高瓦斯矿井鹿台山矿2205采煤工作面为工程实例,通过改用沿空留巷工艺下施工定向高位钻孔抽采采空区瓦斯,抽采周期和采空区抽采效率得到显著提升,有效缩短抽采工程施工周期、降低施工成本,解决了采空区瓦斯治理问题。     

千米定向钻机在大宁煤矿瓦斯抽采中的应用

为了充分发挥千米定向钻机轨迹可控、过程可溯的特点,有效提高矿井瓦斯抽采钻孔施工效率和煤层瓦斯的抽采效果,以煤与瓦斯突出矿井大宁煤矿为例,先后在本煤层钻孔瓦斯抽采、煤层顶板穿层钻孔瓦斯抽采、岩层底板穿层钻孔瓦斯抽采等方面进行了VLD深孔千米定向钻机瓦斯抽采现场应用,实现了生产准备采区煤与瓦斯突出风险的有效管控、采煤工作面上隅角和采空区瓦斯的有效抽采、石门揭煤区和开拓煤巷煤层瓦斯的高效预抽,为安全、高效的采掘作业奠定了基础。同时针对开拓规划采区首采面布置过程中存在的诸多瓦斯治理问题,提出了千米定向钻机配合下的L形综掘工序和底抽巷穿层钻孔抽采的解决方案,有效提高了瓦斯抽采效率,降低了煤层残余瓦斯含量,保证了矿井的安全有序生产。     

顶板定向长钻孔“以孔代巷”抽采瓦斯技术研究

为探究行之有效的“以孔代巷”瓦斯抽采技术,解决端氏煤矿高抽巷工程量大、经济成本高等问题,提出顶板定向长钻孔替代高抽巷治理采空区瓦斯模式。采用FLAC^3D数值模拟确定3号煤层顶板以上15～45 m为最佳抽采层位,并基于定向钻进轨迹控制技术,在端氏煤矿3019工作面进行成孔试验。结果表明：钻进轨迹能够按照预设参数实施,成孔直径达153 mm,一次成孔深度420 m以上,钻孔进入稳定抽采阶段的平均抽采瓦斯浓度达18%、平均抽采瓦斯纯流量达8.7 m³/min,钻孔抽采条件下工作面瓦斯抽采率达36.7%,工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.50%以下,解决了瓦斯超限问题。与高抽巷抽采技术相比,顶板定向长钻孔成本降低62.5%、施工工期缩短50%,验证了“以孔代巷”的合理性和可行性。     

精准定向水力冲孔高效卸压抽采技术应用

针对松软煤层瓦斯抽采钻孔出现钻孔成孔率低和抽采效果差的问题,提出了精准定向水力冲孔高效卸压抽采技术,并基于现有钻机平台研发了配套的定向保直装置和钻冲护一体装置,能够一次实现定向钻进、水力冲孔卸压和全孔段下放筛管功能。现场试验得出：对比矿井原有技术平均每百米偏斜减小了60.46%,钻孔瓦斯抽采纯量平均值提高了4.72倍,瓦斯抽采衰减系数降低了27.5%。该技术在钻孔偏斜率,施工效率,筛管下放率,降低瓦斯衰减等方面皆优于矿井原有技术,简化施工工艺,提高钻孔成孔率,改善了软煤钻孔的瓦斯抽采效果,保障矿井安全高效生产。     

大直径高位定向孔一次钻扩技术及瓦斯抽采效果分析

针对“U”型通风回采工作面采动卸压瓦斯常规治理方式存在的综合效率低、治理成本高等问题,以山西晋城矿区某煤矿生产工作面为研究对象,提出采用φ200 mm大直径高位定向钻孔进行采动卸压瓦斯治理;基于该煤矿顶板大直径高位定向钻孔成孔技术难点分析,选型了关键钻进装备,包括ZDY20000LD型定向钻机、BLY460型泥浆泵车和多动力扩孔钻具;开发了复合强排渣定向钻进技术与多动力一次扩孔技术,实现了复杂地层条件下φ120 mm高位孔定向钻进与φ200 mm一次钻扩成孔,综合成孔效率较常规多次分级扩孔方式提高50%以上。瓦斯抽采效果表明：距煤层顶板30～40 m、距回风巷道40 m区域范围是采动裂隙密集发育区,钻孔平均瓦斯抽采体积分数保持在40%以上、最大瓦斯抽采纯量10.94 m³/min,效果显著。     

深部开采卸压瓦斯精准抽采体系构建及实践

为推进瓦斯治理水平高质量发展,以国内外研究进展为基础,建立了煤层瓦斯含量测定、瓦斯涌出量预测、瓦斯储运区辨识圈定、抽采方法确定、抽采参数设计、抽采工程施工、计量监测评价及调控的采动卸压瓦斯抽采全环节,从"精确度""准确度""精细度"对卸压瓦斯"精准抽采"内涵进行了阐释。以深部开采卸压瓦斯抽采关键问题为核心,主要内容为基石,重点技术为依托,手段与方法为途径,工程实践为验证,构建了多层级精准抽采体系框架。通过总结现有瓦斯涌出量预测的常用方法,得出瓦斯涌出量预测的一般箱体模型;以理论推导、试验模拟和现场反演3个方面研究为基础,提出了卸压瓦斯高效抽采区域精准辨识方法和流程;根据不同设计依据建立了卸压瓦斯精准抽采工程精准施工设计流程;以抽采数据动态感知、抽采效果评价及管网优化、抽采系统决策与调节为主要研究内容,提出了卸压瓦斯抽采精准调控的3个研究课题和研究思路;探讨了卸压瓦斯精准抽采云平台的架构,并应用卸压瓦斯精准抽采体系在山西典型高瓦斯突出矿井进行了现场工程实践。该研究完善了深部矿井卸压瓦斯治理的整体框架,为后续研究及现场应用提供了借鉴。     

大宁煤矿矿井瓦斯的精准抽采与高效利用

大宁煤矿作为煤与瓦斯突出矿井,矿井瓦斯的精准、高效抽采一直是困扰矿井安全发展的难题,同时,我国提出的"二氧化碳排放2030年前达到峰值,2060年前实现碳中和的发展目标^[1]",对矿井瓦斯的高效利用提出了更高的要求。通过多年的科研探索和井下工程实践,大宁煤矿充分利用深孔定向千米钻机实施各种瓦斯抽采钻孔,建立高、低浓度分源抽采系统^[2],不仅实现了对煤与瓦斯突出风险的有效管控,同时形成了"三区联动精准抽采+高、低浓度分源高效利用^[3]"的煤与瓦斯绿色共采模式^[4],2021年上半年矿井瓦斯抽采率达74%,瓦斯利用率达41.2%,为实现了瓦斯精准抽采和高效利用。     

晋能集团马堡煤业采动区以孔代巷瓦斯精准抽采技术研究与工程实践

为解决采场瓦斯涌出量达20 m³/min以上的上隅角瓦斯治理难题,基于回采过程中顶板上覆岩层动态运移规律和现场实际考察,确定出距顶板15~38 m、回风巷8~40 m为卸压瓦斯富集区域,利用定向钻机精准施工钻孔进行稳定高效抽采。通过在马堡煤业15203综采工作面施工5个定向长钻孔进行试验,在70 d抽采时间内,单孔抽采瓦斯纯流量最大达到10.41 m³/min,钻场抽采瓦斯纯流量达到15.00 m³/min,瓦斯抽采效果是普通钻孔的3~4倍,施工时间比高抽巷缩短约2/3,工程成本节约3/4左右,不仅有效缓解了矿井抽、掘、采衔接紧张的问题,而且实现了矿井瓦斯治理降本增效的目的。     

晋城矿区井下梳状钻孔瓦斯抽采技术体系

针对晋城矿区松软煤层破碎易塌孔卡钻导致的成孔性差、顺层钻孔抽采距离短等难题,利用远距离治理松软煤层瓦斯的梳状定向孔钻进技术与松软煤层瓦斯治理特点相结合,形成了适合晋城矿区瓦斯抽采的底板梳状孔替代底抽巷、掩护相邻工作面煤巷掘进梳状孔、本煤层孔排水-顶板梳状孔抽采瓦斯3种技术模式,分别在赵庄矿1307工作面、成庄矿4226巷、53131工作面进行推广应用。结果表明,该瓦斯抽采技术体系实现了单分支孔出煤量大于1 t、瓦斯突出危险性消除、累计抽采瓦斯纯量10.14万m3的效果,解决了绕过破碎煤层区域掩护邻近煤巷掘进,V字形产状煤层本煤层孔残留水影响瓦斯抽采等技术难题。     

开元矿综放面高抽巷瓦斯抽采研究

通过分析开元煤矿9804工作面初采期瓦斯涌出规律,为开采9801工作面提出了初采期瓦斯治理与抽采新方案:在9801工作面顶板内布置"Π"形高抽巷抽采上邻近层的卸压瓦斯,有效的解决了开元矿9801工作面初采期瓦斯治理的问题,为矿井制定控制瓦斯灾害、提高回采工作面瓦斯抽采率的技术措施提供参考依据。     

顺煤层随钻测量定向钻进技术在金泰煤矿的应用研究

针对金泰煤矿待掘区域普通钻孔瓦斯治理存在的钻孔深度浅、轨迹不可控和抽采效率低等问题,基于煤矿井下随钻测量定向钻进技术,集成了有线随钻测量技术、双动力复合钻进技术和缓升倾角探顶技术等关键技术,配套了定向钻机、液动螺杆马达、随钻测量装置、中心通缆钻杆和定向钻头等装备,提出了顺煤层随钻测量定向钻进技术。在金泰煤矿10605运输顺槽开展了现场试验,共施工9个顺煤层定向钻孔,最大进尺232 m/d,最大孔深552 m;单孔抽采瓦斯浓度最高可达96%,单孔抽采瓦斯纯量最大可达0.66 m³/min,分别为普通钻孔6倍和20倍;主管路瓦斯抽采浓度提高到50%以上,抽采纯量提高到4 m³/min以上。应用顺煤层随钻测量定向钻进技术显著提高了本煤层瓦斯抽采效果,达到了超前掩护巷道掘进的目的,可为矿井瓦斯治理提供一种新的技术途径。     

171303工作面瓦斯抽采技术研究

瓦斯灾害是煤矿主要灾害之一,瓦斯得不到控制,就会发生严重的事故,给人民、社会、企业带来严重的损失,所以采用合理的瓦斯治理技术,可以有效地避免工作面瓦斯灾害的发生,本文主要研究顺层钻孔抽采瓦斯技术、高抽巷抽采瓦斯和上隅角埋管抽采瓦斯技术的效果,确定抽采瓦斯的最优方案,为类似条件的矿井提供参考。     

宏岩煤矿瓦斯综合抽采技术实践

为研究高瓦斯矿井瓦斯治理技术,以宏岩煤矿高瓦斯矿井为研究对象,结合矿井的实际情况,对比相邻工作面瓦斯抽采治理方法,采用掘进工作面预抽、综放工作面预抽、综放工作面瓦斯抽采、高抽巷以及双管路套管上隅角瓦斯抽采等一系列综合抽采技术。实践验证得出,高负压抽采系统抽采浓度由8%~14%提高为20%~25%,抽采纯量由4~10 m3/min提升为8~17 m3/min;低负压抽采浓度由0.2%~1.2%提高为2%~3%,抽采纯量由0.2~1 m3/min 提升为6~9 m3/min。瓦斯综合抽采技术很大程度消除了宏岩煤矿瓦斯灾害隐患,保障了安全高效生产。