大采高采场“U”型通风系统采空区大流量瓦斯抽采技术

为解决大采高采场多巷通风系统采空区通风的安全隐患及"U"型通风系统的瓦斯超限问题,提出了在"U"型通风系统下应用大流量穿透钻孔配合中高位裂隙带定向钻孔的采空区大流量抽采技术,优化确定了定向钻孔及穿透钻孔的布置参数。大采高开采现场应用表明:φ153mm大直径钻孔抽采流量为φ96 mm的2~3倍,中高位裂隙带钻孔瓦斯抽采浓度约为中低位钻孔的2.4倍;φ250 mm大流量穿透钻间距5 m时瓦斯抽采效果最好;采用大流量抽采技术后,上隅角瓦斯浓度维持在0.55%~0.6%,避免了瓦斯超限。     

超大直径钻孔采空区瓦斯抽采技术研究

为了降低U型通风采煤工作面上隅角瓦斯浓度,弥补高抽巷层位布置不合理造成的抽采量的不足,节省前期采用Y型通风进行沿空留巷的施工成本,提出了超大直径钻孔(550 mm)采空区瓦斯抽采技术。基于理论分析和现场分析试验,发现超大直径钻孔间距定为15 m或者20 m时抽采效果较为理想。现场应用实践表明:大直径钻孔抽采采空区瓦斯与普通采空区埋管抽采相比,抽采纯量提高了54.9%,抽采瓦斯体积分数提高了1.33倍。和沿空留巷"偏Y型通风"治理瓦斯相比,可使得回风流中的平均瓦斯体积分数降低12.7%,大幅节省了人员的投入。U型通风采煤工作面上隅角的瓦斯浓度得到有效控制,有效取代了上隅角埋管和沿空留巷,大幅提高了煤矿的生产效益。     

尾巷超大直径管路横接采空区密闭抽采技术

针对高瓦斯低透近距离煤层群开采条件下“U+L”型通风系统上隅角和尾巷瓦斯浓度严重超限的治理难题,基于试验区综采工作面瓦斯涌出特征和“U+L”型通风系统瓦斯尾巷的优点及其局限性,提出尾巷超大直径管路(1 200 mm)横接采空区密闭抽采技术,并阐述了其控制采空区瓦斯渗流场的抽采原理。依据采空区瓦斯大气混合气体渗流的控制方程,建立了采空区三维渗流的CFD模型,分析得出上隅角瓦斯浓度、采空区渗流场与抽采位置距工作面距离的关系,确定了密闭抽采技术的关键参数。现场实践表明,尾巷超大直径管路横接采空区密闭抽采技术治理瓦斯效果显著,上隅角瓦斯浓度稳定在0.9%以下,尾巷瓦斯浓度从6.0%降低到1.7%以下,实现了复杂瓦斯地质条件下的安全高效开采。     

寺河矿大采高工作面新型“U”型通风瓦斯治理技术

针对"三进两回"、"两进一回"等偏"Y"型多巷通风系统存在的部分工作面回风流经采空区、工作面回风巷瓦斯浓度高、区域需风量大等缺点,以及"U"型通风上隅角瓦斯难治理等难题,结合寺河矿东井抽放系统能力,利用Fluent模拟软件分析了大采高综采工作面采空区及上隅角瓦斯流场变化情况,并提出了"高位钻孔+中位钻孔+穿透钻孔+闭墙埋管"一体化瓦斯治理措施。通过对采空区高浓度瓦斯进行抽放拦截,使上隅角负压点朝向采空区,避免了采空区高浓度瓦斯向上隅角运移,解决了"U"型通风上隅角瓦斯易超限的难题,杜绝了综采工作面瓦斯事故的发生。     

U型通风系统在高瓦斯矿井综采工作面瓦斯治理中的研究及应用

为了彻底消除采空区通风的隐患,晋煤集团岳城矿在综采工作面先后尝试大U套小U、二进二回系统、三进一回偏Y型等通风系统,在先期回采工作面采空区瓦斯抽采基础上,提出了回风横川埋管低位抽采、倾斜钻孔中位抽采、高位钻场高位钻孔(定向高位钻孔)的立体式瓦斯抽采模式,并结合地面采空区钻井抽采的措施,形成了四位一体的采空区瓦斯抽采模式,实现采面U型通风。     

基于U型通风系统的瓦斯治理试验研究

为完善综采工作面通风瓦斯治理技术方案,在寺河矿5302工作面现有通风方式基础上进行U型通风系统试验,提出改造优化方案。通过采取高位钻孔、中位钻孔、穿透钻孔及闭墙预埋400 mm瓦斯管等措施对采空区高浓度瓦斯进行拦截抽放,监测、分析综采面风流流场分布、53024巷巷口瓦斯浓度、风排瓦斯量及采空区瓦斯抽采量变化情况。结果表明,新型U型通风系统可使风排瓦斯量下降31%,采空区抽采量提高150%,53024巷巷口瓦斯浓度下降23%,并节约了大量成本。试验结果论证了新型U型通风系统的优越性,可为类似煤矿瓦斯治理提供借鉴。     

大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术研究

针对高瓦斯厚煤层高强度开采条件下“三进两回”型通风系统回风隅角瓦斯治理的难题,通过对矿井回采工作面通风方式进行优化,使工作面形成偏“Y”型的通风方式,并与大直径水平钻孔施工工艺相结合,提出了大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术,应用于保德煤矿综采放顶煤回采工作面的采空区瓦斯抽采。结果表明:偏“Y”型通风方式可减少工作面巷道掘进工程量,缩短准备周期,为瓦斯抽采创造了良好的时空条件;大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术的应用效果明显,可连续、高效实施采空区的密闭抽采,有效控制采空区瓦斯涌出强度;大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术能够实现对抽采负压的有效控制,有利于进一步提高采空区瓦斯抽采效果,并且其抽采支管可回收,可降低矿井瓦斯治理的成本。     

不同采高下瓦斯通道卸荷损伤演化及抽采验证

为解决大采高采场及上隅角瓦斯超限问题,基于卸荷岩体力学分析了采高对采空区顶板卸荷及瓦斯通道损伤演化的影响,结合损伤力学建立了损伤因子与卸荷量及渗透率的关系,采用离散元软件计算了不同采高下采空区顶板卸荷及瓦斯通道损伤演化规律,根据卸荷后有效应力与渗透率关系研究了不同采高下瓦斯通道的卸荷损伤范围,提出利用大采高开采形成的优势瓦斯通道在中高位断裂带内采用大直径定向钻孔抽采采空区瓦斯,并验证了瓦斯通道的贯通发育。结果表明:采空区顶板卸荷程度随采高增大非线性增长;采高越大,采空区顶板卸荷量及损伤因子越大,裂隙发育数量越多,采空区顶板渗透率突变点及瓦斯通道发育的高度越大;应用153 mm大直径钻孔抽采流量为96 mm的2～3倍,中高位瓦斯通道区钻孔抽采浓度约为中低位的2. 4倍。     

采动裂隙场瓦斯运移规律分析

为了研究采动裂隙场瓦斯运移规律,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,理论分析了采动裂隙场中瓦斯涌出规律以及采动裂隙场中瓦斯运移数学模型,然后建立了“U型+走向高抽巷”通风模型,采用COMSOL软件数值模拟了“U型+走向高抽巷”通风下采空区纵向剖面、水平剖面瓦斯浓度分布以及采场瓦斯三维空间分布。研究得出,通过“U型+走向高抽巷”的布置,瓦斯抽采效果良好,为瓦斯抽采提供了借鉴。     

马兰矿临近巷道大直径钻孔埋管抽采技术研究

针对马兰矿煤层群开采、回采面瓦斯涌出量大、"U"型通风回采工作面生产过程中上隅角瓦斯易超限、现采空区瓦斯治理困难等问题,通过计算分析回采工作面瓦斯涌出来源,找到瓦斯治理的关键。利用大直径钻机一次成孔、套管护孔技术,以大直径钻孔代替联络巷,以大流量、低负压抽采治理回采工作面现采空区瓦斯。现场试验数据显示:大直径钻孔抽采量大,能有效解决现采空区瓦斯涌出量大和上隅角超限问题,提高了抽采效果,节约了抽采成本,为复杂瓦斯地质条件矿井的安全高效生产提供了有力的保障。     

大直径钻孔“以孔代巷”上隅角瓦斯治理技术研究

为解决综采工作面上隅角瓦斯积聚超限的问题,提出了超大直径钻孔技术来治理采空区上隅角瓦斯超限问题,阐述了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术原理。以曹家山矿80103工作面为工程背景,采用大直径钻孔瓦斯抽采技术对采空区上隅角瓦斯进行抽采,并利用数值模拟软件对不同抽采负压及钻孔直径下钻孔瓦斯流量进行分析,确定最佳抽采负压为-30kPa,最佳钻孔直径为130mm。确定施工参数后对大直径钻孔抽采瓦斯抽放进行工业化试验发现,当使用大直径钻孔进行上隅角瓦斯抽采时,上隅角瓦斯浓度维持在0.2%,抽放效果较佳。并对其抽采效果进行验证,为矿井地质条件相类似工作面上隅角瓦斯治理提供参考与借鉴。     

碾焉煤业高位大直径定向钻孔应用研究

碾焉煤业综采工作面采用"U"型通风,回采过程中上隅角风流不畅,为解决上隅角瓦斯浓度超限现象频发的问题,设计在4202工作面采用高位大直径定向长钻孔抽采采空区瓦斯,通过理论分析计算初步确定定向钻孔的布置层位,数值模拟研究确定最佳的抽采负压为15 kPa,定向钻孔距离煤层底板的最佳距离20 m,在4202工作面回风绕道布置钻场进行高位大直径定向钻孔的应用,应用期间钻孔抽采瓦斯平均浓度为18%,上隅角瓦斯稳定在0.4%左右,对于上隅角瓦斯治理及抽采效果良好。     

寺河矿二号井9号煤层工作面采空区瓦斯抽采及通风改造实践

为使寺河矿二号井9号煤层工作面的偏Y型通风系统顺利改造成U型通风系统,在矿井原有的高位钻孔、穿透钻孔布置基础上,通过新建移动泵站接抽闭墙埋管,强化采空区瓦斯抽采,得到结论:高位钻孔和穿透钻孔的抽采效果受通风系统改造的影响不大,闭墙埋管的抽采纯量随着抽采混量的增大而增大,抽采浓度随着抽采混量的增大而减小。工作面实现U型通风之后,工作面回采过程中抽采率达到86.4%;在区域配风量减少的条件下,上隅角瓦斯浓度减小至0.24%,回风巷瓦斯浓度减小至0.26%。     

凤凰山矿15~#煤层U型通风工作面高位钻场钻孔瓦斯抽放技术研究

针对凤凰山矿151304综采工作面U型通风系统下开采初期瓦斯超限实际,结合矿井煤层赋存情况,经论证得出其上覆9#煤层的瓦斯涌出是151304工作面瓦斯涌出的主要来源;根据9#煤层存有272m实体煤且原始瓦斯含量大的特点,实施高位钻场钻孔瓦斯抽放。现场应用结果表明,该条件下高位钻场具有布置钻孔多、抽放浓度高等优点,可有效抽采和拦截9#煤层卸压瓦斯向15#煤层采空区的涌入,并有效改变15#煤层采空区瓦斯流态。     

9号煤高瓦斯区域综采工作面的瓦斯综合治理实践

古书院矿9号煤的煤体瓦斯含量大,工作面又用U型通风,回采中的采空区及邻近己采区中积存的大量瓦斯在通风负压下涌向工作面上隅角和回风巷,仅靠U型通风稀释瓦斯已不能解决上隅角瓦斯超限问题。后采用本煤层预抽、走向钻孔抽放、临近层抽采等综合防治技术,能很好解决工作面上隅角瓦斯超限问题、实现工作面的高产高效安全生产。     

U型通风工作面瓦斯综合治理技术研究

针对寺河煤矿二号井9煤九四盘区在开采过程中上邻近层3号煤层采空区富含瓦斯、易造成上隅角瓦斯超限,同时遗留的煤柱也造成资源浪费的问题,通过研究9号煤层瓦斯抽采方法和技术,形成一套U型通风工作面瓦斯综合治理技术;利用千米钻机进行邻近层抽采、高低位钻孔抽采以及大孔径钻孔、大流量插管抽采采空区和密闭斜巷抽采采空区等方法,有效地解决了上隅角瓦斯超限问题,解放了3号煤的煤柱。     

五虎山煤矿010910工作面下隅角瓦斯治理

针对五虎山煤矿010910工作面下行通风条件下,现有瓦斯治理技术对采空区瓦斯治理不彻底,造成工作面下隅角瓦斯频繁超限的问题,在分析了工作面瓦斯涌出来源及下隅角超限原因的基础上,选取大直径钻孔抽采、高位钻孔抽采等瓦斯治理技术,解决了工作面下隅角瓦斯超限问题,确保了该工作面的安全高效回采。     

基于偏Y型通风条件下采空区瓦斯抽采技术研究

为了研究综放工作面上隅角瓦斯超限原因及提高工作面上隅角瓦斯超限治理效果，以保德煤矿81505工作面为研究对象，结合工作面回采工艺参数，提出了偏Y型通风方式，利用有限元软件FLUENT模拟研究了工作面采空区瓦斯流场分布特点，在此基础上提出了大直径水平钻孔抽采采空区瓦斯工艺：即在备采工作面上顺槽通过施工水平钻孔接通采空区，进行采空区瓦斯抽采。研究结果表明：在保证工作面足够配风量条件下，大直径水平钻孔瓦斯抽采浓度3.2%～10.2%，抽采量5.4～23.6 m³/min，工作面上隅角瓦斯浓度不超过0.58%，回风巷瓦斯浓度不超过0.49%。确保了工作面安全高效生产。     

基于CFD模拟的采空区瓦斯分布规律研究

为了研究高瓦斯综采工作面下的采空区瓦斯分布规律,以某矿15110综采工作面采空区为原型,使用FLUENT软件对U型、U型+高抽巷、Y型、Y型+高抽巷+采空区埋管抽采进行数值模拟和分析。结果表明:相比于U型通风下采空区上部瓦斯积聚严重,U型通风联合高抽巷能有效降低采空区裂隙带的瓦斯,高抽巷瓦斯浓度和混合流量模拟值分别为43.52%、197.50 m~3/min,与现场监测值接近;但上隅角瓦斯浓度偶尔超限。在Y型通风下,瓦斯浓度随着采空区深度的增加而升高,随着靠近沿空回风巷而升高;上隅角瓦斯浓度相比于U型通风能有效降低。相比于Y型通风下沿空回风巷瓦斯浓度容易超限,Y型通风联合高抽巷、采空区埋管抽采的瓦斯防控体系能有效降低高瓦斯综采工作面的瓦斯浓度,为解决高瓦斯综采工作面瓦斯超限难题提供了理论指导。     

沙曲矿14205综采面采空区瓦斯浓度分布规律研究

依据几何相似和流动相似理论,建立了沙曲矿14205工作面相似模型,结合实际对采空区瓦斯进行相似材料模拟实验,较准确地得出采空区瓦斯浓度在走向和倾向上的分布及运移规律,为日后精确布置瓦斯抽采钻孔位置提供可靠依据。实验表明:采取"U+L"两进一回通风系统,可从根本上解决上隅角瓦斯超限问题。