定向长钻孔水力压裂增渗技术预抽煤巷条带瓦斯的应用研究

为提高低渗、高瓦斯突出煤层煤巷条带瓦斯抽采效率,实现低渗、突出煤层煤巷条带瓦斯的快速有效治理,在2130煤矿4号煤层24223运输巷开展了井下定向长钻孔水力压裂增渗技术试验研究。试验结果表明,试验区内4号煤层水力压裂影响半径为30 m,煤层透气性提高了4.59倍,缩短了瓦斯抽采时间,提高了瓦斯抽采效果。     

松软煤层煤巷掘进条带瓦斯治理技术研究

为提高煤巷掘进条带瓦斯治理效果,通过在新疆艾维尔沟矿区2130煤矿4号煤层24223运输巷开展基于定向长钻孔治理煤巷条带瓦斯的水力压裂试验,考察瓦斯治理效果。试验结果表明：相比于传统瓦斯治理手段,定向长钻孔高压水力压裂技术平均抽采瓦斯浓度和平均抽采瓦斯纯流量分别提升了2.4倍和4.0倍,抽采达标经济成本和时间成本分别降低了80%和67%,可以有效提高煤巷条带瓦斯治理效果,降低瓦斯治理成本。     

特厚煤层综采面瓦斯涌出规律及优化治理技术研究

针对魏家地煤矿1号特厚瓦斯突出煤层在回采过程中瓦斯涌出易造成工作面上隅角瓦斯超限问题，开展了工作面瓦斯运移涌出、储集规律及定向钻孔瓦斯综合治理技术研究。通过分析定向长钻孔施工过程中存在的问题，对定向钻孔施工工艺和封孔工艺进行优化，实现了定向钻孔的快速、安全钻进。通过分析卸压瓦斯涌出及运移规律，得出1号煤层开采后，2号煤层处于底板裂缝带范围，卸压瓦斯大量上涌，采空区顶板上方40～65 m范围内发育大量离层裂隙，为卸压瓦斯的富集提供了储存空间；下覆2号煤层的部分瓦斯在扩散和升浮的作用下向上扩散，最后聚集在1号煤层上方的离层裂隙中，形成瓦斯富集区域。针对分析结果，在应用技术优化前提下开展了现场试验研究，结果表明：采用优化后的顶底板定向钻孔技术后，工作面瓦斯涌出量由原来的32 m³/min降至15 m³/min,瓦斯浓度由0.75%开始降低并稳定在0.23%,有效保障了工作面的安全高效生产。     

煤矿回采工作面瓦斯治理技术分析

以某回采工作面为例详细介绍了高瓦斯煤层的治理技术方案。对矿井和工作面的基本情况进行了介绍,计算获得工作面的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量分别为25.58 m³/min和9.21 m³/t。结合矿井实际情况,同时利用高位钻场钻孔瓦斯抽采技术、顶板岩层定向长钻孔瓦斯抽采技术和地面钻孔瓦斯抽采技术对工作面的瓦斯进行治理,对不同技术方案的钻孔参数进行了详细介绍。上述3种瓦斯抽采方案在整个回采期间抽采获得的瓦斯总量分别为130.01万m³、56.36万m³和227.9万m³。对容易聚集瓦斯的上隅角和回风巷部位的瓦斯浓度进行持续监测,发现2个部位的瓦斯浓度平均值分别为0.21%和0.19%,远低于安全基本要求,说明所述工作面瓦斯治理技术效果良好。     

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。     

顶板定向长钻孔“以孔代巷”抽采瓦斯技术研究

为探究行之有效的“以孔代巷”瓦斯抽采技术,解决端氏煤矿高抽巷工程量大、经济成本高等问题,提出顶板定向长钻孔替代高抽巷治理采空区瓦斯模式。采用FLAC^3D数值模拟确定3号煤层顶板以上15～45 m为最佳抽采层位,并基于定向钻进轨迹控制技术,在端氏煤矿3019工作面进行成孔试验。结果表明：钻进轨迹能够按照预设参数实施,成孔直径达153 mm,一次成孔深度420 m以上,钻孔进入稳定抽采阶段的平均抽采瓦斯浓度达18%、平均抽采瓦斯纯流量达8.7 m³/min,钻孔抽采条件下工作面瓦斯抽采率达36.7%,工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.50%以下,解决了瓦斯超限问题。与高抽巷抽采技术相比,顶板定向长钻孔成本降低62.5%、施工工期缩短50%,验证了“以孔代巷”的合理性和可行性。     

顶板定向分支钻孔预抽煤巷条带瓦斯工程实践

针对下峪口煤矿23202切眼掘进工作面无保护层开采条件、普通顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯不符合《防治煤与瓦斯突出细则》要求,提出了顶板定向分支钻孔预抽煤巷条带瓦斯区域防突措施,通过对钻孔施工情况及瓦斯抽采效果分析,顶板定向分支钻孔实现了对预抽区域煤层的全覆盖,抽采63 d后区域防突措施效果检验,煤层残余瓦斯含量降到8 m3/t以下,实现了巷道的安全掘进。     

近距离特厚夹矸煤层多向消突技术研究

为解决底抽巷条带瓦斯抽采消突技术存在的工程造价高、施工周期长和消突效率低等问题，以山西上良煤矿3^-2、3^-3近距离特厚夹矸煤层为工程背景，提出利用矸石层开掘钻场，施工顺层定向长钻孔多向预抽煤层条带瓦斯实现区域消突。通过建立煤层条带瓦斯多向渗流模型，引入最不利抽采理论，对煤层瓦斯压力变化进行无差别数值模拟，同时结合现场数据，对两种技术的消突效果进行双向对比分析。结果表明：顺层定向长钻孔多向消突方式下，煤层瓦斯由于顶底板限制作用，在水平方向运移倾向性更强，瓦斯压力降低等值线呈椭圆形分布；底抽巷方式下，瓦斯压力降低等值线呈环形分布。提出的顺层定向长钻孔多向消突技术使3^-2煤层、3^-3煤层瓦斯压力分别在抽采70 d和110 d后达到消突要求，消突效率较底抽巷抽采消突方式提升55%～143%,日抽采瓦斯纯流量、浓度分别提升35%和14%,同时施工成本节约65%,工期缩短56%,可以为近距离特厚夹矸煤层的瓦斯高效治理提供参考。     

定向长钻孔瓦斯抽采技术在煤巷条带预抽中的应用

为了解决以往条带瓦斯预抽钻孔工程量大、抽采浓度低、抽采时间长的问题,采用定向长钻孔瓦斯抽采技术预抽榆树田煤矿的条带瓦斯,施工了4个定向长钻孔,分析了其在煤巷条带瓦斯预抽中的抽采效果。研究表明：定向长钻孔在榆树田煤矿煤层中单孔长度可达723m,煤层孔段比例高达96%以上|日瓦斯抽采浓度最大为738%,日最大抽采纯量达23017m/d|定向长钻孔瓦斯抽采技术煤层孔段比例高、抽采速度快,能够实现定向条带的区域消突。     

高瓦斯低透气性突出煤层瓦斯治理技术实践

针对土城煤矿1338工作面瓦斯难抽采、涌出量大、采空区及上隅角瓦斯浓度高的问题,在3号煤层采用本煤层预抽、高位抽采、采空区埋管抽采、工作面边采边抽等相结合的综合瓦斯抽采方法。通过采用本煤层瓦斯预抽,抽采量较常规的抽采方式提高了0.52~1.35倍,高位钻孔抽采瓦斯后邻近煤层的瓦斯相对涌出量由14.73~20.32 m³/t降为8.46~ 9.83 m³/t,采空区埋管抽采确保采空区的瓦斯浓度降到5%以下,符合《煤矿安全规程》对瓦斯浓度的相关规定,工作面边抽边采保证了工作面回采期间回风巷瓦斯浓度在1%以下。     

高抽巷合理层位研究及分期配抽采空区瓦斯技术

针对郭庄煤矿采空区和邻近层瓦斯大量涌入回采工作面造成的上隅角超限频繁的问题,利用顶板裂隙移动规律及岩石物理力学参数,确定了高抽巷的最佳布置层位,经在3316回采工作面试验表明:第2阶段高抽巷小幅度开启抽采瓦斯最大浓度9.4%,瓦斯纯量4.65 m³/min,上隅角瓦斯浓度能控制在0.5%以内;第3阶段高抽巷全面开启抽采瓦斯浓度稳定在3%～4%,高抽巷混合流量225.21 m³/min,纯流量8.11 m³/min,上隅角瓦斯浓度能控制在0.4%以内。高抽巷分段配抽有效保障了工作面回采安全。     

黄岩汇煤矿综采工作面上隅角瓦斯治理技术研究

黄岩汇煤矿煤层透气性系数差,原始瓦斯含量低,在回采期间工作面绝对瓦斯涌出量较大,上隅角瓦斯浓度容易超限。现场跟踪考察分析了15108综采工作面上隅角瓦斯来源,找到了采放煤和采空区瓦斯涌出的主要原因,并提出了以高抽巷和顶板低位斜向钻孔相结合的卸压瓦斯治理模式,对卸压瓦斯抽采效果进行评价。研究表明:高抽巷平均抽采纯量69.5 m^3/min,最大90.0 m^3/min,可达全部抽采量的92%;低位钻孔抽采措施起到较好的辅助作用,最大抽采纯量为12.4 m^3/min,平均为5.8 m^3/min。回采期间上隅角瓦斯浓度维持在0.08%~0.40%。     

老厂矿区高位定向长钻孔“以孔代巷”瓦斯抽采技术研究

云南老厂矿区无烟煤瓦斯含量高、衰减性强、透气性系数低、瓦斯难于抽采,采用常规顺层钻孔和普通顶板高位钻孔方式难以解决上隅角瓦斯和回风流瓦斯超限问题,而采用顶板高抽巷方式面临工程量大、经济成本高、工期长等问题。通过使用定向大直径钻机施工高位定向长钻孔替代顶板高抽巷的方法,利用FLAC^3D数值差分软件分析煤层顶板断裂带高度。结果表明：老厂矿区8^#煤层垂向18~35 m区域为最佳抽采层位,使用高位定向长钻孔对8^#煤层顶板裂隙抽采后平均抽采瓦斯浓度(甲烷体积分数,下同)可达16%左右,平均抽采瓦斯纯流量为9.05 m³/min,工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.60%以下,回风流瓦斯浓度控制在0.40%以下,与采用高抽巷方法的瓦斯抽采效果相当,验证了高位定向长钻孔“以孔代巷”技术的合理性和可行性,可为云南老厂矿区无烟煤瓦斯抽采提供参考。     

复杂地层大直径高位定向钻孔代替高抽巷瓦斯抽采可行性及效果分析

针对高抽巷瓦斯抽采存在施工成本高、周期长、劳动强度大等问题,开展在复杂地层中采用定向钻机施工大直径高位定向钻孔代替高抽巷的技术研究,并形成 “定向先导孔+正向分级扩孔”成孔工艺,确保特殊地质条件下大孔径钻孔的成孔率。赵庄煤业在3307和1309工作面施工大直径高位定向钻孔,最大孔深突破600 m,最大孔径203 mm。1309工作面大直径高位定向钻孔单孔最高日抽采量突破3.3万m³,单个钻场最高日抽采量突破5万m³,与高抽巷瓦斯治理能力相当,证明了复杂地层条件下定向钻机施工大直径高位定向钻孔代替高抽巷抽采瓦斯的可行性。结合“竖三带”和椭抛带理论,对大直径高位定向钻孔最佳布孔范围进行了分析和确定。     

SF6示踪气体在近距离煤层群工作面漏风检测中的应用

近距离煤层群是指在开采本煤层时对邻近煤层有明显采动影响的煤层群。以许疃煤矿7₂28回采工作面为例,上覆存在7₁煤层采空区,在煤层采动影响下形成多种漏风通道,漏风形式复杂,严重影响矿井的安全生产。利用SF6示踪气体连续定量释放法对7₂28工作面及回风巷漏风量规律进行定量研究,在0~150 m（距下隅角距离）范围内工作面主要向采空区漏风,在150 m后采空区向工作面漏风,整体漏风量为93 m³/min,漏风率为4.7%。回风巷在煤层间距薄弱处,存在明显向上覆采空区漏风现象,漏风量为37 m³/min,漏风率为1.9%。通过测试掌握了工作面及巷道漏风规律,针对性地提出预防措施,为该工作面的安全生产提供了保障。     

煤巷快速掘进气相压裂增透技术研究及应用

针对夏店煤矿煤巷掘进工作面瓦斯涌出量高、掘进速度慢、采掘接替紧张等问题,将气相压裂增透技术引入到掘进工作面瓦斯抽采实践中,阐明了低渗煤层气相压裂增透机理,研究分析了低渗煤层气相压裂增透装备系统和气相压裂增透工艺,并在夏店煤矿掘进工作面进行了工程应用。结果表明:气相压裂增透技术具有降低巷道瓦斯涌出浓度、促进巷道瓦斯均衡涌出、提升巷帮钻场瓦斯抽采效果和加快巷道掘进速度等多重作用;实施气相压裂措施后,抽采钻孔的瓦斯浓度、混合流量和抽采纯量得到有效提高,抽采时间内瓦斯抽采纯量是未进行气相压裂的5.12倍;掘进面前方煤体的瓦斯含量及钻屑瓦斯解吸指标K₁有明显下降,其中瓦斯含量下降2 m³/t,K₁值下降0.12 mL/（g·min^0.5）左右;巷道掘进平均单日进尺从4.0 m提升至5.5 m,掘进速度提升显著,极大地缓解了工作面接替紧张问题,保障了工作面的安全高效开采。     

梳状长钻孔预抽煤层瓦斯技术在青龙煤矿的应用研究

针对贵州毕节地区近距离煤层群开采定向钻孔瓦斯灾害综合治理体系的建设,特在贵州青龙煤矿16号煤层二采区一块段开展定向长钻孔预抽煤层瓦斯试验研究,分析定向长钻孔分支孔开孔数目、分支孔见煤段进尺对定向长钻孔瓦斯抽采效果的影响。试验结果表明:底板梳状定向长钻孔预抽煤层瓦斯效果显著,累计抽采385 d,共抽采瓦斯纯量3 006 163 m³,抽采浓度为60%～90%。同时,抽采效果受分支孔开孔数目及单个分支孔见煤段进尺共同影响,定向长钻孔单个分支孔见煤段进尺控制在60～80 m,抽采效果最佳,在此基础上,分支孔开孔数目越多越好。