高煤阶煤层气扩散-渗流机理及初期排采强度数值模拟

为了分析排采控制对气井产能的影响,以沁水盆地南部煤层气藏为例,应用分子动力学、岩石力学理论,分析了高阶煤层气扩散、渗流机理;应用Simed软件,分别采用不变渗透率、应力敏感以及考虑割理压缩率变化的S-D渗透率模型,进行了不同煤体结构高阶煤层气井初期排水强度数值研究。研究表明:解吸、扩散、天然裂缝渗流以及压裂裂缝导流等环节需协调作用,才有利于产气;随着排采的进行,扩散系数会逐渐增大,而压裂裂缝导流系数会因有效应力作用、煤粉堵塞等因素而降低;渗透率是影响研究区气井产能的关键因素,渗透率高的产气效果好;构造煤对于初期降液速率较敏感,对较高的导流系数不敏感;原生、碎裂煤对初期降液速率不敏感,但对导流系数较敏感;低渗煤层气井宜采用较低的初期降液速率;高渗煤层气井可以采用较高的初期排采强度持续排出水和煤粉。     

顶板走向高抽巷和内错尾巷联合布置解决综放面瓦斯问题

对阳泉矿区综放面瓦斯涌出规律进行了分析 ,介绍了顶板走向高抽巷和内错尾巷联合布置形式的特点及优越性     

高抽巷布置方式对采空区瓦斯抽采效果影响研究

针对镇城底矿1301采煤工作面回采过程中瓦斯涌出量较大、回风隅角瓦斯浓度时有超标的问题,对瓦斯高抽巷布置方式进行了详细分析,确定了倾向高抽巷的布置方式。通过对瓦斯高抽巷与工作面不同距离情况下瓦斯抽采效果以及回风隅角瓦斯浓度的对比分析,发现倾向高抽巷与工作面的距离为144m时,瓦斯抽采效果最好,可有效解决工作面瓦斯浓度超标问题。     

抽放巷道煤壁瓦斯渗流规律的研究

对抽放巷道煤壁瓦斯渗流规律进行了研究，运用达西定律(Darcy Law)、朗格缪尔方程(Laugmuir Equation)、理想气体状态方程以及气体流动的连续性方程，建立了煤层单向瓦斯渗流的动力学模型，通过对动力学模型的求解，推导出煤壁瓦斯渗流速度的计算公式。     

独头巷的瓦斯排放

根据现场实践和通风理论 ,阐述了独头巷瓦斯排放的几种方法     

深部煤层回采工作面高抽巷瓦斯抽采技术

为实现高瓦斯矿井的安全开采,针对深部煤层回采工作面瓦斯超限问题,确定高抽巷的合理布置层位,以保安矿为研究对象,通过高位钻孔现场试验,得到抽采层位大于50 m时,抽采浓度变化不大,且出现抽采浓度降低的现象,在抽采层位为20 m,抽采纯量最大。利用Fluent模拟,结合现场的地质条件,分析了高抽巷不同层位的瓦斯抽采浓度,确定了高抽巷位置为底板上方25 m的合理层位。通过现场实测分析得出,在该层位下,可以有效地降低采空区瓦斯浓度,保证安全生产的顺利进行。     

高抽巷抽放速率对采空区复合灾害防治的影响研究

为研究高瓦斯矿井采用高抽巷防止采空区复合灾害的发生,以山西大同塔山矿13190工作面工程地质条件为背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验等手段,对13190工作面的风量分布、瓦斯治理效果和氧化带宽度进行了风险分析。结果表明：随着抽放速率的提高,可有效保证通风稀释瓦斯的安全性,但同时漏风量的增加使得氧化带宽度增大。通过对采空区CH₄体积分数、漏风量和氧化带分布变化进行风险评估,确定合理的抽放速率为180 m³/min,并通过现场工业性试验进行了验证。研究成果可为类似条件工作面回采过程中高抽巷抽放速率的优化调整提供依据。     

采动区瓦斯地面井抽采影响范围及流量变化规律研究

为解决煤矿采动区地面井布置间距目前大多依靠工程经验获得而缺乏科学理论根据的问题,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立了计算采动区地面井抽采瓦斯纯流量和瓦斯压力分布的三维数值模型。以岳城煤矿相关物性参数计算出符合实际情况的煤岩渗透率、孔隙率及瓦斯质量源项,以此为基础进行数值模拟。模拟分析结果表明,在数值模拟中地面井瓦斯抽采影响半径为65 m,地面井抽采瓦斯纯流量变化规律呈“单峰拖长尾”形态特点。若要实现采动区瓦斯抽采全覆盖,则在实际工程应用中地面井的间距应取130 m以上。研究结果对优化采动区地面井布置具有指导意义。     

泄水巷集中疏放老空水技术研究

煤矿老采空区水害破坏性大,一旦发生,后果往往很严重,因此对采空区积水的探放工作至关重要。在探放过程中,可根据水压的变化、钻孔溢出风流或气味判断探放水情况。城郊煤矿针对22002工作面回采后形成的老空积水,设计了二水平西翼泄水巷进行集中疏放,使用ZDY4500LXY型煤矿用履带式液压钻机进行施工,对钻孔从下孔口管、加固孔口管、水量监测、效果评价方面进行详细要求,保证了煤矿的安全生产。     

渗水巷道掘进工作面冒顶机理及控制技术

为解决渗水巷道掘进工作面易发生冒顶事故的问题,基于化乐煤矿3号轨道石门发生渗水并且掘进后发生大面积冒顶的现象,采用岩石体力学试验、X射线检测和理论分析的方法研究此类巷道的冒顶机理。结果表明:围岩中含有易崩解膨胀的物质,巷道渗水出现岩石泥化的现象,导致围岩力学性能显著降低,不能有效支承顶板,针对该问题提出注浆控制技术、强力锚网索支护技术、喷浆技术,并采用浅孔注浆和深孔注浆工艺,使巷道顶底板和两帮移近量分别控制在122、106 mm以下,围岩稳定后锚索、锚杆锚固工作阻力分别达224、83~90 k N,有效控制巷道变形,保证围岩的稳定性。     

锚杆巷道沿空留巷研究

沿空留巷是解决采煤工作面接续紧张 ,提高回采率的重要途径 ,对锚杆巷道的沿空留巷进行了研究 ,应用了支架与围岩共同承载原理来选择支护方式与支护参数 ,应用现场实践 ,取得了试验的成功 ,为以后锚杆巷道沿空留巷提供了科学依据。     

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。     

井下煤层气抽采随钻注浆护壁浆液渗流模型

针对随钻注浆护壁浆液渗流过程进行了数学建模,首先建立关于注浆压力、渗透半径和渗透时间关系的偏微分方程,确定了初始条件和边界条件;然后采用隐式差分法得到浆液渗流的有限差分方程;最后判断了方程近似解的收敛性和稳定性,并进行了模拟计算。研究结果表明,浆液压力P0>1.0 MPa时,浆液扩散效果较好,能够达到护壁作用,但P0>1.0 MPa后浆液扩散效果相差不大,这也说明决定浆液渗透效果的关键因素是煤层的渗透率。     

"沿空留巷"在采煤工作面下巷的应用

沿空留巷是解决采煤工作面接续紧张,提高回采率及取得高产高效的重要途径,对锚杆巷道的沿空留巷进行了研究,应用了支架与围岩共同承载原理来选择支护参数,应用现场实践,取得了试验的成功,为以后锚杆巷道沿空留巷提供了科学依据。     

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。     

抽放巷道煤壁瓦斯渗流规律的研究

对抽放巷道煤壁瓦斯渗流规律进行了研究 ,运用达西定律 (DarcyLaw)、朗格缪尔方程 (LangmuirEquation)、理想气体状态方程以及气体流动的连续性方程 ,建立了煤层瓦斯单向渗流的动力学模型 ,通过对动力学模型的求解 ,推导出煤壁瓦斯渗流速度的表达式。     

纳米陶瓷电絮凝技术处理煤层气排水的实验研究

煤层气是一种重要的能源资源,但在开采过程中会产生大量的煤层气排水。为了有效处理煤层气排水中的大量有机物和无机盐等污染物,解决煤层气排水难以有效处理的问题,本研究提出了纳米陶瓷电絮凝技术深度处理煤层气排水的方法。试验结果表明:当电解时间60min,极板间距12mm,电流密度9mA/cm~2,极板对数2对和抽吸泵出口压力为0.08MPa时,该工艺处理后的COD、SS、全盐量、Fe和石油类等污染物指标均可满足《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅴ类水体标准。     

九里山矿16071工作面底抽巷层位选择研究

基于九里山矿16071工作面采矿地质条件,通过现场观测得到了九里山矿底抽巷失稳变形破坏过程:喷体开裂、帮部错动外鼓、顶板下沉甚至冒落、整体收敛变形失修;并通过数值模拟方法从垂直方向、水平方向综合分析得到该工作面底抽巷的最佳层位选择:底抽巷距煤层底板的垂向距离为11 m;水平方向上内错工作面巷道5 m。     

不同层位参数下高抽巷瓦斯抽采效果研究

随着工作面推进速度的加快及工作面生产能力的逐渐提高,导致工作面瓦斯涌出量增大,瓦斯是煤矿生产的主要危险源。从理论分析、数值模拟和现场实际相结合的方法,对工作面瓦斯涌出、竖直三带划分特征进行分析,然后数值模拟分析了不同层位参数下高抽巷瓦斯抽采效果。研究得出:该煤矿瓦斯主要包括煤壁瓦斯涌出、采空区瓦斯涌出和采落煤瓦斯涌出;经过多次周期来压后,在采空区形成了采动裂隙“O”形圈;由硬覆岩岩性的经验公式计算煤矿裂隙带最大高度为75~85 m、垮落带距煤层顶板最大高度为30~40 m;选择H=40 m,L=25 m时,能够达到最优抽采效果。对高抽巷合理层位的选择以及优化,是确保高抽巷高效、安全抽采的有效途径。     

煤巷掘进时巷帮垂直应力分布研究

目前,岩石力学理论已求出了均质、各向同性的岩石中圆形、椭圆形或矩形(带圆角)巷道周围内应力场的分布.实际生产过程中回采巷道通常是沿煤层顶板掘进的,即:在两层强度较高的岩层之间(顶板与底板)夹一层松软岩层(煤),这样在煤层中掘进巷道(通常是矩形巷道)将引起不同于上述均质岩层的应力场,为此,以岩石力学和弹性力学为指导,利用弹性基础梁理论导出了巷道一侧煤帮的垂直应力分布状态.