煤层群底板穿层钻孔瓦斯抽采半径考察研究

为了准确测定煤层群底板穿层钻孔瓦斯抽采半径,提出采用钻孔瓦斯流量法+瓦斯含量降低法相结合的现场考察方法。基于穿层钻孔瓦斯抽采流量统计法推导得出有效抽采半径计算公式,并根据钻孔抽采影响范围内煤层瓦斯抽采率、残余瓦斯压力、残余瓦斯含量,以及工作面日产量等要求,综合分析确定计算公式中的残余瓦斯含量临界指标值。通过现场布置多组考察钻孔进行综合分析,得到石炭井焦煤公司3~#、4~#、5~#煤层的有效抽采半径,采用瓦斯含量降低法进行验证,最终确定煤层群底板穿层钻孔的抽采半径,为矿井煤层群底板穿层钻孔布置提供了依据。     

基于层次分析-模糊综合评价的煤层透气性效果评价

矿井瓦斯治理是保障井下安全生产的重要一环,而增加煤层透气性可以有效提高瓦斯抽采效果.本文首先对矿井瓦斯多个抽采指标进行选择,然后通过层次分析法和模糊综合评价法进行了定性分析和定量计算,同时建立了适合矿井瓦斯抽采的指标体系和评价模型.依据对山西某煤矿的评价结果,将瓦斯抽采指标进行权重排列,为瓦斯抽采治理提供了依据.     

煤与瓦斯共采评价指标体系及评价模型的应用

针对我国尚未形成系统性的煤与瓦斯共采基础理论体系的现状,提出经济预评价、安全评价、共采效果3部分建立煤与瓦斯共采评价系统,并建立多层次评价指标体系,构建煤与瓦斯共采模糊综合评判模型。将模糊层次法（FAHP）与层次分析法（AHP）组合赋权,将专家的主观经验与目标区指标客观反映相结合,建立模糊综合评判模型对沙曲矿煤与瓦斯共采进行综合评价。在共采系统各部分的模糊综合评价的基础上,利用协调度函数量化煤炭开采与瓦斯抽采系统之间的协同程度。评价结果表明,沙曲矿24207工作面煤炭开采子系统和瓦斯抽采子系统初级协调有序,煤与瓦斯共采技术是合理可行的。     

多手段测定煤层钻孔抽采有效半径技术研究

为准确测定某矿8208综采工作面本煤层瓦斯抽采半径,提出采用基于相对压力法和数值模拟相结合的多手段综合测定技术。通过分析抽采半径测定的原理,运用计算流体力学COMSOL软件,分析了钻孔内瓦斯流动方程,进行抽采钻孔施工及压力观测,结果表明:当抽采15 d时,距离抽采孔1 m远的压力观测孔瓦斯压力下降到51%压力观测指标线之下,数值模拟结果与观测结果基本吻合,结果准确可靠,可以指导现场实践。     

淮南矿区煤与瓦斯共采技术的创新与发展

淮南矿区具有低透气性、强吸附性、高瓦斯煤层群赋存特征,针对深部瓦斯灾害日趋严重情况下煤矿面临的安全与效益2大生存问题,通过采用卸压开采抽采瓦斯理论,攻关煤层顺层钻孔"一孔两消"和顶板高位钻孔"以孔代巷"技术,把传统的巷道加钻孔式抽采瓦斯方法优化为钻孔式抽采瓦斯方法,创新煤与瓦斯共采新模式。结果证明:新模式抽采瓦斯效果不仅满足安全生产需要,而且取消了顶、底抽巷,节省了穿层钻孔,降低瓦斯治理成本在30%以上。并针对更深部煤层全部升级为强突出煤层开采条件,引进石油工业侧钻水平井、分支水平井等地面钻井施工技术与工艺,提出地面钻井实现煤与瓦斯共采新方案。     

AHP在底抽巷位置选择评价中的应用

为确定特定条件下底抽巷的合理位置,基于FLAC3D分析了底抽巷与回采巷道不同空间位置关系下的应力与位移场分布特征,同时对各个底抽巷布置方案进行瓦斯抽采工程试验。基于层次分析与模糊评价,以底抽巷、回采巷道围岩稳定性与瓦斯抽采效果为一级指标,并选取相应的二级指标,建立综合评判模型,确定底抽巷的最佳位置方案。试验结果表明,底抽巷与回风平巷之间平距0 m、垂距10 m时,能同时很好地兼顾巷道稳定性与瓦斯抽采要求。     

基于层次分析法和综合模糊分析法的瓦斯抽采风险管控分析

针对矿井瓦斯抽采过程中存在的安全问题,辨识整理风险因素并划分层次,进而采用层次分析法(AHP)和模糊综合评价法(FCE)对3个一级指标以及12个二级指标进行量化分析。计算结果表明：一级指标中,作业设备是瓦斯抽采安全的首要因素,其次为管理措施;二级指标中,操作规范、抽采设备、瓦斯监控与监测3个因素所占权重最大;基于计算结果,针对性地提出了确保规范作业、关注设备设施的稳定性、加强瓦斯监测等改进措施,有助于提高井下瓦斯抽采风险管控水平。     

基于井上下联合抽采的三区联动瓦斯综合治理模式

为解决近距离突出煤层群开采过程中瓦斯超限及煤与瓦斯突出隐患,通过建立瓦斯治理的时空坐标系,系统分析井上、井下抽采技术的时空分布特征及其约束条件,进而揭示煤炭开采三区的井上下联合抽采的时空转换机制;基于沙曲矿近距离煤层群开采特点,在规划区大范围采用三类地面井,实现煤层气的规模化预抽,在开拓区和生产区首次实施了多分支水平井与千米钻孔定向对接高效抽采、大孔径定向长钻孔立体式抽采等关键技术,通过井上、下抽采方法优选集成,结合煤层气综合利用,形成了沙曲瓦斯综合治理模式与配套技术体系。经过实践验证,推行"沙曲模式"可实现采掘工作面瓦斯零超限,基本消除各煤层突出危险性,保证矿井安全高效生产,结合瓦斯综合利用可产生显著经济和社会效益。     

基于“管网解算-遗传算法寻优”的瓦斯抽采管网优化技术

为实现矿井瓦斯抽采管网管径优化方案智能决策,基于图论原理构建瓦斯抽采管网图论模型,以管网瓦斯-空气混合流动模型为基础,实现具体管径管网解算;以最小管网投资为目标函数,管径为决策变量,建立瓦斯抽采管网管径优化模型;基于整数编码的遗传算法,得到了刘庄煤矿西侧抽采区域管径优化方案。结果表明:通过遗传算法优化后的管径组合在经济性和抽采效果上都优于流速法,优化后抽采端的抽采负压满足抽采要求,管网成本减少48.3万元。     

基于围岩稳定性及瓦斯抽采的底抽巷位置选择模糊评价

为确定特定条件下底抽巷的合理位置,基于FLAC3D分析了底抽巷与回采巷道不同空间位置关系下的应力与位移场分布特征,同时对各个底抽巷布置方案进行瓦斯抽采试验。基于层次分析与模糊评价,以底抽巷、回采巷道围岩稳定性与瓦斯抽采效果为一级指标,并选取相应的二级指标,建立综合评判模型,确定底抽巷的最佳位置。试验结果表明,底抽巷与被保护的回采巷道之间平距5 m、垂距10 m时,能同时兼顾巷道稳定性与瓦斯抽采要求。     

瓦斯抽采效果动态分元评价系统及应用

针对目前煤矿传统瓦斯抽采技术人工测量工作强度大、监测区域有限、预警处理不及时等问题,提出一种供可视化综合展示和多元化智能分析的瓦斯抽采评价系统。该系统将抽采工作面划分为独立抽采单元,由井下在线抽采计量设备接入专属抽采监控分站并上传抽采监测参数,在地面建设独立运行的抽采效果分元达标评价系统,实现抽采效果达标评价、多业务智能分析和“一张图”可视化综合监控。结合瓦斯预抽评价系统步骤,对小庄煤矿40205工作面瓦斯预抽情况进行分元评价,结果表明：工作面5个抽采评价单元的预抽时间差异系数均符合规定;各评价单元预抽率均符合要求;各瓦斯抽采单元累计抽采量均超过达标量,系统分析和现场实测分析结果保持一致,满足工程应用;系统能够实现瓦斯抽采管网监控、准确计量、分元达标评价等多项需求。     

煤层瓦斯多机制流固耦合模型与瓦斯抽采数值模拟分析

为了更好地揭示瓦斯抽采过程中松软低透气性煤层瓦斯运移的本质和规律,基于孔隙-裂隙双重介质的假设,建立了全面考虑有效应力、煤层瓦斯多机制流动、真实气体效应和迂曲度影响的煤层瓦斯多机制流固耦合模型。基于所建理论模型,以郑煤集团(河南)白坪煤业有限公司13181工作面为工程背景,利用COMSOL软件开展煤层瓦斯抽采数值模拟,全面分析了瓦斯压力随抽采时间的动态分布规律,结合现场实测结果验证了数值模拟有效抽采半径的准确性。系统开展了不考虑Klinkenberg效应、不考虑基质瓦斯扩散和不考虑煤层瓦斯多机制流动影响的瓦斯抽采数值模拟,对比分析了不同控制因素对煤层瓦斯运移的影响。研究结果表明：抽采结束后,煤层瓦斯压力以抽采钻孔为中心呈椭圆分布;煤层瓦斯压力和有效抽采半径的变化幅度随抽采时间逐渐减小,并趋于稳定;煤层瓦斯有效抽采半径的数值模拟结果与现场实测结果之间的平均误差为3.65%,验证了所建煤层瓦斯多机制流固耦合模型的有效性与合理性;与考虑煤层瓦斯多机制流动影响的模拟结果相比,不考虑Klinkenberg效应的有效抽采半径和渗透率偏小,而不考虑基质瓦斯扩散和瓦斯多机制流动的有效抽采半径和渗透率则...     

近距离煤层群煤与瓦斯高效共采技术体系研究 ——以山西吕梁沙曲矿区为例

为掌握近距离煤层群叠加开采的应力-裂隙-瓦斯渗流规律,构建近距离煤层群煤与瓦斯高效共采技术体系及动态评价模型,以山西吕梁沙曲矿区为研究对象,采用物理相似模拟、超声波试验及SF6示踪气体现场监测相结合的研究方法,分析了沙曲矿区近距离煤层群煤层气资源的赋存特点,探究了沙曲矿区近距离煤层群多次扰动下煤岩损伤变量随应力的变化规律,建立了Boltzmann煤岩损伤方程,得出了沙曲矿区近距离煤层群叠加开采条件下采动应力演化-裂隙发育-瓦斯运移规律。研究结果表明:沙曲矿区煤层的孔裂隙结构特征不利于瓦斯运移,在近距离煤层群叠加开采条件下二次采动对于覆岩应力场和裂隙场的影响并非简单的效果叠加,而是“1+1>2”的影响效果,下伏煤层在叠加开采下产生了贯穿型裂隙,并在其周围衍生了大量的次生裂隙,为煤层瓦斯运移提供了优势通道;根据沙曲矿区煤-气共采不同阶段的时空条件和消突要求,分区分级优选并集成了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术体系,即在规划区采用多种地面井规模化多煤层长时间预抽煤层气,在准备区采用多分支水平井井孔定向对接共采和保护层开采+底抽巷定向钻孔群抽采,在生产区采用大采高沿空留巷共采及大直径定向钻孔群共采技术;通过分析煤与瓦斯共采的影响因素,提出了近距离煤层群煤与瓦斯共采动态评价指标体系,建立了贝叶斯煤与瓦斯共采评价模型,实现了对沙曲矿区煤与瓦斯共采效果及矿井部署合理性的评价,得出沙曲一矿煤与瓦斯共采动态合理性概率为0.65、共采合理性等级为“较为合理”;最后阐述了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术存在的关键问题,展望了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术未来发展方向。     

贵州新田矿区顶板L型水平井煤层气抽采技术

针对碎软煤层瓦斯灾害频发、瓦斯抽采困难、顺煤层水平井钻进困难的问题,在借鉴“虚拟储层”思路和页岩气开发技术的基础上,以新田矿区9号煤层为对象,研究分析了煤层顶板L型水平井分段压裂抽采技术。通过目标区及目标层位优选、井身结构优化、井眼轨迹精准控制技术、多簇定向射孔分段压裂精确优化工艺技术及排采作业精细控制技术,形成了煤层顶板L型水平井煤层气高效抽采技术体系。结合工程实践,顶板L型水平井在新田矿区取得了产能突破,最高日产气量达到了5 334 m³/d,并获得了长期稳产高产的试验结果。顶板L型水平井分段压裂高效抽采技术的成功应用,为具有类似地质条件的高突矿井煤层气抽采及煤矿区瓦斯治理提供了技术方向引领。     

六盘水地区大河边向斜煤层气多分支水平井钻井工艺研究

贵州省六盘水煤田煤矿瓦斯灾害极为严重,"先抽后建"方案是以煤层气地面井抽采技术为瓦斯治理措施。以大河边向斜地区为研究对象,在分析该区地质背景、煤储层参数基础上,借鉴已施工煤层气井的经验,为解决11~#煤层P41108运巷瓦斯突出问题优化设计适合该区地质条件的煤层气多分支水平井钻井工艺技术。主要从2个方面进行研究:井身类型选型、轨迹设计。本次设计为今后煤层气多分支水平井实施提供了一定的技术参考。     

水平分支井技术在地面负压抽采目的层瓦斯中的应用

为解决某矿主采3号煤层瓦斯含量高的难题,提出了水平分支井技术地面负压抽采与井下瓦斯抽采钻孔相结合的抽采技术。在N2202工作面实施瓦斯地面抽采试验水平井组施工项目,通过对N2202工作面一段时间内的钻孔切入前后的抽采数据和水平分支井总体抽采数据进行分析,结果显示LA-02H水平分支井抽采效果显著,抽采瓦斯总量达到1.82736Mm3。水平分支井瓦斯地面抽采技术在该矿区主采煤层的可实施性及其抽采效果,为高瓦斯矿井实现边采边抽和解决矿井瓦斯隐患提出了很好的解决方式。     

柳林煤层气区块不同井型产能分析研究

对鄂尔多斯盆地柳林煤层气区块压裂直井与多分支水平井的生产状况进行了分析。多年的排采生产历史表明,该区块内大多数压裂直井的产量低于预期,特别是生产1~2 a后的产量,只有预期的30%左右;而投产的多口多分支水平井的产气量较高和稳定,与预期的结果相当。根据柳林区块的地质特征、生产历史和煤层气开采的数值模拟模型,对不同井产能进行了分析,并与现场生产数据进行对比,研究不同井型的产气机理、产能大小及其影响因素。研究结果表明,压裂裂缝的支撑效果差及裂缝的先期闭合是导致压裂直井后期生产效果差的主要原因,而该区块的综合地质特征更适合于采用多分支水平井技术。结合数模,分析了水平井的排采控制范围以及煤层厚度、储层系数、分支水平井结构参数等对煤层气产能的影响。     

基于层次分析法的瓦斯抽采系统可靠性综合评价

为了提高矿井瓦斯抽采效果,建立了瓦斯抽采系统安全可靠性评价体系,用层次分析法对指标权重进行了计算,并通过了指标一致性检验;应用层次分析综合评价法建立了其评价模型,对大水头矿瓦斯抽采系统进行了实例评价,根据综合评价结果,判断矿井瓦斯抽采系统是否满足安全生产的要求,提出其需要整改的薄弱环节,确保矿井安全生产。     

煤矿瓦斯抽采监测准确计量技术应用

针对瓦斯抽采监测系统存在的不同监测点准确计量难题,分析了瓦斯抽采管网监测准确计量影响因素,论述了基于超声相关法流量检测的钻孔汇流管测量仪在瓦斯抽采钻场钻孔监测的技术优势,以及基于横向漫反射的瓦斯浓度检测和基于循环自激式的流量检测的管道瓦斯监测设备在瓦斯抽采管网监测的技术优势;并通过现场性能对比测试,2种设备与校准设备的瓦斯体积分数、流量误差均小于5%,进一步验证用于瓦斯抽采监测准确计量的可行性。     

贵州煤矿地面抽采瓦斯方案分析

煤层瓦斯含量高,透气系数低,瓦斯严重威胁矿井的正常生产。根据贵州煤矿煤层瓦斯赋存特点,结合国内外地面抽采瓦斯技术,提出地面钻井抽采矿井采空区瓦斯,多分支井抽采矿井煤层瓦斯抽采方案,预计将取得良好的抽采效果。