高突矿井瓦斯治理抽采模式优化设计

通过对高突矿井的底板抽放巷进行不断优化设计,积极进行实践试验,在保持底板抽放巷与煤层掘进巷道垂距满足防突规定外,把底板抽放巷与煤层掘进巷道的水平距离布置为0～3m,既减少了钻孔的施工量和施工时间,又提高了抽放效果,加快了煤层掘进的速度,缓解了新建矿井接替紧张的局面,安全效应较为明显。     

基于采动覆岩裂隙三维分布形态的地面L型抽采 钻孔合理位置研究

高瓦斯矿井使用地面L型钻孔代替高抽巷抽采瓦斯,能够节省大量巷道掘进工程,减缓采掘接替紧张状况。为了研究L型钻孔的最优布置位置,以新景矿3213工作面为例,采用相似模拟和三维数值模拟,确定了采场上方覆岩的运移规律和裂隙带三维分布形态。根据采动三维裂隙分布形态建立三维裂隙场模型,导入COMSOL模拟软件,对不同位置的L型地面定向钻孔,模拟抽采过程中的瓦斯运移规律和富集分布区域。结果表明,抽采钻孔能有效降低采空区的瓦斯体积分数,钻孔布置在回风巷上方的"O"型裂隙区中上部时抽采效果最好。根据新景矿3213工作面实际情况,定向钻孔最优布置位置为垂直方向在回风巷上方距煤层顶板20～30 m,水平方向在回风巷内错平距15～30 m。经现场5个月的抽采试验,地面L型钻孔平均抽采瓦斯体积分数78.5%,抽采瓦斯纯量8.58 m~3/min,日抽采纯量达到11 953 m~3,占工作面总瓦斯涌出量的42.60%,有效地解决了工作面瓦斯的控制问题。     

突出矿井深部新水平开采瓦斯综合治理模式研究

针对矿井浅部瓦斯治理模式已不能保障深部采区安全高效生产的现状,提出一种适宜矿井深部新水平开采的瓦斯综合治理模式.工作面消突采用底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯;底板岩巷布置“一巷多用”,在工作面回采工程中可兼做回风巷、尾抽巷、措施巷;回采工作面采用沿空留巷Y型通风综合治理瓦斯.其中,顺层钻孔预抽本煤层瓦斯,高位钻场顶板走向钻孔抽采裂隙带瓦斯,上隅角、尾巷埋管抽采采空区瓦斯,形成矿井三维立体瓦斯抽采体系.     

近距离突出煤层群瓦斯治理技术优化的研究

近距离突出煤层群工作面受上下邻近煤层卸压瓦斯的影响,致使回采工作面瓦斯涌出量大、工作面回风隅角及回风巷中的甲烷传感器频繁报警,瓦斯治理消耗大量的人力、物力和时间,严重制约了矿井的安全生产。通过对几种瓦斯治理方案进行分析论证,得出将整个煤层群作为一个治理单元,统筹考虑,将煤层厚度、瓦斯含量相对较小的弱突出煤层作为关键保护层,配合打钻进行立体式抽采,实现上下递进保护,最大限度地抽采邻近煤层的卸压瓦斯的方案。现场实践结果表明,保护层工作面在回采期间瓦斯抽采率高达90%以上,回风隅角瓦斯浓度降至0.6%以下,回风巷风流中瓦斯浓度降至0.2%以下,工作面月平均回采长度由原来的120 m提高至200 m。同时,从根本上解决了被保护层工作面回采期间瓦斯带来的安全威胁。     

首山一矿12070工作面走向高抽巷合理位置研究

为解决首山一矿12070工作面瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯体积分数易超限等问题,对12070工作面走向高抽巷合理位置进行研究。采用CDEM和FLUENT数值模拟软件分别对12070工作面采动覆岩裂隙演化规律和采动裂隙中的瓦斯体积分数分布规律进行模拟,根据"O"型圈理论和数值模拟结果确定了高抽巷合理位置选择原则并建立了计算模型。根据确定的选择原则和模型计算结果,首山一矿12070工作面走向高抽巷与回风巷垂距宜为25~30 m,内错平距宜为16~20 m。生产现场试验结果表明,12070工作面上隅角日均瓦斯体积分数处于0.03%~0.26%间,峰值体积分数为0.47%,上隅角瓦斯体积分数得到有效控制,保证了首山一矿突出煤层安全高效开采。     

本煤层顺层瓦斯抽采渗流耦合模型及应用

为揭示瓦斯在本煤层抽采时的渗流机理,开展了煤岩体变形与瓦斯渗流相互作用规律研究.根据煤层瓦斯渗流特性,考虑渗透率的动态变化过程,研究裂隙瓦斯渗流、微孔隙吸附瓦斯解吸扩散和煤岩体变形等过程,建立耦合渗流模型.针对特定矿井抽采煤层的瓦斯地质条件,进行了耦合模型的数值模拟研究.结果表明:抽采初期瓦斯压力下降较快,抽采稳定后下降趋缓,距抽采孔越远下降梯度越小,有效抽采半径约为3m.现场实验孔距6m顺层瓦斯抽采,抽采稳定时瓦斯纯量达5~7m3/min,抽采效果较理想.     

上层煤柱下综放沿空回采巷道矿压规律研究

为揭示上层残留煤柱下综放沿空回采巷道矿压显现规律,有效控制围岩变形,根据阳泉一矿8902综放面地质与开采条件,结合现场沿空回采巷道矿压观测结果,应用FLAC3D数值模拟计算分析回采巷道塑性区发育及应力分布情况.研究表明,综放回采巷道在上层残留煤柱影响与本层煤回采引起的应力重新分布耦合作用下,回风巷两帮及顶底移近量高达1985,1877mm,局部断面不足2m2,严重制约了工作面安全高效生产,采取合理布置回采巷道及减小区段煤柱宽度等措施可有效维护巷道.     

深井煤层群首采下保护层工作面瓦斯治理技术

本文以千米深井——朱集煤矿1242(1)首采工作面的瓦斯治理为例,提出并实施了地面钻井、高抽巷和采空区埋管相结合的瓦斯分源治理综合技术,分别抽采上覆13-1煤层卸压瓦斯、顶板瓦斯富集区瓦斯和上隅角瓦斯。实践表明,1242(1)工作面平均绝对瓦斯涌出量为68.8m3/min,地面钻井平均瓦斯抽采量为28.7m3/min,占瓦斯涌出量的42.2%,高抽巷平均瓦斯抽采量为30.7m3/min,占瓦斯涌出量的45.2%,瓦斯抽采率高达87.4%,回风流瓦斯浓度低于0.4%,实现深井高瓦斯煤层群首采下保护层工作面的安全高效开采。研究成果对类似条件矿井首采层工作面的瓦斯治理有指导价值。     

地面群孔瓦斯抽采技术应用研究

为保证新集一矿突出煤层13-1煤北中央采区的安全开采,先后开采131103、131105等11-2煤层工作面作为保护层。首先在上述两个工作面共布置了6个地面钻孔,建立了地面群孔瓦斯抽采系统,预抽采动区被保护层13-1煤瓦斯。接下来对地面钻孔抽采瓦斯参数进行了考察,主要包括基于示踪技术考察了131105工作面采动卸压地面钻孔走向及倾向瓦斯抽采半径,统计分析被保护层瓦斯抽采率,同时就地面群孔与井下底板巷穿层钻孔瓦斯抽采两种方法进行了抽采率、工程费用等方面的对比。研究结果表明：新集一矿的地层条件下地面钻孔抽采煤层卸压瓦斯沿煤层倾向和走向的抽采半径分别不小于160m和240m;采动区地面群孔瓦斯抽采率达35%以上;地面钻孔相对比井下底板巷,在抽采瓦斯方面具有技术上可靠、安全、经济等优点。     

高瓦斯煤层千米定向钻孔煤与瓦斯共采机理

结合最新引进的德国DDR-1200型千米定向钻机,提出在工作面顶板裂隙带内打千米定向钻孔抽采瓦斯的新方法,构建千米定向钻孔煤与瓦斯共采体系.结果表明,工作面上覆岩层存在大量横向间隙和竖向裂隙,裂隙带高度为34m左右,最大离层裂隙发生在主关键层下方,距离工作面顶板22m左右,最大离层量240mm,形成瓦斯富集区域;工作面倾向方向,回采巷道向采空区方向0～60m范围内裂隙最发育,并能长期稳定存在.据此在14301工作面进行工业性试验,试验结果表明,钻孔布置在14301工作面上方顶板22m左右,倾向方向距运输巷15m处,抽采浓度达70%以上,抽采时间在120d以上,取得最佳瓦斯抽采效果,实现煤与瓦斯共采.