叙永煤矿薄煤层开采极近距离邻近层泄压瓦斯治理技术研究

瓦斯灾害是煤矿安全生产过程中极其难以控制的重大危险源,特别针对南方矿井具有煤层薄、煤层群间距小、地质构造复杂、瓦斯赋存量大等特点,造成瓦斯治理难度大。如何在极复杂地质条件下的薄煤层开采时,有效治理极近距离煤层群泄压瓦斯,通过采用在煤层群中布置高位抽采巷及配套长钻孔抽采回采过程中邻近煤层群泄压区采空区瓦斯。研究表明,合理布置高位抽采巷布置间距、钻孔长度、终孔间距和终孔层位、抽采负压等相关参数,使工作面瓦斯抽采纯量提高了10 m3/min以上,工作面抽采率提高到60%以上,风排瓦斯量明显减少,实现了特殊赋存条件下煤层安全回采作业,达到了安全生产的目的。     

煤层群邻近层瓦斯抽采走向高抽巷布置研究

基于采动覆岩卸压瓦斯运移新"三带"理论,就高瓦斯煤层群开采条件下邻近层卸压瓦斯抽采走向高抽巷层位布置选择进行了研究。提出了走向高抽巷层位布置原则,并将布置原则应用于工程实践中,为类似工程应用提供参考。     

近距离高瓦斯煤层群倾向高抽巷抽采卸压瓦斯布置优化

倾向高抽巷作为一种治理卸压瓦斯的重要方法,其布置参数与抽采效果的匹配关系需要合理确定。针对典型的近距离高瓦斯煤层群开采条件,对采空区上覆岩层裂隙演化规律进行了研究,揭示了倾向高抽巷最佳布置位置在竖直方向上15倍采高、水平方向深入工作面约35 m处。据此,在24202工作面回风巷,以40°仰角起坡且垂直于回风巷轴线向顶板方向施工60 m,再沿倾向水平施工8 m来布置高抽巷。实际治理效果表明,单个倾向高抽巷的抽采半径为55~60 m,开采过程中有4~5个高抽巷处于瓦斯抽采活跃期,有效抽采总距离为500 m,平均抽采瓦斯总量25.22m3/min,占抽采总量的62.24%,实现了卸压瓦斯高效治理。     

水力冲孔作用下煤层底抽巷围岩损伤机理及位置优化方法研究

底抽巷作为瓦斯抽采的辅助巷道,有时还要兼顾煤层回采期间的通风等作用,服务期间需经历2次掘进扰动和煤层采动等影响,因此底抽巷合理布置对瓦斯抽采效果、岩巷支护稳定性具有极其重要的作用。基于理论分析、现场工程类似、数值模拟等方法对梁北煤矿大埋深底抽巷布置方案展开研究。在综合考虑应力环境、瓦斯抽采与底板突水等综合因素的影响后,最终确定梁北煤矿21071底抽巷层位选择为沿L8灰岩进行掘进,割灰岩厚度1~1.5m,距煤层实际距离约21m。     

紧邻煤柱侧工作面巷道掘进瓦斯治理方案

兴旺煤矿21608工作面运输巷位于煤柱应力集中带及潜在的瓦斯突出危险性,本文通过工作面上覆岩层"上三带"和底板"下三带"结构特征,分析了布置顶板高抽巷或底板底抽巷穿层钻孔达到21608运输巷卸压及瓦斯预抽都是可行的;进一步通过FLAC3D数值模拟了工作面回采时高抽巷或底抽巷不同的应力分布情况,并考虑到钻孔的工作量,优先选择了布置底抽巷穿层抽采,底抽巷距离16#煤层的垂直距离为8.5 m、距离21608运输巷的水平距离为58 m。现场采取实施75 mm直径、终孔间距为1.5 m的钻场实施瓦斯预抽及煤柱应力集中区卸压,最终保证了21608运输巷的安全掘进。     

高抽巷治理厚煤层综采工作面瓦斯技术研究

根据对采空区覆岩裂隙发育及瓦斯运移情况进行分析,在开采煤层顶板采动裂隙带内布置高位瓦斯抽排巷抽采采空区卸压瓦斯,合理确定高抽巷设置层位,通过对高抽巷抽采厚煤层综采工作面瓦斯的抽采效果考察,结果表明,高抽巷瓦斯抽采有效保证了工作面安全高效生产,对类似条件下的工作面瓦斯治理具有一定的借鉴意义。     

高河煤矿高抽巷合理位置的选择

通过对高河煤矿E1305工作面布置高抽巷及高位裂隙带钻孔进行瓦斯抽放试验,结果表明顶板岩石水平巷道合理层位的选择,对于采空区瓦斯的抽放效果起着决定性的作用。高抽巷应布置在顶板裂隙的中下部采动裂隙比较发育的范围内,才能达到理想效果。针对高河煤矿3号煤层瓦斯抽采现状,应当将高抽巷布置在3号煤层顶板上方35~45 m层位处,距回风巷水平距离为65~86 m处。高抽巷的合理布置可以有效提高瓦斯抽采利用效率,对消除高河煤矿瓦斯突出、保障矿井安全生产提供了必要的技术支持。为类似矿井瓦斯抽采提供了参考依据。     

基于数值模拟的高位瓦斯抽采巷层位布置研究

针对某矿瓦斯含量较大,严重影响矿井生产的问题,运用理论分析并结合FLAC3D数值模拟等方法,对17#煤层高位瓦斯抽采巷层位布置进行研究。通过对煤层的开挖,分析上覆岩层不同高度位置的应力释放情况,得出在离顶板20m处的应力得到完全释放,在离顶板35 m处和50 m处的应力为原岩应力的一半。结合经验公式计算得出25m的裂隙带高度,最后推断出距离煤层顶板25~50 m范围为裂隙带,该范围内的岩层适合布置高位瓦斯抽采巷,为矿井布置抽采巷利用"卸压增流效应"治理瓦斯提供了基础。     

穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯在赵庄矿的应用

针对煤层透气性差、抽采效果不理想的问题,赵庄矿应用了底板岩巷穿层钻孔预抽措施。通过对底抽巷的层位选择、穿层钻孔的布置、封孔工艺等影响瓦斯抽采效果的各个环节的分析研究,验证了采用底抽巷实施穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯掩护巷道掘进的可行性和良好的瓦斯治理效果,为矿井的长远发展提供了安全保障。     

走向高抽巷抽采瓦斯关键技术

针对低透气性高瓦斯煤层群条件下邻近层瓦斯治理难题,基于岩层控制关键层理论,探讨了走向高抽巷抽采瓦斯作用原理,理论研究了走向高抽巷抽采瓦斯的关键技术。研究结果表明:以破断距为判别指标计算各关键层的破断顺序,可据此确定走向高抽巷的合理层位;走向高抽巷与回风巷沿煤层倾向的投影距离由沿倾向的煤层卸压角和采空区上方"O"形圈的宽度确定;初采期可采用伪倾斜后高抽巷抽采邻近层瓦斯。现场跟踪阳煤五矿典型工作面初采期瓦斯风排量、抽采量和涌出量数据,验证了走向高抽巷抽采关键技术应用的可行性,初采期间瓦斯得到合理控制,稳定后抽采率达95%。     

采动过程中瓦斯抽采流量与煤层支承应力的相关性研究

煤层中的瓦斯流动是一个瓦斯气体运移与煤层固体变形之间相互耦合的复杂过程。以松藻煤电有限责任公司松藻煤矿3211采煤工作面现场试验为基础,通过现场监测工作面采动过程中的煤层支承应力变化和本煤层瓦斯抽采流量变化,对工作面附近煤层支承应力和瓦斯抽采流量之间的相关性进行了研究。研究结果表明：随着采煤工作面的推进,煤层实测支承应力依次经历了低-高-低的过程,可以划分为卸压区、应力集中区和原岩应力区,并在工作面前方15~25 m处达到峰值。在煤层卸压区,煤层内孔隙、裂隙发育贯通,透气性增大,瓦斯抽采流量增大,在煤层支承应力集中区,煤层内裂隙收缩闭合,煤层透气性减小,瓦斯抽采流量也减小,在煤层原岩应力区,煤层透气性变化不大,瓦斯抽采流量趋于稳定。基于工作面煤层支承应力与瓦斯抽采流量的相互关系,以处于原岩应力区的煤层支承应力和瓦斯抽采流量为基准,构建了瓦斯抽采流量的负指数表达式     

远距离下保护层底板穿层钻孔卸压瓦斯抽采研究

以桑树坪煤矿远距离下保护层11~#煤层开采保护主采3#煤层为研究对象,利用底板巷布置上向穿层网格式钻孔抽采被保护层卸压瓦斯,研究得出将3314底板瓦斯抽放巷布置在3#煤层底部法距15 m处较为合理。实际抽采数据表明,在远距离下保护层开采期间,采动影响能够有效卸压,提高被保护层的透气性,底抽巷预抽区域瓦斯预抽率约为65.6%。从卸压瓦斯抽采效果分析,11#煤层回采后保护层工作面前方10 m至保护层工作面后方60 m范围内对应的上覆3#煤层区域为最佳卸压瓦斯抽采区域。     

上覆巨厚油页岩近距离煤层群瓦斯防治技术

针对上覆巨厚油页岩近距离煤层群瓦斯逸散困难、煤层间距近、煤层瓦斯压力和含量大、存在煤与瓦斯突出危险可能性、首采煤层瓦斯涌出量较大的特点,以依兰矿区为例,采用确定煤层开采顺序、消除首采工作面的突出危险、解决回采工作面瓦斯超限的瓦斯治理总体思路;提出利用底抽巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯+顺层钻孔抽采回采区域瓦斯的消突方法,采用定向钻孔以孔代巷(或高抽巷)+采空区埋管+底抽巷钻孔抽采回采区间采动影响瓦斯的抽采方法的抽采方法,从消突和防超限2个角度解决上覆巨厚油页岩近距离煤层群瓦斯防治问题。     

王家岭煤矿综放工作面上覆岩层运动规律及卸压区瓦斯抽采试验研究

为实现低瓦斯高涌出矿井综放工作面安全高效开采,以王家岭煤矿为背景,结合物理相似模拟实验、UDEC数值模拟和微震监测,系统分析了王家岭煤矿综放工作面上覆岩层运动规律,在此基础上,开展了现场卸压区瓦斯抽采试验。研究结果表明：随工作面推进,煤层顶板上覆岩层垮落高度距煤层底板距离增大,离层裂隙距顶板距离增大,空洞高度减小;采空区两侧瓦斯运移通道的裂隙多于压实区的裂隙。初次来压前,采空区垂直应力随工作面的推进而降低;初次来压后,采空区垂直应力随工作面的推进而增大。在进、回风巷顶板,煤层、采空区顶底板共发生2 572个微震事件,工作面前方50 m范围内应力集中较大,应注意超前支护防范。12301工作面周期来压步距20～26 m,采动裂缝带高度90～110 m,周期来压4～6次。现场卸压区瓦斯抽采试验中,合理层位工作面瓦斯抽采量是其他层位工作面瓦斯抽采量的1.5倍,且工作面上隅角和回风流瓦斯浓度均小于0.8%,瓦斯治理效果显著。     

综采面高抽巷合理布置位置确定及效果考察

数值模拟分析表明采煤工作面煤层上方13~20 m为卸压抽采空区瓦斯的合理区间,确定205工作面高位抽采巷布置在煤层上方15 m位置。效果考察表明,205工作面高抽巷瓦斯抽采浓度提高了2%,抽采量增加了35%,明显减少了瓦斯超限次数,使得工作面推进速度得到保障。     

深井煤层群首采层Y型通风工作面采空区卸压瓦斯抽采与综合治理研究

以朱集煤矿1111(1)工作面为例,针对深井高瓦斯低透气性煤层群首采层开采卸压瓦斯治理难题,将Y型通风工作面采空区瓦斯运移规律与采空区内部空隙储存卸压瓦斯的优势相结合,提出并实施了强化留巷墙体封闭和Y型通风工作面留巷段采空区卸压瓦斯抽采技术,结合地面钻井抽采采动上部卸压煤层瓦斯,实现了深井煤层群首采层工作面的安全高效回采。1111(1)工作面回采期间,绝对瓦斯涌出量最大72.39 m3/min,平均为43.64 m3/min,在工作面风量2290~2700 m3/min条件下,回风流瓦斯体积分数0.6%以下,平均瓦斯抽采量34.27 m3/min,其中埋管抽采瓦斯纯量平均为21.94 m3/min,占瓦斯抽采总量的64%,工作面回采期间瓦斯平均抽采率为78%,研究成果为今后类似深井煤层群首采层开采的卸压瓦斯抽采和治理提供技术指导。     

底抽巷一巷两用瓦斯治理技术实践

为解决保护层开采瓦斯抽采中底抽巷利用率不高,工作面瓦斯浓度控制效果差,巷道及钻场布置成本较高的弊端,结合顾桥煤矿的地质条件,合理确定底抽巷的位置及瓦斯抽采钻孔的布置,采用底抽巷"一巷两用"瓦斯抽采方法,既抽采上覆被保护层的卸压瓦斯,又抽采下伏保护层回采后采空区及上隅角的瓦斯。采用底抽巷抽采后:被保护层瓦斯最大和最小残余瓦斯压力分别为0.49、0.21 MPa,平均0.38 MPa,较煤层原始瓦斯压力0.67 MPa明显降低。随着抽采进行,回风流瓦斯体积分数控制在0.17%左右,上隅角瓦斯体积分数在0.7%以下,瓦斯抽采体积分数在30%左右,抽采量在50 m3/min以上。     

沙区矿保护层卸压瓦斯抽采技术研究

为防治沙区矿近距离煤层群瓦斯,研究了保护层卸压瓦斯运移规律,根据卸压瓦斯赋存特点,设计了保护层卸压瓦斯综合抽采技术:通过保护层本煤层钻孔抽采本煤层卸压瓦斯;通过顶板高位钻场钻孔抽采顶板裂隙富集瓦斯;通过沿空留巷墙体埋管抽采下煤层群卸压瓦斯。监测结果表明:被保护层煤层经卸压开采后,瓦斯抽采效果明显改善;保护层回风巷瓦斯浓度由0.58%降低至0.40%;经有效管理,沿空留巷埋管瓦斯抽采效果得到好转;保护层工作面瓦斯抽采纯量稳步提高,平均瓦斯抽采量为19.44 m~3/min,瓦斯抽采效果良好。     

近距离突出煤层群煤巷瓦斯预抽设计研究

针对近距离突出煤层群采动影响下的邻近层瓦斯涌出治理难度大的问题,根据矿井煤层瓦斯含量高,煤层透气性差的特点,结合矿井突出规律、抽掘采部署实际情况以及相似矿区的瓦斯治理方式,提出煤巷条带瓦斯预抽设计,优化抽采钻孔参数,合理布置瓦斯预抽巷,提高瓦斯抽采率,有效解决了瓦斯涌出问题,为矿井瓦斯抽放提供必要的技术指导。     

近距离高瓦斯煤层群底抽巷煤与瓦斯共采实践

针对近距离煤层群高瓦斯工作面的地质及回采条件,建立采场底板卸压数值分析模型,选取膨胀量和卸压系数两个指标分析了底板煤岩层运移和应力变化特征,指出作用于底板煤岩层应力的急剧增大与减小导致出现卸压膨胀现象,随工作面推进范围扩大,最终膨胀量和卸压系数大小分布呈现马鞍型。为减少底板煤岩体内卸压瓦斯涌入工作面,采用底抽巷治理瓦斯的方案,提出了底抽巷的布置原则。工程试验中,底抽巷顺层钻孔抽采瓦斯纯量及浓度逐渐稳定在最高值7 m~3/min和50%,工作面回风流及尾巷风流瓦斯浓度稳定在0.55%及0.6%以下,实现了煤与瓦斯共采。