本煤层巷道穿层钻孔抽采邻近层卸压瓦斯技术研究与应用

针对淮北矿区远距离下保护层卸压瓦斯抽采存在的问题,分析了采动裂隙发育及瓦斯流动规律,研究本煤层巷道穿层钻孔抽采邻近层卸压瓦斯技术,在本煤层巷道施工网格式穿层钻孔,对工作面上方采动范围内的煤层全覆盖控制,穿层钻孔在回采前预抽被保护层瓦斯,回采时高效抽采邻近层卸压瓦斯,回采后成为层间离层裂隙的主要通道,将采动影响范围内的煤层卸压瓦斯导入采空区,再通过其他钻孔将瓦斯抽出。研究认为,扩大钻孔抽采控制范围,对卸压瓦斯层层拦截抽采,能有效减少卸压瓦斯涌入回采空间;穿层钻孔能成为层间离层裂隙的有效通道,使煤层卸压瓦斯充分流动,能够提高卸压瓦斯抽采效果。     

高瓦斯薄煤层采煤工作面底板钻孔瓦斯抽采技术

分析得出高瓦斯薄煤层回采工作面瓦斯涌出以邻近层为主。为解决工作面回采期间瓦斯异常涌出的问题,采用在4号煤层底板布置钻孔对卸压瓦斯进行抽采,并对底板钻孔抽采参数设计进行了研究,结合底板钻孔抽采效果分析,得出4号煤层底板裂缝带高度、底板钻孔最佳施工参数等数据。现场应用结果表明:通过向工作面底板裂缝带内施工参数设计合理的底板钻孔,单孔抽采瓦斯纯量在0.10~0.44m~3/min之间,解决了工作面底板瓦斯超限的难题,保障了工作面安全回采。实践证明,回采期间高瓦斯薄煤层采煤工作面卸压瓦斯抽采是治理瓦斯的关键。     

高瓦斯综采工作面定向钻孔代替尾巷抽采瓦斯技术

针对高瓦斯综采工作面U型通风条件下上隅角瓦斯超限问题,分析了定向钻孔代替尾巷抽采卸压瓦斯的必要性及可行性,阐述了卸压瓦斯抽采原理;利用物理相似模拟及理论分析,分析了采动覆岩裂隙演化规律,确定了定向钻孔参数,并进行现场工程应用。结果表明:随着工作面推进,试验工作面采动覆岩形成不规则冒落带、规则冒落带、裂隙带、弯曲下沉带,其中规则冒落带高度为17.9 m(采高的4.48倍),裂隙带高度为60.36 m(采高的15.09倍);定向钻孔与回风巷平距为8～20 m,与煤层顶板垂距平均18.5 m;利用定向钻机施工钻孔偏移量较小,定位准确,瓦斯抽采纯量平均6.37 m~3/min,占瓦斯涌出量的8.59%,实现了定向钻孔代替尾巷治理瓦斯效果,保证了工作面安全回采。     

改进抽放方法提高瓦斯抽放效果

分析了回采工作面回采过程中顶板覆岩卸压移动规律及其顶板覆岩结构与关键层层位对覆岩移动规律的影响,提出了利用采动煤层顶板覆岩卸压裂隙发育特征,实施覆岩卸压区走向长钻孔抽放瓦斯.给出了顶板走向长钻孔卸压抽放的合理布置区域,并在抽放钻孔内下入套管,增加了钻孔有效抽放时间和长度,完善了顶板走向钻孔抽放瓦斯的技术,取得较为理想的瓦斯抽放效果.     

近距离煤层群综合立体式瓦斯抽采方法及效果分析

近距离煤层群工作面在准备和回采阶段的瓦斯不仅有本煤层涌出,邻近层还有大量涌出。在工作面掘进时期可向本煤层打钻孔实施采前预抽,而工作面回采时期邻近层瓦斯涌出主要是通过采空区上部裂隙带离层区。对邻近层抽采的各种方法进行了分析,得到瓦斯抽采巷道与钻孔布置的最佳参数,并与实际进行比较,对24207工作面瓦斯抽采工艺参数进行优化。     

下伏邻近层瓦斯采动卸压运移规律及抽采特征研究

为研究下伏邻近层瓦斯采动卸压运移规律及顺层钻孔瓦斯抽采特征,以屯兰矿2^#煤层为研究对象,基于下伏采动卸压理论、底板采动破坏深度经验公式和稳定同位素测定分析技术,分析了下伏邻近层瓦斯卸压涌出规律,对下伏煤层顺层瓦斯钻孔采动卸压抽采特征进行了研究。结果表明：12507工作面底板采动破坏深度24.80 m,采动卸压后单孔最高抽采浓度75%、流量0.5 m³/min,下伏邻近层瓦斯抽采量占工作面瓦斯抽采总量的27.08%,为实现下伏卸压瓦斯高效治理,需对下伏4^#煤进行采前预抽和采动抽采;根据上隅角瓦斯主要来源及占比,将工作面瓦斯涌出划分为3个阶段,单一煤层主导阶段、邻近层卸压调整阶段及卸压平衡阶段;工作面回采6～100 m时,采空区下伏4^#煤迅速卸压,瓦斯大量涌出至采空区,100 m后下伏4^#煤层瓦斯达到稳定卸压涌出。     

深部高瓦斯沿空留巷工作面立体瓦斯抽采技术及应用

深部高瓦斯沿空留巷工作面具有瓦斯涌出量大、透气性差、抽采难度大特点,针对各瓦斯源,提出了多元立体抽采技术。通过本煤层钻孔预抽瓦斯、高位钻孔抽采戊组邻近层卸压瓦斯、裂隙带高位钻孔抽采和下向拦截钻孔抽采丁组煤卸压瓦斯等手段,有效控制了工作面瓦斯浓度。瓦斯抽采效果考察表明,回采面推进对邻近层卸压瓦斯抽采有关键影响,高位裂隙带瓦斯抽采钻孔层位为11.3～14.75倍采高时有最佳瓦斯抽采效果。通过瓦斯源头控制的立体抽采技术,实现了工作面安全高效回采。     

近距离煤层群覆岩裂隙带瓦斯治理措施优化及效果分析

为解决近距离煤层群综采工作面回采中上隅角瓦斯治理难题,保障综采工作面有效衔接,实现连续安全高效生产,利用同位素测定分析技术明确了近距离煤层群卸压瓦斯涌入覆岩裂隙带内的规律特征,提出施工地面L型钻孔以优化原有的覆岩裂隙带瓦斯治理技术,降低综采工作面上隅角瓦斯体积分数。结果表明：屯兰矿2号煤层综采工作面的覆岩裂隙带高度附近,工作面自切眼回采的95 m范围内,02号煤卸压瓦斯抽采占比逐渐降低,2号和4号煤层的卸压瓦斯抽采占比逐渐升高,95 m后,02、2和4号煤卸压瓦斯抽采占比趋于稳定,占比分别为60%、25%和10%.优化后的“以孔代巷”技术“高位钻孔+低位钻孔+高位走向长钻孔+地面L型钻孔”将上隅角平均瓦斯体积分数由0.65%降低至0.25%.地面L型钻孔的施工在空间和时间上保障了井下综采工作面的连续稳定生产,对井下工程不形成干扰,有助于解决上隅角瓦斯超限问题,实现了综采工作面的安全高效连续生产。     

急倾斜特厚煤层水平分层开采工作面瓦斯立体化抽采工艺技术研究与应用

随着煤层开采深度的增加,瓦斯灾害逐渐成为影响我国急倾斜煤层开采矿井安全生产的重要影响因素;同时,由于急倾斜特厚煤层地质条件与开采工艺的特殊性,导致其水平分层工作面瓦斯治理难度增大。为此,以乌东煤矿+575 m水平43^#煤层西翼工作面为工程背景,对其工作面瓦斯涌出来源进行分析并对瓦斯涌出量进行预测;提出了预抽顺层长钻孔、采空区埋管抽采、顶板走向高位钻孔抽采、下部煤体卸压拦截抽采钻孔互相结合的瓦斯立体化抽采工艺。研究结果表明：+575 m水平43^#煤层西翼工作面瓦斯主要来源于开采分层与下部煤体卸压瓦斯涌出;工作面的瓦斯预抽率为42.1%,抽采达标;工作面回采过程中进风巷瓦斯涌出量维持在0.5 m³/min,回风巷瓦斯涌出量呈现降低趋势,回风隅角瓦斯浓度位于合理范围之内,回采过程中瓦斯抽采效果较为理想。     

近距离煤层群底板拦截钻孔抽采回采工作面卸压瓦斯技术研究

根据赤峪煤矿近距离煤层群开采及瓦斯含量在10 m3/t以上等特殊条件,采用近距离煤层群底板拦截钻孔抽采回采工作面卸压瓦斯技术,利用在3号煤层的掘进巷道施工拦截钻孔,拦截钻孔抽采3号、4号煤层卸压瓦斯,降低回采过程中3号、4号煤层卸压瓦斯涌入2号煤层采空区的量。该技术通过在赤峪煤矿中央采区C1204工作面试验结果表明,底板拦截钻孔抽采回采工作面卸压瓦斯技术可替代底板抽采巷施工底板卸压钻孔,不仅有效的降低煤层瓦斯含量、压力,保证了工作面安全生产,同时节省了底板抽采巷因变形严重需要维修的费用。     

长距离定向拦截钻孔在五沟煤矿瓦斯治理中的应用与研究

五沟煤矿1034工作面在回采期间,中煤组瓦斯通过裂隙进入该工作面,最大瓦斯涌出量达到70 m3/min.通过长距离定向拦截钻孔的施工应用,并开创性地采用机巷抽采,摒弃传统的风巷抽采,变被动式抽采采空区瓦斯为长距离定向钻孔主动拦截上覆中煤组卸压瓦斯的方式,有效地治理了该工作面的瓦斯,保障了工作面的安全回采.     

低位定向钻孔抽采下伏煤层瓦斯技术应用研究

以五虎山煤矿010910工作面为工程应用背景,研究分析了近距离上保护层开采工作面回采期间的瓦斯涌出规律。以此为基础,采用ZDY6000LD近水平定向钻机在010910回风巷内施工低位定向钻孔抽采下伏煤层瓦斯。结果表明:应用低位定向钻孔抽采下伏煤层瓦斯可大大降低卸压瓦斯的涌出强度,钻孔抽采瓦斯浓度可达51%以上,能抽采出大量下伏煤层瓦斯。这不仅减少了工作面回采期间的瓦斯涌出量,同时也对下伏煤层实施了有效预抽。     

急倾斜特厚煤层分段开采卸压瓦斯抽采技术

急倾斜特厚煤层水平分段开采工作面采放比大、瓦斯涌出复杂,工作面下部卸压煤体瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出总量比例过高,在开采过程中易出现回采工作面回风隅角瓦斯超限问题。为有效解决急倾斜特厚煤层开采工作面回风隅角瓦斯超限问题,以神华新疆能源有限责任公司乌东煤矿水平分段开采工作面5754502为例,理论分析了工作面底板及下部煤体的破坏规律,并对底板破坏深度和下部煤体破坏深度进行了理论计算,根据理论分析和计算结果对工作面下部煤体卸压瓦斯拦截抽采钻孔进行了布置及优化,最后统计、分析了工作面下部卸压拦截抽采钻孔抽采参数随着工作面推进的变化情况。研究结果表明:5754502工作面开采对煤层底板破坏深度为11.88 m,其下部煤体垂直破坏深度为7.38 m,最大破坏深度距工作面端部的水平距离为10.3 m;随着工作面的推进,下部煤体中的钻孔逐步进入卸压区,卸压抽采后比之前的抽采瓦斯体积分数、瓦斯流量均有显著提高,其卸压拦截抽采钻孔的抽采纯流量比卸压前平均提高了3.2倍,卸压增流效应显著;综合采取采空区埋管抽采技术和卸压拦截抽采技术,使5754502工作面在开采过程中的瓦斯抽采率达到59.6%,回风隅角瓦斯体积分数控制在0.8%以下,实现了瓦斯零超限,保障了工作面的安全生产。     

倾斜煤层卸压瓦斯导流抽采技术研究与工程实践

为了研究倾斜煤层条件下,采动覆岩裂隙分布规律与卸压瓦斯抽采技术,采用理论分析和数值模拟的方法,对采场覆岩应力、位移以及裂隙分布情况进行了分析,并依据研究结果,对试验工作面高位导流钻孔布置参数进行了优化设计。结果表明:工作面上端头顶板卸压区域范围大于下端头区域,关键层的卸压段靠近工作面上部,覆岩垮落破断后,工作面上部垮落岩体位移明显大于下部;裂隙网络中,下部冒落岩体裂隙处于相对闭合状态,沿工作面向上,裂隙开度逐渐增大;卸压瓦斯运移通道在倾斜方向上具有不对称性;沿工作面回风巷侧冒落带轮廓线布置高位导流钻孔,并配合相邻钻场之间的有效搭接抽采可使抽采效果保持稳定;单一钻孔全生命周期可分为远距离、有效和近距离抽采3个阶段,随着钻孔层位的增加,抽采效果逐渐变优,远距离抽采阶段长度减小,有效抽采阶段长度增加。实践结果表明,瓦斯抽采效果良好,验证了依据此方法布置高位导流钻孔的合理性。     

低渗透性煤层群邻近层瓦斯卸压抽采技术

在煤层群开采过程中,本煤层开采会使得工作面围岩应力重新分布,邻近煤层内赋存的吸附态瓦斯卸压解吸。同时岩层移动与破断在上覆煤岩层中形成采动裂隙,瓦斯大量涌入工作面。为了解决临近层瓦斯涌出造成的工作面瓦斯超限,通过研究上覆岩层破坏规律并结合工作面原有瓦斯抽放状况,对原有抽放钻孔参数进行优化,优化后钻孔瓦斯抽放浓度提高了21.2%,工作面风排瓦斯量降低了18.33%,安全性大大增加。     

近距离煤层群保护层开采卸压瓦斯治理技术研究

为了解决近距离煤层群上保护层回采过程中大量卸压瓦斯涌入导致工作面瓦斯超限问题，以及被保护层回采工作面瓦斯治理难题，以下峪口煤矿4216工作面为研究对象，通过对工作面瓦斯涌出来源进行预测分析，确定以穿层钻孔抽采卸压瓦斯、采空区埋管抽采瓦斯、顺层钻孔预抽、边抽边采等为主的综合瓦斯治理技术。试验结果表明，4216工作面回采期间未发生瓦斯超限问题，上保护层回采距工作面15～35 m内，卸压瓦斯抽采进入活跃期，钻孔施工位置应当超前工作面推进方向35 m。该综合瓦斯治理技术有效可行，研究成果对韩城矿区突出矿井瓦斯防治具有指导意义。     

受火区威胁的回采工作面的瓦斯治理技术研究

以神华乌海能源公司五虎山煤矿011203工作面为工程例证,针对受火区威胁的回采工作面的瓦斯治理难题,提出了走向+倾向交错钻孔联合抽采煤层瓦斯的方法,对工作面煤体瓦斯实施大面积区域预抽,大幅度降低了煤层瓦斯含量,减少了因采动影响所产生的卸压瓦斯涌出与上覆火区接触而发生瓦斯爆炸的威胁。     

保护层卸压开采煤层变形与增透效应研究

为了研究高瓦斯赋存煤层卸压增透效应,以达到提高低渗透性松软煤层瓦斯抽采率,降低工作面瓦斯突出危险性,采用RFPA2D-Gasflow软件分析下保护层卸压开采后上覆煤岩采动裂隙发育、应力分布特征及由此产生的卸压煤层增透效应.结果表明:卸压开采煤层的透气性系数增大200倍左右,增透效果显著.利用该研究结果在顾桥矿沿空留巷内布置斜向上长短穿层钻孔,代替传统的底板巷内布置向上穿层钻孔抽采本层采空区内和上覆卸压煤层内瓦斯,可使沿空留巷中回风流和上隅角瓦斯体积分数均控制在0.5％以下,平均瓦斯抽采率达50％ ～ 70％,保证了工作面的安全回采.     

瓦斯抽放方法和参数的应用准则

打地表抽放钻孔在瓦斯抽放中占有重要的地位。在开采煤层中打钻时常常涌出的大量瓦斯,以及钻孔下部的采动后大量瓦斯涌出都会引起实际的和科学的意义。实际上,保证预先抽放含煤岩体的瓦斯是煤层安全开采的首要任务。打钻实际表明,在未卸压岩体中煤层的透气性很差,强烈涌出瓦斯的情况是偶然的。大多数钻孔都是在回采工作面下部采动之后才涌出大部分瓦斯,也有从打的钻孔中不涌出瓦斯的情况。使用地面抽放钻孔最主要的缺点是没有进行满意的研究和对抽出瓦斯量进行定性定量的评估,没有评价排放了瓦斯的各煤层面积的工程方法和评价该区段煤…     

综采工作面复合顶板采动裂隙发育规律数值模拟

基于古书院矿15#煤层152303工作面复合顶板采动裂隙的基础条件,采用RFPA模拟软件,模拟受采动影响工作面覆岩的变化规律,对工作面开采的垮落步距、卸压角等进行分析,研究覆岩最终垮落形态,结合理论计算确定"三带"高度。在对综采工作面煤层瓦斯赋存规律和瓦斯涌出来源分析的基础上,提出了高位钻孔抽采瓦斯的方法,最终确定综采工作面瓦斯治理技术措施及钻孔布置参数。