千米深井区域压裂增透技术应用与研究

针对矿井开采垂深下延,煤层透气性低,造成矿井采掘接替紧张现状。以平煤股份十二矿己₁₅-31040进风巷低位瓦斯治理巷为工程背景,对比采取水力压裂增透技术前后,煤层区域瓦斯含量的卸压效果。现场实测,己₁₅、己_16-17煤层绝对瓦斯压力分别为0.83～1.30、0.86～1.06 MPa,原始瓦斯含量分别为5.41～12.86、9.63～13.84 m³/t。水力压裂后分别沿压裂孔走向、倾向方向、不同步距点进行卸压效果考察:己₁₅煤层瓦斯含量较原始平均值降低5.41 m³/t左右,己_16-17煤层瓦斯含量较原始平均值降低2.91 m³/t左右。研究得出,沿走向方向外段瓦斯含量降幅大于里段,沿倾向方向巷道下帮方向瓦斯含量降幅大于上帮方向。研究分析煤层抽采效果考察等工作,为大垂深、低透气性,高应力矿井煤层增透促抽提供指导。     

平煤一矿丁5-32140工作面自然发火期及采空区自燃“三带”研究

以平顶山天安煤业股份有限公司平煤一矿丁₅-32140综采工作面为研究背景，对该工作面的煤样开展程序升温实验，根据建立的最短自然发火期数学模型，结合程序升温实验的气体特征，计算出丁₅煤层的最短自然发火期。通过对丁₅-32140综采工作面采空区气体的现场监测，采用氧体积分数法确定出该工作面采空区自燃“三带”的具体范围。结果表明：丁₅-32140工作面煤层的最短自然发火期为45.9 d;该工作面采空区遗煤自燃“三带”的范围特征为：散热带0～31.2 m,氧化带31.2～117.2 m,窒息带大于117.2 m;根据氧化带范围与最短自然发火期的比值可知，丁₅-32140工作面防止自然发火的安全回采速度为51.6 m/月。     

平煤十二矿预埋管疏放老空水技术研究

老空区积水是威胁煤矿安全生产的主要因素之一。平煤十二矿的己₁₅煤和己_16-17煤为近距离煤层群,己_16-17煤层的工作面开采时受上覆己₁₅煤和本煤层采空区积水影响严重,为了实现对采空区积水的有效疏放,在己_16-17-31050工作面开采时,在底板瓦斯抽采巷向己_16-17-31050工作面施工了钻孔,预埋了钢套管,直至相邻的己_16-17-31030工作面开采时,共计疏放出老空区积水56 853 m³,保障煤矿的安全高效开采。     

首山一矿大采高综采工作面瓦斯治理技术研究与应用

首山一矿现主采己组（二₁）煤层透气性低、煤体松软、煤与瓦斯突出危险性严重,且大多不具备合适保护层的煤层条件,属于高应力低透气性松软突出煤层。煤层赋存条件差,顶板破碎,瓦斯涌出异常,突出危险性严重,瓦斯压力大,严重导致矿井采掘接替失调。正在开采的己_15-17-12090综采工作面开采高度达到6 m,目前属于平煤集团开采高度最大的综采工作面,采面内煤层结构较为简单,以亮煤为主,玻璃光泽,煤层厚度有一定变化,采面煤层厚度为合层状态,采面己_15-17煤层厚度一般为3.2～6.7 m,平均厚6.2 m,为了提高本煤层瓦斯释放效果,保证综采工作面安全回采,采取在己_15-17-12090综采工作面中煤巷施工水力造穴技术,水力造穴装置前端封闭,具有造穴功能,实现了不退出钻杆钻进、造穴一体化的作用,高压水对煤层进行造穴后形成的洞穴空间,提高煤层的透气性和瓦斯释放能力,经过研究证明:采用水力造穴综合治理技术之后,工作面回风流瓦斯浓度高的问题得到很好的缓解,保证了矿井的安全高效生产,为相关地质条件的采煤工作面瓦斯治理提供参考。     

保护层开采效果考察及应用

分析了平煤股份十二矿开采己₁₅保护己_16-17煤层的可行性,研究了保护层开采效果考察方案,并在己_16-17-17180工作面进行了方案考察,主要考察了保护效果和保护范围。研究表明:己₁₅煤层作为保护层开采,对于降低己_16-17煤层原始瓦斯压力、降低原始瓦斯含量、增强煤层透气性系数具有非常有效的作用。在保护范围内,一般可使己_16-17煤层瓦斯压力降低到0.34 MPa以下,可使其瓦斯含量降低到5.42 m³/t以下,各项防突预测指标均达到安全开采的临界值以下,充分说明经过上保护层的开采后,被保护层的煤与瓦斯突出危险性得到了消除,为实现被保护层安全、高效开采提供了可供技术支撑。     

远距离下保护层开采遗留煤柱对被保护层回采的影响研究

为探究远距离下保护层开采遗留煤柱对被保护层回采效果的影响,以平顶山六矿戊8煤层的戊₈-22310机巷和戊₈-32010风巷之间遗留宽度为4 m的区段煤柱和丁_5-6-22190工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测结合的方法,研究了煤柱影响范围、煤柱区域垂直应力分布及影响区相关参数变化规律。结果表明：宽4 m遗留煤柱的影响范围为27.3 m,极限强度为25.9 MPa,塑性区宽度为2.26 m,弹性区宽度为2.68 m;煤柱两侧工作面均回采后,其承载的最大垂直应力87.9 MPa,远超煤柱本身的承载极限;在煤柱影响范围内测得的残余瓦斯含量、压力与卸压保护区无明显差异,并均小于突出危险临界值,煤柱影响区内瓦斯得到较好释放;煤柱影响范围内未产生明显应力集中现象,遗留小煤柱对被保护效果影响较小,保护效果在倾向上有连续性,对被保护层工作面回采影响小。     

弱透气性煤层受岩石下保护层开采影响卸压增透效果研究

针对平煤股份十矿大埋深弱透气性煤层下保护层开采工程,采用岩石破裂损伤理论和有限元计算方法,研究了被保护层变形规律、应力演化过程、卸压保护范围及瓦斯抽采效果。结果表明,随着保护层工作面的推进,其上覆煤岩体同时发生拉伸应力和剪应力破坏,被保护层大量的裂隙扩展发育,孔隙率大幅提高;随着保护层的开采,被保护层呈现出压缩和膨胀的变化规律,位于保护层采空区中部上方的被保护层变形最大,变形膨胀率最大,因此有利于煤层的卸压增透和瓦斯的抽放;岩石保护层开采后对被保护煤层沿倾斜方向预计保护范围卸压角为78°。工业试验显示:在己_15-16-24130岩石下保护层开采后,上覆己_15-16煤层变形膨胀率在0.62%~1.54%,己₁₇煤层变形膨胀率在1.71%~3.67%;在预计保护范围线位置测定的煤层最大综合残余瓦斯压力为0.42 MPa,最大残余瓦斯含量为4.210 7 m³/t。证明预计保护范围是可靠的,为平煤十矿下保护层开采区域瓦斯治理技术的推广应用提供了可靠的依据。     

平煤股份十一矿“以孔代巷”定向钻进区域瓦斯治理技术研究及应用

针对平煤股份十一矿瓦斯治理过程中存在的岩石巷道工程量大、瓦斯治理周期长、成本高的问题，以己_16-17-24070工作面为研究对象，以“以孔代巷”定向钻进技术为手段，通过与“底抽巷+常规穿层钻孔”的传统区域预测方案对比，优选出了基于定向钻进技术的“以孔代巷”区域瓦斯治理技术对己_16-17-24070工作面区域突出危险性进行预测。现场工业性应用共施工完成33个定向长钻孔，成功取出干煤样27次，钻孔工程量累计进尺6 423 m，最大瓦斯含量4.91 m³/t，最大瓦斯压力0.43 MPa。采用瓦斯地质精细分析与瓦斯参数相结合的方法，确定己_16-17-24070工作面无突出危险性，达到了以定向钻孔代替底板岩石巷道的目的，经济效益、社会效益、环境效益显著。     

定向钻进技术在煤与瓦斯突出矿井中的试验研究

定向钻进技术是一种高效的区域瓦斯治理措施,可大幅节约施工成本、缩短施工周期,地质条件及钻进层位对定向钻进效果有直接影响,因此对定向钻进技术适用性的现场试验研究决定了该技术能否在施工现场成功运用。以平煤股份十一矿己_16-17-24070、己_16-17-24090工作面为试验地点,采用2种不同型号的定向钻机,分别沿煤层走向、倾向在顶板施工梳状定向分支孔,在平顶山矿区开展以孔代巷现场工业性试验,积极探索适用于平顶山矿区的新的瓦斯治理模式。依据VLD-1 000型千米定向钻机前期沿煤层走向的钻进效果,分析钻进效果不甚理想的原因;后期采用ZYWL-6000DS型煤矿用双履带式全液压定向钻机,沿煤层倾向施工定向钻孔,取得了良好的钻进效果。以2种定向钻机的钻进效果为依据,平煤股份十一矿确定了施工定向钻孔的钻机类型及钻孔设计,初步形成了适用于平煤股份十一矿的新的瓦斯治理模式。     

迎面斜交钻孔瓦斯抽采技术在庚组 突出煤层中的应用

针对在平顶山矿区庚₂₀煤层采煤工作面上隅角顶板坚硬、易发生瓦斯超限的现象,在平煤股份二矿庚₂₀-23170工作面实施迎面斜交瓦斯抽采技术,工作面上隅角瓦斯抽采率由20.0%提高到50.92%,工作面回风巷瓦斯浓度控制在0.4%以下,上隅角瓦斯浓度控制在0.5%以下,有效地防止了瓦斯超限,保证了工作面生产安全。     

极近距离煤层采空区下递进开采矿压显现规律研究

基于天安煤业股份有限公司四矿己15、己16-17极近距离煤层群的地质条件和己16-23090工作面与上覆己15-23110采空区、相邻己16-23070采空区、己15-23130生产工作面的空间关系,采用理论分析和数值模拟的方法,系统研究了已开采工作面和正在开采工作面的对下伏近距离煤层的采动应力分布及传递规律,从而明确了矿压显现规律,得出了将己16-23090运输巷的位置布置在距己15-23130回风巷35 m较为合理,为实现“一巷多用”提供了依据。     

低透气性突出煤层群开采层序论证

由于福泉煤矿山区低透气性突出煤层群开采瓦斯治理难度大,开采保护层是首选的区域防突措施。通过分析煤层赋存情况、瓦斯压力、煤的坚固性系数、瓦斯放散初速度及煤的破坏类型,结合保护层保护范围及保护层开采技术条件,综合论证煤层群2号、3号、6号、7号煤层开采层序。结果表明,福泉煤矿调整采掘部署,首采6号煤层,对于矿井的瓦斯治理及安全生产具有重要意义。     

煤层注水治理瓦斯灾害流固耦合关系研究

为消除瓦斯突出危险及工作面煤尘污染,基于平煤股份十矿己_15-16-24130工作面煤层地质赋存条件,建立了注水情形下煤层破坏的瓦斯抽采模型。提出了注水消除煤层瓦斯突出危险、降低煤尘排放的应用方案,分析了裂隙自由水运移影响下注水钻孔塑性破坏过程。模拟结果表明:随着自由水的注入,扩大了钻孔塑性破坏区范围,降低了自由水润湿区域内煤层物理特性。伴随自由水压力的升高,自由水逐渐进入煤层深部,提高了裂隙空间内自由水饱和度,抑制了煤层内瓦斯解吸、扩散过程,减少了瓦斯的释放。结合现场工业性试验可知,外界自由水的注入对煤层软化、破坏效果显著,对减少煤矿井下煤尘灾害、消除工作面瓦斯突出风险具有重要意义。     

复杂条件下瓦斯原始压力测定方法的研究与应用

矿井深部地质条件非常复杂,在煤层瓦斯压力的测定过程中经常遇到裂隙水影响瓦斯原始压力测定结果的情况,尤其在复合煤层及煤层群中测定瓦斯压力更是困难重重。平煤十矿对己_15-16煤层瓦斯测定方法及测定结果表明,利用钢管固孔—高压注浆—胶囊黏液封孔等组合工艺能够准确测得矿井深部复杂地质条件复合煤层原始瓦斯压力。     

上保护层开采遗留煤柱对保护效果的影响北大核心

为研究上保护层开采遗留区段煤柱对被保护层保护效果的影响,以平煤四矿己;-23160联络巷下帮遗留的4 m煤柱及己_(15)-23140、己_(15)-23160、己_(16.17)-23140工作面为研究对象,采用数值模拟和现场实测相结合的方法进行了研究。研究结果表明:煤柱沿z轴负方向被压实,累计最大位移为0.289 m;煤柱两侧煤壁沿x轴移动方向不同,上壁沿x轴负方向,下壁沿x轴正方向,累计位移量分别为0.055 m和0.156 m,己;-23160工作面采掘活动对煤柱位移影响最为显著;遗留煤柱最大残余高度为0.59 m,相比原始煤柱高度降低1.01 m;深部煤体残余瓦斯含量和钻屑量变化趋势一致,最大残余煤层瓦斯含量2.63 m^(3)/t,煤层瓦斯释放率保持在50%以上,最大钻屑量为3.7 kg/m。残余煤柱影响区内煤层瓦斯得到很好地释放且无明显应力集中,保护层开采遗留4 m煤柱能够达到连续的保护效果。