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。     

上保护层开采下伏煤岩力学特性及瓦斯抽采效果

基于岩石破裂损伤理论和有限元计算方法,模拟保护层开采过程,下伏煤岩应力及变形特征,得出了下伏煤岩应力随保护层开采变化规律及被保护层煤层变形呈现压缩、膨胀、膨胀减小到稳定的变化规律,并在现场进行了工业性试验,考察了保护层开采过程,被保护层变形及煤层透气性变化,理论分析与现场测定基本吻合,依据研究结论,优化了被保护层卸压瓦斯抽采设计,通过被保护煤层卸压瓦斯抽采,残余瓦斯含量降到了2.33 m3/t,残余瓦斯压力降为0.35 MPa,均低于煤层突出临界值;被保护范围内煤层瓦斯抽采率达到44.8%;被保护层的瓦斯含量得到有效降低,消除了突出危险性,确保了被保护层的安全开采。     

远距离下保护层的保护效果考察与分析

潘一东矿使用层间距较远的11-2煤层作为13-1煤层的下保护层进行区域防突,为确保保护效果达标需要对其进行深入考察。本文从区域边界瓦斯压力、煤层膨胀变形量、透气性系数等方面考察保护效果,确定其保护范围。同时分析了开采保护层对被保护层进行卸压瓦斯预抽对保护边界范围的影响。结果表明,开采保护层使保护区域内瓦斯压力下降明显,结合卸压抽采可以使被保护煤层的卸压范围得到扩大,卸压区内煤体最大膨胀率为19.13%,煤层透气性系数可增大到原来的277.6倍。     

远距离下保护层开采保护效果研究

采用FLAC3D数值模拟软件对平煤十矿远距离下保护层开采进行模拟,分析了覆岩的卸压情况,下沉量以及被保护层的膨胀率变化特征。模拟结果表明:被保护层处于弯曲下沉带内,煤层膨胀率达到7‰左右,在下保护层的采动影响下,被保护层卸压效果明显,透气性增强;分析得到的覆岩三带分布规律,为卸压瓦斯抽采方法的制定提供了数据支撑。     

深井远距离上保护层开采卸压效果研究

基于保护层开采条件下煤层膨胀变形特征,运用FLAC3D5.0对朱集西矿远距离上保护层开采采条件下,被保护层的应力变化及膨胀变形量进行了分析;同时对被保护层瓦斯抽采流量进行了现场考察。结果表明,保护层开采过后被保护层最大膨胀率达2.2‰,保护层工作面推进40~80 m范围内,被保护层单孔瓦斯抽采流量由0.05 m~3/min增加至0.35 m~3/min,煤层透气性显著增加,对被保护层煤层有一定卸压影响,在卸压影响区内结合钻孔卸压瓦斯能够减低或消除被保护层的突出危险性。     

突出煤层保护层开采效果考察

通过对1791(3)工作面煤层变形规律、瓦斯抽采量、煤层残余瓦斯压力与含量3个方面对保护效果进行考察,分析表明:被保护层C_(13-1)在下保护层开采后,受到采动作用的影响而发生一定程度的变形,经过充分卸压,煤层最大膨胀变形可达185 mm,变形率23.17%;考察区域内瓦斯抽采总量7 105 234 m~3,抽采率达到81.4%;考察区域的被保护层最大残余瓦斯压力0.18 MPa,最大残余瓦斯含量1.943 2 m~3/t。综合评价说明,B_(11-2)煤层开采对C_(13-1)煤层起到了区域消突的保护作用。     

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。     

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。     

极薄保护层开采的保护效果研究

为考察极薄保护层开采后对被保护层的保护效果,以平煤十二矿己15突出煤层为研究对象,拟将其上部9~12 m厚度0.3~1.1 m的己14极薄煤层作为保护层开采,以达到己15被保护层区域消突的目的。通过对被保护层区域防突效果检验指标的现场测试、被保护层工作面瓦斯抽采效果及其开采过程中瓦斯涌出规律分析3种方法,综合评价了保护层开采对被保护层的保护效果。被保护层瓦斯抽采效果表明,保护层工作面开采过程中,被保护区域最大日瓦斯抽采量增加17.61倍,月瓦斯抽采量增加了11.48倍,风排瓦斯量增加了2.74倍;区域防突效果检验效果表明,瓦斯残存量在1.91~7.37 m~3/t范围内;瓦斯涌出规律表明:被保护层充分卸压之后,己15开采过程中,测得瓦斯涌出量降为6.5 m~3/min。综合评价说明,己14煤层31010工作面开采对己15-31010被保护层工作面起到了区域消突的保护作用。     

千米级深井上保护层开采下伏煤层卸压效果研究

为深入研究千米级深井上保护层开采下伏煤层卸压效果,以埋深超千米的平煤十二矿己_(14)-31070工作面为依托,利用YHW19矿用本安型顶底板位移监测仪对其下伏己15煤层的膨胀变形量进行现场监测。结果表明,随着己_(14)保护层工作面推进,下伏己_(15)煤层膨胀变形量经历了初期平缓增长,中期迅速增长,后期趋于稳定3个阶段,且距采面15～45 m区域为保护层开采卸压主要影响区域,该区域内被保护煤层膨胀变形量受开采速度变化影响显著;己_(15)煤层最大膨胀变形平均值为22.4 mm,最大膨胀变形量平均值为6.82‰,被保护层煤层卸压充分;数据点拟合发现,煤层膨胀变形量、单孔瓦斯浓度与瓦斯抽放总量在整个监测周期内均较好符合一元三次多项式的增长趋势,整个回采过程卸压特征明显,卸压效果显著。     

平煤十二矿岩层下保护层开采技术及工程实践

针对深部高突矿井存在高地应力、高瓦斯、低透气性、高地温、高岩溶水压以及高强扰动等致灾因素,以致瓦斯突出事故频繁发生的问题。在不具备常规保护层（煤层厚度≥0.8 m）开采的工程背景下,及实现上部被保护煤层增透卸压的难题,提出岩层下保护层工作面开采技术的解决思路。基于十二矿三采区主采煤层工程地条件,分析了岩层下保护层工作面采高与合理宽度的确定方法。结合矿井现有开采设备水平与技术经济因素,确定岩层下保护层开采厚度1.8 m,工作面宽度158 m;基于31040岩层下保护层工作面煤岩层揭露情况,优选出了岩层工作面破岩的关键开采设备,并设计了工作面三花眼辅助预裂爆破配合采煤机截割的破岩方式;根据己_16-17煤层瓦斯地质条件,设计了岩层下保护层瓦斯卸压效果监测方法。     

远距离下保护层采动对上覆煤层 影响效果研究

平煤股份十矿主采的丁、戊、己3组煤均为突出煤层,丁、戊组煤层间距80~110 m,根据地质赋存条件和瓦斯治理经验,十矿提出将戊组煤层作为丁组煤层的下保护层进行开采的瓦斯治理方案。以戊_8,9-20230和丁_5,6-21180工作面为例,通过考察煤层瓦斯及巷道变形量,对煤层保护影响效果进行分析研究,为十矿瓦斯治理技术路线提供理论依据和实际支撑。     

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。     

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。     

远距离下保护层开采对上覆煤岩层卸压效果的影响

为探究晋城矿区下保护层开采对上覆岩层卸压效果,综合运用数值模拟和现场实测等手段,并以该矿区开采9号煤层作为3号煤层下保护层为工程背景开展研究。采用数值模拟手段研究下保护层开采上覆煤岩体卸压效果及被保护层煤体膨胀变形规律,并确定有效保护范围。研究结果表明:保护层回采后,上覆煤岩体出现分区卸压效应,卸压效果随与工作面垂直距离增加而降低;被保护层倾向卸压角为63°,走向卸压角为60°;采空区中部被保护层膨胀变形率保持在4‰左右,为稳定卸压区域。现场工业试验后,通过钻孔电视发现被保护层煤体受采动影响产生离层裂隙。煤层瓦斯参数测定发现,被保护层煤体瓦斯含量、瓦斯压力分别降低至开采前50%和60%,表明开采9号煤层作为保护层对上覆3号煤层卸压消突效果显著。     

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。     

软岩保护层开采底抽巷穿层卸压抽采瓦斯技术研究

为了解决目前平煤十三矿瓦斯抽采效果不佳的难题,结合煤矿的现场实际条件,提出了软岩保护层开采底抽巷穿层卸压抽采瓦斯技术,选择13100软岩保护层工作面作为首采面,然后在保护层工作面实施底抽巷穿层钻孔,并对底抽巷卸压区、未卸压区的单孔瓦斯浓度、瓦斯纯量进行测量。研究结果表明:通过连续2个月的观测,13100软岩保护层工作面底抽巷卸压区单孔平均瓦斯浓度在40%以上,较未卸压区至少提高了160%,同时单孔抽采纯量是未卸压区抽采纯量的32倍。