厚煤层覆岩裂隙分布模拟分析及采空区瓦斯抽采技术

厚煤层开采时受到开采强度大、采空区遗煤量多等因素影响,回采空间内瓦斯浓度较高。30503综放工作面回采采空区瓦斯涌出量较大,仅依靠采空区埋管、风排瓦斯等方式难以降低采面瓦斯浓度,为此采用理论分析、数值模拟等方法对采动覆岩裂隙分布特征进行分析并提出采用低-中-高位钻孔对采空区覆岩瓦斯进行抽采。依据采面情况对抽采钻孔布置进行设计,现场应用后,抽采瓦斯抽采浓度保持在25%左右、抽采纯量稳定在9.5 m~3/min,同时回风巷以及回风上隅角瓦斯浓度分别控制在0.5%、0.6%以内,可满足采面安全生产需要。     

高瓦斯综放开采覆岩导气裂隙带高度演化规律研究

为探究高瓦斯厚煤层综放开采覆岩裂隙带高度演化规 律,以主焦煤矿2303综放工作面为研究背景,通过正交试验 研究了采厚、硬岩比例系数、煤层倾角、采深等因素对综放面 导气裂隙带发育高度的影响特征,总结了各因素与导气裂隙 带高度之间的关联性。通过 UDEC 软件模拟了综放面“两 带”覆岩运移特征,模拟结果为:工作面充分采动时垮落带高 度为21.7m,裂隙带高度为45.0m,台阶下沉现象明显。采 用钻孔窥视仪对2303工作面“两带”进行探测,对比采动前 后的覆岩裂隙情况可得:垮落带高度为20.7m,裂隙带高度 为44.3m,与数值模拟结果一致。     

综放面顶板覆岩走向长钻孔卸压抽放瓦斯研究

通过理论分析和现场实际考察分析了煤炭开采顶板覆岩垮落变形动态变化规律，分析了覆岩关键层的层位及岩体特性对煤层回来后顶板岩层的垮落区、裂隙区的扩展影响特征；结合现场工程实际，提出了针对低渗透性煤层提高煤层瓦斯抽放率的一种新的顶板覆岩卸压抽放技术，分析影响瓦斯抽放量的因素，给出了顶板卸压钻孔的合理布置区域。     

裂隙带瓦斯抽放技术应用研究

潞安某煤矿3#煤层为低透气煤层,且井下情况复杂,裂隙带瓦斯抽放钻孔须根据实际抽放情况进行参数调整和优化。通过对3#煤层的瓦斯渗透率进行KSE气体示踪监测实验及利用采动裂隙"O"形圈特征对钻孔终孔位置进行分析,得出:抽放钻孔开孔位置距离工作面10~29 m、终孔距离轨顺左帮27.5~30 m、距顶板20~26 m时,钻孔处于岩层相对稳定的层位中,且抽放效果较好。     

厚煤层采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对崔家沟煤矿2303综放工作面瓦斯涌出量高易造成瓦斯超限的安全难题,应用采动裂隙椭抛带理论,在分析特厚煤层综放开采覆岩破坏特征的基础上,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟试验研究了采空区覆岩"三带"演化规律,建立了采动裂隙椭抛带数学模型,确定出了覆岩裂隙瓦斯抽采有利区,提出了低-中-高位钻孔相组合的瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:2303综放工作面垮落带高度为33 m,断裂带高度为110 m,距离煤层底板35 m以上55 m以下与外椭抛面交集的范围为瓦斯抽采的有利区域;通过低-中-高位钻孔抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度小于0.6%,回风巷瓦斯浓度小于0.5%,有力保障了工作面的安全高效回采。     

回采面顶板覆岩卸压抽放瓦斯机理及合理参数研究

通过理论分析和现场试验分析了煤炭开采顶板覆岩冒落变形动态变化规律,分析了覆岩关键层的层位及岩体特性对煤层回采后顶板岩层的冒落区、裂隙区的扩展影响特征;结合现场工程实际,提出了顶板覆岩卸压抽放技术,分析了影响瓦斯抽放量的因素,给出了顶板卸压钻孔的合理布置参数,为高瓦斯煤田瓦斯抽放提供了一条新途径。     

采空区瓦斯抽放钻孔布置的研究

通过相似模型试验和图像分析研究，揭示了上覆岩层采动裂隙分布的“Ｏ”形圈特征，应用此特征提出了大面积抽放采空区瓦斯的钻孔布置方案。     

覆岩采动裂隙分布的“O”形圈特征研究

应用模型实验、图像分析、离散元模拟等方法，对上覆岩层采动裂隙分布特征进行了研究，揭示了长壁工作面覆岩采动裂隙的两阶段发展规律与“Ｏ”形圈分布特征，并将其用于指导卸压瓦斯抽放钻孔布置，在淮北矿区卸压瓦斯抽放中得到应用，取得了显效果。     

高瓦斯倾斜煤层综放工作面抽采瓦斯技术

为解决工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题,针对硫磺沟煤矿(4-5)04工作面实际情况,采用物理相似模拟方法,对工作面采动覆岩"三带"分布特征及规律开展研究,结合工作面实际情况设计高位钻孔抽采上隅角瓦斯,并对抽采瓦斯效果开展实时观测与分析。研究结果表明:(4-5)04工作面上隅角处的垮落角为71°左右且顶板裂隙较为发育;该工作面垮落带高度为25~26.8 m,断裂带高度为109.2~110 m,初次来压步距为36 m,周期来压步距平均为16.6 m,切眼附近裂隙区宽度约为40 m,回风巷及进风巷附近约30 m,工作面附近约20~40 m;高位钻孔抽采浓度为19.85%~23%,抽采过程中上隅角及工作面的瓦斯浓度分别为0.15%~0.48%及0.08%~0.45%,避免了回采期间上隅角瓦斯超限,保证工作面安全高效回采。     

厚煤层采场覆岩裂隙发育规律及高位钻孔参数优化研究

为了改善某矿现有高位钻孔瓦斯流量大、浓度小的情况,采用关键层理论和数值模拟相结合的方法,对该矿3207工作面覆岩"竖三带"进行了研究。研究表明:上覆岩层冒落带最高达15 m,裂隙带通过主关键层在整个基岩层发育,高位钻孔合理位置应在第二亚关键层之上。     

Gas drainage technology of high gas and thick coal seam

Gas drainage in Jincheng Mining Group Co., Ltd. was introduced briefly and the importance of gas drainage in gas control was analyzed. Combined with coal-bed gas occurrence and gas emission, the double system of gas drainage was optimized and a progressive gas drainage model was experimented on. For guaranteed drainage, excavation and mining and realization of safety production and reasonable exploitation of gas in coal seams, many drainage methods were adopted to solve the gas problem of the working face.     

厚煤层采动覆岩变形特征及瓦斯运移规律分析

矿井瓦斯是在煤的变质和煤的生成过程中伴生的一种气体,是影响矿井安全开采的主要因素。采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对厚煤层采动覆岩变形特征及瓦斯运移规律进行了研究,分析了厚煤层采动覆岩变形特征、瓦斯在裂隙带中的扩散计算方程以及不同高度时和不同走向区域时瓦斯压力和流场分布规律。研究得出:切眼裂隙区的瓦斯浓度高于压实区的瓦斯浓度,在空间上瓦斯浓度呈“回型”分布;瓦斯在边界离层裂隙带进行集聚,在竖直方向上瓦斯浓度呈“马鞍型”分布。研究为钻孔合理层位的选择提供了理论支持,确保了矿井的安全生产。     

低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术及应用

低煤阶煤层气资源受到了越来越多的关注,有望成为新的研究热点和煤层气勘探开发新领域。基于神东煤炭集团保德煤矿主采的8号煤层属典型的结构复杂低阶厚煤层的特点,开展了低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术的研究。通过对矿井原有封孔工艺的改进,应用煤矿井下钻孔抽采瓦斯效果预测平台,优化8号煤层回采工作面瓦斯预抽钻孔的布孔工艺,进一步应用井下双向立体交错钻孔联合抽采瓦斯工艺实施回采前的工作面瓦斯治理,使之形成立体分层抽采瓦斯的格局。工程应用结果表明,应用低阶厚煤层立体抽采瓦斯技术可有效降低煤层瓦斯含量,使工作面实现回采前的瓦斯抽采达标。试验期间,累计抽采瓦斯量1 651.93万m³,瓦斯的预抽率达58.96%。     

高瓦斯低透气性单一厚煤层综放开采顶煤瓦斯治理技术研究

为解决高瓦斯特厚单一煤层在综放开采条件下顶板大面积来压时造成回采空间大面积瓦斯超限难题,运用岩石力学、流体力学、渗流力学等理论为支撑,采用Fluent数值模拟技术重点对回采空间上的顶煤内的卸压解吸瓦斯运移及浓度分布规律进行探讨研究,得出综放工作面充分卸压的顶煤与采空区浅部直接顶所围成的冒落未压实区域存在瓦斯积聚现象且浓度较高。针对顶煤瓦斯这一积聚规律,通过采用高位煤层钻孔抽采顶煤瓦斯技术,有效解决了采空区瓦斯突然涌出造成的瓦斯超限问题。     

上覆煤层开采围岩变形规律研究

为了研究上覆煤层开采围岩变形规律,确保下伏煤层的安全开采,采用FLAC^3D数值模拟软件,研究了上覆煤层开采过程中煤岩体的垂直应力变化情况、煤层顶板垂直应力与工作面推进距离关系以及上覆煤层开采围岩变形特征。研究得出,随着上覆煤层的不断推进,工作面下伏煤层支撑应力呈“M”型分布;随着工作面的不断推进,下伏煤层应力形成应力恢复区、膨胀变形区和压缩区3个区。     

厚煤层综放工作面上隅角瓦斯抽放方法研究

针对低瓦斯厚煤层U型通风综放工作面上隅角瓦斯局部集聚问题,以新疆某矿为例,通过现场实测钻孔的流量、浓度参数,对本煤层瓦斯预抽、挂耳钻场高位钻孔抽放、顶板钻场高位钻孔抽放进行综合治理效果分析。矿井最终选用顶板高位钻场方法进行上隅角瓦斯抽放治理,抽放后上隅角最高瓦斯浓度从1.50%降至0.85%,上隅角瓦斯得到了有效的控制。     

深部煤层瓦斯抽采钻孔变形失稳区域研究

深部开采煤层具备“三高一低”特性,抽采钻孔在深部煤层施工时及抽采过程中极易发生喷孔、塌孔等现象。采用数值模拟分析了不同部位抽采钻孔的变形失稳情况,确定了易发生变形失稳区域;根据弹塑性软化理论模型,研究了巷道围岩裂隙区和塑性区半径的变化规律,确定了钻孔位于巷道围岩内9.28 m左右区域容易发生失稳坍塌;现场实际钻孔变形失稳影响因素众多,钻孔失稳坍塌的部位亦有所不同。研究成果对钻孔失稳坍塌区域的准确防护、进而解决深部开采煤层抽采钻孔失稳坍塌问题有着重要的现场指导意义。     

隐伏性突出煤层群保护层开采卸压瓦斯抽采技术研究

保护层开采是对于煤与瓦斯突出矿井开采煤层群时首选的经济有效的区域防治突出措施,但开采保护层时既要治理本煤层涌出的瓦斯,还面临着被保护层卸压瓦斯涌入保护层工作面。为有效抽采上保护层开采后的卸压瓦斯,利用保护层开采“卸压增透效应”,结合新田煤矿井下生产实际情况,以新田煤矿1402保护层工作面为例,介绍保护层工作面开采期间的瓦斯治理技术。     

厚煤层巷道矿压显现规律研究

针对厚煤层开采时矿压对巷道的影响的问题,从理论和实践上阐述位于厚煤层内的区段集中巷、采区上（下）山及大巷整个服务期间采动影响过程中的矿压显现规律和围岩变形,以及厚煤层巷道的维护技术。利用FLAC^3D数值模拟软件,分别分析了采动条件下厚煤层区段集中平巷顶板压力规律以及采动条件下厚煤层区段集中平巷顶板位移规律。提出要掌握巷道的围岩性质及其对巷道维护的影响,合理确定护巷煤柱宽度,在邻近煤层开采中,采用上部煤层在厚煤层上方跨采,或者厚煤层巷道开掘之前上部煤层预先开采等卸压措施。从而避免了厚煤层开采过程中矿压对巷道的影响,保证了煤矿的安全高效回采。     

厚及特厚煤层综放面浅孔卸压综合抽放技术

鹤煤六矿主采的二₁煤层为典型的低透气性厚及特厚煤层。该矿回采面因受多期构造影响,煤质松软致密,透气性差,尤其在全层综放面回采时,瓦斯问题更是制约着安全回采。为有效解决这一难题,提高安全回采效率,对低透气性厚及特厚煤层全层综放面浅孔卸压综合抽放技术进行了研究,通过在2123综放工作面2年的回采实践,有效地消除了回采期间瓦斯隐患,改善了工作面回采条件,确保了矿井的安全生产。