低透煤层采空区覆岩高位瓦斯富集区微震探测及应用

为了提高低透气性煤层采空区覆岩卸压瓦斯的抽采效果,采用微震监测技术,对工作面推进过程中采空区覆岩微震事件的演化过程进行了监测,进而分析了采空区覆岩的空间破裂特征,并依据微震监测分析得到的采动裂隙带位置及周期来压步距,设计了高位钻孔瓦斯抽采参数,检验了瓦斯抽采效果。结果表明:工作面回采期间周期来压步距在16 m左右,形成的采动裂隙带高度在50 m左右,据此设计的高位瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采量和抽采体积分数分别提升了100%和150%,表明微震监测技术可准确探测采空区覆岩高位瓦斯富集区的空间位置,为瓦斯抽采钻孔设计提供了依据。     

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。     

厚煤层双重卸压采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对下石节煤矿222工作面开采过程中双重卸压造成工作面瓦斯涌出量高导致瓦斯超限的安全难题,结合采动裂隙"O"型圈和"环形裂隙体"理论,在分析厚煤层综放开采双重卸压采动覆岩破坏特征的基础上;采用相似模拟和数值模拟研究了双重卸压工作面开采采空区覆岩裂隙演化模型,确定了裂隙场和应力场演化反馈机制,依据裂隙密度,将覆岩裂隙场划分为贯通渗透区、纵向渗透区和水平渗透区;结合Fluent模拟瓦斯流场运移机理,将双重卸压采空区覆岩裂隙场+应力场+瓦斯渗流场相互耦合,进一步补充了采空区瓦斯流场规律:低位低浓度瓦斯流动带和高位高浓度瓦斯流动圈;提出了双重卸压采空区卸压瓦斯治理方式为复合采空区高位定向钻孔瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:确定卸压瓦斯抽采富集区域范围为回风侧偏向工作面宽度40 m,距离煤层顶板60.8 m以上150 m以下范围内;通过在复合采空区将高位定向钻孔瓦斯抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度低于0.8%,工作面及回风巷瓦斯浓度低于0.3%。     

基于覆岩裂隙发育规律的高位钻孔合理布置研究

为了保证矿井安全高效回采,解决工作面上隅角瓦斯问题,以覆岩裂隙发育规律为研究基础,对采空区顶板高位钻孔的合理布置方式进行研究。并以申南凹煤矿20102综采工作面为研究背景,采用相似模拟、理论分析以及现场试验多种方法综合研究,利用相似模拟二维实验研究20102综采工作面回采期间覆岩裂隙发育规律,确定覆岩随工作面回采过程中压实区、裂隙区等分布变化规律。研究结果表明：在时间次序上覆岩裂隙随工作面回采经历横向裂隙发育、纵向裂隙发育、裂隙场扩张、裂隙重新压实的推进演化过程,其中裂隙扩张区为高位钻孔的合理布置位置,能够有效地提高钻孔抽采效率,高位钻孔的合理布置层位位于裂隙带距顶板30～50m范围内,能够合理地保证钻孔成孔率以及高效抽采效率,有效地降低上隅角瓦斯浓度(达到0.4%左右),并且能够稳定保持。     

倾斜综放工作面采动卸压瓦斯高位钻孔抽采技术研究

为解决工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题,针对硫磺沟煤矿主采工作面实际情况,采用物理模拟及数值模拟手段,对工作面采动覆岩"三带"及卸压瓦斯运移优势通道分布特征及规律开展研究,结合工作面实际情况设计高位钻孔抽采上隅角瓦斯,并对抽采效果开展实时观测与分析。结果表明:通过物理相似模拟实验,得到(4-5)04工作面覆岩"三带"高度,工作面初次来压、周期来压步距,裂隙区在切眼、工作面及进回风巷出的宽度等参数;综合分析数值模拟及现场观测结果得到工作面合理配风量及抽采负压;通过现场观测,得到高位钻孔抽采浓度为19.85%~23%,有效抽采段距离平均为54.5m,表明高位钻孔抽采方法和设计参数是科学有效的。     

高瓦斯煤层覆岩空间破裂微震探测及应用

为了解决主焦煤矿2308工作面开采过程中瓦斯隐患,利用理论计算方法对采动过程中冒落带及裂隙带高度等进行计算,并结合微震监测技术手段对采面回采过程中覆岩微震事件进行监测记录,以此分析采动裂隙带的空间位置,进而得到上覆岩层瓦斯富集区的空间位置,研究发现微震监测手段得到的采动裂隙带高度与理论计算的结果相近,即采动裂隙带高度在38m左右,工作面回采期间周期来压步距在14m左右。据此对高位瓦斯抽采钻孔进行优化设计,并对其抽采效果进行检验,发现优化后的高位钻孔瓦斯抽采量提升了162%,瓦斯抽采体积分数提升了210%,表明利用微震监测技术探测瓦斯富集区是可靠的。     

采动覆岩裂隙发育及周期性瓦斯涌出规律研究

为获得采场覆岩裂隙发育与瓦斯涌出变化之间关系,基于淮南矿区某矿220112工作面瓦斯地质概况,综合数值模拟、理论分析及工程实践等方法,对采场应力分布、覆岩裂隙发育及瓦斯涌出周期规律进行了研究。结果表明,工作面覆岩裂隙带发育区位于顶板上方17.2～40 m内,布置在该范围的顶板大直径定向钻孔抽采效果较好,验证了理论计算及模拟结果的准确性;瓦斯涌出呈现周期性变化,2～3次顶板周期来压后工作面出现一次较大的瓦斯涌出现象,是正常回采期间瓦斯涌出量的1.5倍左右;根据工作面瓦斯涌出周期性规律,补充实施顶板走向抽采钻孔后,工作面回采期间瓦斯涌出总体平稳。     

特厚煤层综放开采定向长钻孔瓦斯抽采技术

为了解决玉华煤矿特厚煤层综放开采条件下采空区瓦斯涌出量大的问题,开展特厚煤层综放工作面覆岩裂隙演化物理相似模拟实验。掌握特厚煤层采动覆岩裂隙分布特征、“三带”高度及底板应力变化规律,以此为基础设计试验工作面采空区瓦斯抽采钻孔的合理层位,最终以卸压瓦斯抽采效果为考察指标,利用定向长钻孔代替常规高位钻孔对抽采钻孔层位布置的合理性进行验证。结果表明,工作面冒落带高度22 m,冒采比2.2,裂隙带高度140 m,裂采比14。参考矿井实际顶板垮落情况,确定顶板定向长钻孔的3个合理终孔层位分别为7 m、15 m、40 m。通过瓦斯抽采效果对比得到定向长钻孔的瓦斯抽采浓度和有效抽采距离均比普通钻孔提高了1倍以上,抽采效果良好。     

采空区上覆岩层裂隙发育及瓦斯流动规律分析

针对煤矿采空区上覆岩层裂隙发育,采动裂隙瓦斯流动规律等对合理确定高位钻孔抽采区域的重要性,对采空区上覆岩层的裂隙发育规律和采动裂隙场的瓦斯流动规律进行分析,从采空区覆岩"竖三带"裂隙分布特征、采动裂隙"O"形圈以及U型通风采动裂隙瓦斯流动规律出发,找出采空区对工作面上隅角瓦斯超限影响较大的区域,得出高位钻孔的理论最佳抽采区域大致为工作面后方50 m区域,这个区域的覆岩裂隙发育情况是高位钻孔层位优化设计的关键,为高位钻孔抽采参数优化提供了理论基础。     

覆岩采动裂隙空间形态反演方法及在瓦斯抽采中的应用

如何实现工作面采空区瓦斯的高效抽采一直是煤矿安全领域亟待解决的重要难题。覆岩采动裂隙作为采空区瓦斯储运的主要空间,其演化过程与覆岩运动密切相关。通过掌握采动覆岩运动演化特征,反演出覆岩采动裂隙空间形态,从而提出精准的瓦斯抽采技术方案,是解决上述难题的根本途径。为此,结合山西某矿深部高强度开采条件,采用地面钻孔全柱状原位监测方法,研究了工作面开采过程中覆岩运动的演化过程,揭示了覆岩关键层运动的分段特征;在此基础上,反演得到了覆岩采动裂隙空间形态发育特征,即采动覆岩瓦斯卸压运移“三带”、“O”形圈裂隙区、覆岩移动“横三区”的具体范围,提出了包括钻孔布置层位、伸入工作面水平距离和抽采最优时段的顶板定向长钻孔抽采瓦斯技术方案。试验结果表明,深部开采条件下覆岩运动经历了煤壁支撑影响阶段、低位岩层破断运动阶段、破断覆岩快速回转阶段、上部覆岩向下重新压实阶段、采动影响衰减的整体运动平稳阶段等变化过程,其中,在低位岩层破断运动阶段和破断覆岩快速回转阶段内,覆岩的离层空间与破断裂隙快速发育并相互贯通而形成导气裂隙带,为采空区瓦斯的聚集与运移提供了空间,是抽采采空区瓦斯的有利时机;基于采动裂隙空间形态反演...     

采动裂隙带高位定向长钻孔瓦斯抽采技术

为解决高瓦斯综采工作面采空区瓦斯涌出量大而导致的上隅角瓦斯超限问题,提出采用高位定向长钻孔瓦斯抽采技术对采空区瓦斯进行治理。数值模拟计算了工作面开采时上覆岩层裂隙带发育高度,设计了合理的定向长钻孔抽采参数。现场应用结果表明：采用高位定向长钻孔瓦斯抽采技术,瓦斯抽采浓度高、流量稳定、有效抽采时间长,回采期间尚未发生上隅角瓦斯超限,瓦斯抽采效果显著,保证了矿井安全高效生产。     

综放工作面高位定向钻孔布置优化分析

为了研究综放工作面高位定向钻孔合理布置参数,以王家岭矿12318工作面采空区为研究对象,利用数值模拟软件建立了覆岩数值模型,分析了采空区覆岩应力和裂隙分布特征,定量化指出了采空区覆岩裂隙带分布范围,对高位定向钻孔的合理布置参数进行了优化设计,并考察了优化后高位定向钻孔的抽采效果,验证了分析结果的可靠性。结果表明:高位定向钻孔经优化后平均抽采瓦斯浓度提高1.0倍,平均抽采瓦斯纯量提高1.1倍,工作面上隅角及回风流瓦斯浓度明显降低,有效提高了采空区瓦斯抽采量。     

高瓦斯煤层覆岩活动规律研究

为了提高高瓦斯煤层采空区覆岩卸压瓦斯抽采效果,以微震监测的技术手段,对采动过程中采空区覆岩微震事件进行监测并记录,据此对采空区覆岩的破裂特征进行分析得到采动裂隙带的空间位置,进而判定采动覆岩高位瓦斯富集区。监测结果表明:工作面在回采期间周期来压步距约20 m,采动裂隙带高度约45 m,以此确定了高抽巷的垂距在38 m时最为合理,并利用理论计算的方法对此进行了验证。     

长壁开采覆岩内水平定向长钻孔位置特征与卸压瓦斯抽采机理

长壁采空区卸压瓦斯抽采是煤矿绿色开采技术体系中煤与瓦斯共采的重要组成部分,在覆岩内布置水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯近年来应用较多;与高抽巷、普通高位钻孔不同,其在采动覆岩内布置抽采时,对覆岩破坏及瓦斯运移的响应与敏感性具有显著的特殊性。通过理论分析、数值模拟与工程实例验证等方法研究了采动覆岩内水平定向长钻孔的位置特征与卸压瓦斯抽采机理。阐述了水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯的技术原理,结合室内试验、数值模拟分析了水平定向长钻孔的3个位置特征：(1)钻孔布置位置区域瓦斯积聚程度高,为钻孔抽采瓦斯提供浓度条件;(2)钻孔布置位置区域裂隙较为发育,为钻孔抽采提供瓦斯源保障;(3)钻孔布置位置区域岩层受采动影响较小,为钻孔提供稳定性条件。在此基础上,从采动裂隙内瓦斯积聚程度、采动岩层渗透率和采动钻孔稳定性3个方面揭示了水平定向长钻孔布置抽采机理,提出了水平定向长钻孔的位置判据,给出了确定钻孔抽采位置的方法流程,并通过数值模拟、工程实例进行了合理性验证。研究结果表明：依据钻孔位置判据进行钻孔布置抽采的最大瓦斯抽采纯量达2.59 m3/min,为其他对比钻孔的2.56倍;在定向长钻孔抽采作用下,回风巷最大...     

综采工作面瓦斯运移优势通道演化规律 采高效应研究

为了研究采动覆岩中卸压瓦斯的运移规律,以采动裂隙椭抛带理论为基础,构建采动卸压瓦斯优势通道采高效应的空间形态模型,针对山西和顺某高瓦斯矿井主采工作面,运用物理相似模拟的方法,揭示综采工作面采动卸压瓦斯运移优势通道的采高控制机理,以此为依据,在现场实施高位钻孔抽采卸压瓦斯试验。研究结果表明:在上覆岩层中,优势通道左右边界离层量发生明显突变。随采高的增加,优势通道高度分别发育至距离煤层底板29.5,48,60 m,而宽度则从28 m变化到33 m。离层率的峰值距煤层底板30 m上移至60 m,贯通度明显增大。6 m采高优势通道的分形维数分别是4,2m采高的1.07,1.23倍,呈现着升维的趋势。在现场高位钻孔试验中,对工作面采高不同时的高位钻孔参数进行优化调整,得到高位钻场抽采瓦斯占绝对瓦斯涌出总量的49.94%～89.88%,并且使得上隅角及回风巷平均瓦斯体积分数维持在0.27%以下及0.32%以下,从而保证工作面安全高效的回采。研究结果为采动覆岩卸压瓦斯富集区的识别提供一定的理论基础。     

余吾煤业7602工作面“三带”发育规律相似材料模拟试验研究

为了研究采动条件下瓦斯运移与裂隙分布的动态关系,同时为治理采空区瓦斯提供指导,利用相似模拟试验研究了7602工作面采动覆岩裂隙发育规律。研究结果显示:7602工作面的初次来压步距大约有30 m,周期来压大约在16 m;"两带"发育高度约为90 m,其中冒落带高度为22 m,裂隙带高度为68 m。裂隙发育位置的确定,可以为高位钻孔和高抽巷终孔位置的确定提供依据,并且为矿井瓦斯抽采及瓦斯灾害、顶板冒落事故及透水事故防治等提供技术支持。     

大倾角高瓦斯煤层采动覆岩“三带”微震监测及瓦斯抽采效果

为了明确大倾角高瓦斯煤层采动覆岩裂隙发育情况,提高卸压瓦斯抽采效果,运用了微震监测技术对新疆硫磺沟煤矿（4-5）06工作面推进过程中采动上覆岩层的微震事件进行实时记录,据此分析了采动上覆岩层的裂隙发育形态特征和演化趋势,且运用经验公式对微震监测结果加以验证,并结合监测结果对高位钻场瓦斯抽采参数进行了优化,检验了卸压瓦斯抽采效果。结果表明:（4-5）06工作面周期来压步距约15 m,采动覆岩断裂带高度约60 m,裂隙发育形态整体呈不对称椭抛带,其中心对称轴向回风巷一侧偏移。以此为依据,对高位钻场瓦斯抽采钻孔参数进行优化,设计高、中、低3个层位钻孔,且全部布置于靠近工作面一侧的瓦斯优势运移通道带以内区域。通过分析现场瓦斯抽采监测装置记录的数据发现,高位钻场中高、中、低3个层位钻孔瓦斯抽采浓度及抽采流量均呈现先增大后减小的趋势,且中层位钻场瓦斯抽采浓度明显高于其余层位。优化后高位钻场瓦斯抽采流量为63～85 m³/min,钻场瓦斯抽采体积分数为6.22%～10.94%,井下回风巷及上隅角瓦斯浓度均低于阈值1%,有效保证了工作面的安全推进。实践表明微震监测技术可有效运用于...     

高瓦斯厚煤层采动裂隙发育区瓦斯抽采技术

针对高瓦斯厚煤层开采过程中采动裂隙发育区瓦斯涌出量大的问题,通过现场观测得知采空区瓦斯和邻近层瓦斯占工作面全部涌出瓦斯的50％以上,并确定了工作面裂隙带高为15.68～28.68m.基于此,提出了在传统本煤层瓦斯抽采和邻近层瓦斯抽采的基础上,在采动裂隙发育区采用高位钻孔抽采瓦斯的方法进行瓦斯抽采,并确定了瓦斯抽采的相关参数.实践表明:裂隙带邻近层高位钻孔瓦斯抽采效率大于本煤层瓦斯抽采和单纯邻近层瓦斯抽采效率,工作面瓦斯抽采率达53％.     

平舒矿81112综采面采动影响下覆岩裂隙破坏规律研究

为达到高效抽采瓦斯,确保工作面安全生产的目的,同时充分合理利用瓦斯资源,针对平舒矿81112工作面,釆用理论分析、相似模拟、CDEM数值模拟,研究了采空区上覆岩层运动和裂隙分布规律,得到了工作面基本顶初次破断和周期破断距离,覆岩裂隙发育高度及演化形态,确定裂隙发育环三维位置和范围,确定高抽巷或高位钻孔及地面水平定向钻孔最佳的位置,达到高效抽采瓦斯的目的。     

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。