定向多分支长钻孔治理瓦斯技术体系研究及应用

为实现煤层瓦斯的高效率、低成本治理,对定向长钻孔"两堵一注"定点定长带压封孔测瓦斯压力技术方法进行了改进,研制了深孔定点密闭取样装置,优化了定向长钻孔强化抽采增产技术,进而形成了定向多分支长钻孔治理瓦斯技术体系。开展了现场工程试验,结果表明:在永夏矿区地质条件下定向多分支长钻孔成功施工深度达630 m以上,所研制的深孔定点密闭取样装置能够完成632 m钻孔的密封取样,密闭取样装置结构合理;实测试验区域煤层瓦斯含量、瓦斯涌出初速度、钻屑量结果一致性较好,测试结果可靠性满足要求;掘进过程中瓦斯涌出量与掘进速度呈明显的正相关关系,且瓦斯涌出量最大值位置与瓦斯含量、区域验证指标最大值区域位置一致,证明了定向多分支长钻孔治理瓦斯技术体系的可靠性。     

极薄煤层瓦斯基本参数测定实践

汪洋煤矿沿煤层布置巷道开采近水平极薄煤层,从现有煤层巷道往底板施工专门考察巷道,布置测定瓦斯压力钻场和钻孔,在提高封孔工艺技术和连接接头密封质量的基础上,灌注高压氮气主动式测压,较短的时间测定瓦斯压力成功率达80%,在四川省首次测到须家河组煤层瓦斯压力最高值为2.25MPa,该技术对极薄煤层瓦斯抽采基本参数的测定具有重要指导意义。     

倾斜煤层穿层测压钻孔设计参数计算方法研究

为了准确测定煤层瓦斯压力,快速高效的设计穿层测压钻孔,以测压钻场与煤层的两种相对位置关系为基础,建立穿层测压钻孔参数计算几何模型,根据模型中钻场、钻孔、煤层之间的空间关系,得出上向穿层钻孔与下向穿层钻孔相关参数的计算公式,利用Mathematic数学软件进行算例分析,取得钻孔设计合适的参数空间,根据计算模型设计煤矿现场测压钻孔并施工,其理论计算长度与实际钻孔长度误差在10%左右,验证了计算公式的适用性和准确性。     

底板梳状定向钻孔技术理论与实践

针对突出薄煤层采用底板穿层钻孔进行瓦斯抽采存在钻孔穿煤长度短、钻孔轨迹无法控制、钻孔有效利用率低等问题,利用底板梳状定向钻孔技术在煤层底板岩层施工长距离钻孔,同时开分支进入煤层,实现对突出薄煤层的瓦斯治理。根据底板梳状定向钻孔施工特点,分析了底板梳状定向钻孔分支孔分支点位置的选择、分支孔间距确定、分支孔开孔施工工艺、钻孔轨迹控制等关键技术并给出了建议。实践证明,通过该套底板梳状定向钻孔技术的应用,能使底板梳状定向钻孔实现对大于500 m范围突出薄煤层的有效覆盖,大大提高钻孔利用率。     

本煤层聚氨酯-预注浆-高压注浆封孔测压技术

煤层瓦斯压力测定是煤矿瓦斯防治基础工作之一,其理想的测定条件是穿层钻孔穿透岩层测压,但在井下实际工作中存在测压地点不具备施工穿层钻孔的条件,这就需要采用本煤层顺层钻孔测压技术。由于煤的松软、易破碎、多裂隙等特性,顺层钻孔封孔难度大,现有的测压方法并不适用于本煤层顺层钻孔测压。因此,提出了聚氨酯-预注浆-高压注浆封孔测压方法,并在白羊岭煤矿进行了现场实验,取得了较好的效果。     

极近距离煤层群巷道瓦斯综合治理技术

为了解决极近距离煤层群存在的巷道底板巷穿层钻孔消突困难、巷道联合消突困难、瓦斯治理钻孔工程量大、薄煤层普通钻机钻孔施工困难、巷道石门揭煤多、巷道掘进受邻近层瓦斯涌出影响大、单一煤层治理难以控制瓦斯浓度等问题,对高家庄煤矿采用定向钻进和普通钻进相结合的方法,实现钻孔控制范围全覆盖,消除瓦斯治理空白带;利用定向钻机的造斜功能和轨迹测量功能,实现定向长钻孔"一孔多用"和"层位控制"等;设计了全密封防喷系统,同时采用分源抽采和分单元计量,提高了通风设施和通风装备可靠性,确保了瓦斯不超限,不突出。     

基于分时分段注浆技术的小间距煤层群瓦斯压力测定

贵州遵义地区煤矿开采均为煤层群开采,在对容光煤矿瓦斯压力测定时发现该矿主采煤层C5、C6、C8、C9、C11、C12,层间距相对较小,测压岩石巷道在C12煤层下方,只能施工上向钻孔分别测定各煤层瓦斯压力。为了解决层间距较小、封孔位置不精确造成的所测压力为多层煤混合压的问题,采用大功率注浆泵,独创分时分段注浆封孔的方法,精确控制封孔深度,通过逻辑分析及测定结果与间接法计算结果比较分析,确认准确测得了各煤层的原始瓦斯压力。     

涌水条件下的上向穿层钻孔瓦斯测压修正方法

为了探究涌水条件下的上向穿层钻孔孔内水对煤层瓦斯压力测定结果的影响,基于两堵一注水泥砂浆封孔工艺能够很好地封堵上向钻孔中煤层底板的岩石裂隙段,提出了一种向煤层顶板岩层中在打一上向穿层钻孔测煤层顶板的纯水压力,并根据顶板水压大小和伯努利方程对煤层瓦斯压力测压结果进行修正的方法。通过对上向穿层钻孔周围煤体水压力和瓦斯压力分布规律以及煤体周围瓦斯的运移规律进行分析,结合现场实测瓦斯压力数据,得出涌水条件下的上向穿层钻孔测压结果主要受煤层瓦斯压力和顶板水压力影响,根据此规律采用测顶板水压的方法剔除钻孔内水压和顶板水压对测压结果的影响,从而得到真实的煤层瓦斯压力。在界沟煤矿7^-1煤层进行现场试验,并根据该钻孔水压修正公式修正的瓦斯压力与实测真实的煤层瓦斯压力对比分析,两者绝对误差小于0.03 MPa,验证了该修正公式的可靠性,对类似涌水条件下的煤层瓦斯压力测定具有一定的借鉴作用。     

特厚煤层首分层开采瓦斯立体抽采技术

为了有效解决白芨沟煤矿010203区段首分层开采期间瓦斯涌出量大的问题,提出采前实施定向长钻孔+底板穿层钻孔大面积预抽,降低煤层瓦斯含量。工作回采期间,结合瓦斯涌出来源,提出顺层钻孔边采边抽首分层瓦斯,定向长钻孔+底板穿层钻孔+沿空巷道卸压钻孔抽采下伏分层卸压瓦斯,沿空巷道大孔径钻孔+采空区埋管抽采采空区瓦斯。利用分源预测法对瓦斯涌出量进行预测及各项抽采措施抽采量分配,立体抽采技术可满足010203区段首分层开采期间瓦斯治理需要。     

本煤层测压黄泥-聚氨酯快速封孔技术

煤层瓦斯压力测定是煤矿瓦斯防治基础参数测试内容之一,其最理想的测定条件是穿岩钻孔测压,但当前多数矿井因主要巷道均布置在煤层中而不得不采用煤层钻孔测压。目前本煤层瓦斯压力测定由于封孔难度大,传统的封孔工艺不能适用煤层封孔的需求,测压成功率较低。因此提出了黄泥-聚氨酯快速封孔方法,并在九里山矿进行了现场实验,取得了较好的效果。     

新型封孔测压一体化技术装置的研究及应用

常规封孔测压方法在测定煤层瓦斯压力时,难以准确封堵至目标位置,测定结果的准确性值得商榷。提出采用一种新型封孔测压一体化装置解决该问题,并在木孔煤矿进行了实测,结果表明,在相同的地质单元+650 m大巷施工埋深相近、倾角和方位角相同的钻孔,所测定的2号煤层的瓦斯压力值比采用填料封孔测压的常规测压法测定的值大0.45~0.56 MPa,测定结果更为准确。     

贵州大湾煤矿复杂地层井下定向钻进施工技术

针对大湾煤矿地区复杂煤层地质构造,采用前进式开分支孔布孔方法,用于探测煤层顶底板位置,精确探明煤层走向,为抽掘采提供依据,为后续工作做好前期准备。贵州大湾煤矿在历年瓦斯鉴定中均被定为瓦斯矿井,瓦斯孔施工采取普通钻进工艺时,会遇到钻进工作量大、孔深达不到要求、施钻轨迹无法精准控制、钻孔瓦斯浓度抽采率低等问题。采取顺层定向孔方法在已探明的煤层中施工长距离钻孔,可实现对复杂煤层远距离瓦斯抽采。现场试验表明:采用前进式开分支孔工艺,能够实现复杂煤层地质构造精确探顶,探明钻孔见煤段高达75%;通过优化钻孔设计与高精度控制钻孔轨迹大大增加了顺层定向孔在复杂煤层中的覆盖率,钻孔见煤段达63.7%,提高了瓦斯抽采效率,为巷道的抽掘采工作打好了基础。     

双柳煤矿三采底抽巷区域消突措施应用及改进

根据双柳煤矿矿井实际煤层赋存条件、地质条件等因素,在原有煤层底板布置底板岩巷施工穿层短钻孔区域防突的基础上,提出并采用了在底板岩巷内布置钻场,利用定向长钻孔钻机施工长距离穿层钻孔,在达到区域消突效果的同时,最大程度减少区域防突措施钻孔的施工工程量,改进钻孔的有效穿层钻孔区域防突措施,在经过6个月的抽采后,煤层中瓦斯含量从13.23 m~3/t降到4.8 m~3/t,瓦斯压力从2.3 MPa降到0.38 MPa,达到了消突的目的,与原来设计的采用短距离穿层消突钻孔相比,在达到煤层消突的同时大量减少了钻孔的工程量、封孔材料等费用,提高了钻孔的利用率。     

千米钻机穿层长钻孔测定煤层瓦斯压力

使用千米钻机施工穿层测压长钻孔可以定向定点精确选择见煤点,穿层长钻孔有较长的岩石段,避开了采动、瓦斯抽采及其他人为卸压影响,且封孔长度较长,进一步增加了测压钻孔密闭性,保证了测压数据的可靠性和准确性,取得了良好的效果,可以推广应用该测压方法。     

厚煤层顶板定向钻孔技术研究与应用

保德煤矿三盘区深部大巷延伸为全煤巷道,区域煤层厚度7.4m以上,巷道沿煤层底板掘进,巷道高度3.8m。通过在三盘区深部大巷延伸区域沿8#煤层顶板施工下行定向长钻孔对掘进区域进行超前预抽,大幅降低了掘进区域瓦斯压力和瓦斯含量;巷道掘进形成自由空间从而产生微裂松动区,进而增加了围岩的透气性,在巷道掘进期间顶板煤层定向钻孔作为煤层顶板高抽孔抽放,降低了掘进工作面瓦斯涌出量并解决了巷道层流问题。通过采取厚煤层顶板定向钻孔技术,掘进工作面瓦斯问题得到了合理解决。     

长距离下向测压钻孔排水与封孔技术改进

煤层瓦斯压力是反映煤层突出危险性的重要指标,准确的测定煤层的瓦斯压力对预测煤层的煤与瓦斯突出危险性、制定合理的瓦斯治理措施有着重要意义。在富水围岩条件下,采用长距离下向穿层钻孔封孔测压时,由于钻孔中的积水难以排除干净,影响封孔测压工作,难以保证所测瓦斯压力的准确性。针对此问题,根据水泥浆特性,改进原排水与注浆封孔技术,并通过在贵州某煤矿的现场实践,证明此方法的可行性。     

穿含水层下向钻孔瓦斯压力测定技术研究

针对赵庄煤矿8-1煤层下向瓦斯测压钻孔穿越2层灰岩含水层时,围岩松软、易破碎、易垮落,难以成孔,真实煤层瓦斯压力难以测定,通过分析穿含水层钻孔各封孔方法的适用条件,结合赵庄煤矿实际地质条件,在同一测压地点布置2个测压钻孔,1号钻孔采用全孔注浆-二次扫孔-注浆封孔方法进行封孔测压,结果未能成功堵水,测得水压0.98 MPa;2号钻孔采用双套管带压注浆封孔方法进行封孔测压,经试验,该方法较好地封堵了含水层裂隙、支固松软围岩,准确测得8-1煤层原始瓦斯压力为0.40 MPa.     

下向穿层测压钻孔排水与封孔方法

准确地测定煤层瓦斯压力是进行矿井瓦斯预测与防治的有效保障。在富水围岩下向穿层钻孔测压过程中,常常遇到钻孔涌水、积水问题,不仅给注浆封孔增加了难度,而且由于水压的影响难以保证读取真实、可靠的煤层原始瓦斯压力。针对以上问题,尝试探讨了下向穿层测压钻孔涌水、积水条件下的排水和封孔方法,经在神火煤电集团葛店矿的现场实践证明,此方法可有效避免下向穿层钻孔成孔后残留积水及持续涌水的不利影响,比较准确地测出煤层原始瓦斯压力。     

青龙煤矿底板定向钻孔施工分析

针对贵州青龙煤矿低透气性煤层,在21605底抽巷设计底板穿层定向钻孔,进行16#煤层治理瓦斯。首先,根据钻遇地层情况,确定定向钻孔在底板的开孔层位,然后通过分析在施工定向钻孔中出现的问题,对定向钻孔的最初设计进行优化,确保定向钻孔施工顺利,进入目标煤层,并在目标煤层中得到有效延伸,从而进行瓦斯抽采。通过本次施工可知,只有定向钻孔在目标煤层中有效延伸,才可减少抽采盲区,以达到瓦斯治理的效果,为煤矿安全掘进提供保障。     

煤层瓦斯原位探测仪在测定煤层瓦斯压力的应用

煤层瓦斯压力是评价煤层突出危险性与计算煤层瓦斯含量的一个重要指标。传统被动式测压测试数据准确,比较接近原始储层压力,但是存在测试时间长、测试仪器的不可重复使用性的不足。煤层瓦斯原位探测仪由水力密封装置、探测与存储装置和自动取样装置3部分组成。利用该仪器能够在钻孔中做到随钻随测,且具有可重复性使用的特点,不仅可准确测得某一深度的煤层瓦斯压力,记录压力随时间的具体变化,节省了测试时间和人力物力,在煤层瓦斯测压方面具有推广价值。