煤层群煤与瓦斯安全高效共采体系及应用

提出了高瓦斯煤层群煤与瓦斯安全高效共采的概念：在煤层群开采条件下，首先开采瓦斯含量低、无突出危险的首采煤层，利用其采动影响使处在其上部和下部的煤层卸压，煤层透气性成百倍地增加，从而形成高效的瓦斯抽采条件．同时进行的卸压瓦斯高效抽采既解决了由卸压煤层向首采煤层涌出瓦斯问题，保障首采煤层实现安全高效开采，又大幅度地降低了卸压煤层的瓦斯含量，消除了煤与瓦斯突出危险性，为在卸压煤层内实施快速掘进与高效采煤方法提供了安全保障，从而实现了瓦斯与煤炭两种资源的安全高效共采．文中介绍了针对不同卸压瓦斯流动特点的近程、中程和远程卸压瓦斯抽采方法及工程应用实践，最后对高瓦斯煤层群煤与瓦斯安全高效共采体系的应用前景进行了分析．     

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。     

低透气性近距离强突出煤层群瓦斯治理模式研究

低透气性近距离强突出煤层群首采层打钻极易喷孔,引发瓦斯安全事故。以皖北煤电祁东煤矿II三采区为例,基于首采层7₁煤分段压裂水平井预抽煤层瓦斯改性效果和上区段8₂煤定向长钻孔拦截抽采下临近层9煤卸压瓦斯效果,提出了综合运用分段压裂水平井、定向长钻孔、地面钻井、多用底板巷、顶板走向钻孔等技术的瓦斯治理模式,可有效减少井下工程量,提高钻孔施工及抽采效率,保证煤层安全高效开采。该模式演变后可进一步减少巷道和钻孔工作量,有效缓解接替紧张压力。     

基于卸压开采的下向穿层钻孔抽采瓦斯技术

为了实现下伏被保护层的卸压瓦斯抽采最大化,本文提出了保护层开采采用“Y”型通风沿空留巷技术,同时配合下向穿层钻孔的立体式抽采瓦斯技术,优化确定了下向钻孔的技术参数、施工时间、粉尘防治等工艺难题。工程实践表明,下向穿层钻孔单孔抽采瓦斯纯量可达0．2m^3/min,最大约0．45m^3/min,浓度高达60～90％,高效稳定时间约20～30d,可实现卸压瓦斯的抽采最大化。     

低透气煤层预裂瓦斯运移数值模拟及抽采试验

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难问题,利用数值模拟软件RFPA^2D—Flow再现了采取煤层深孔爆破预裂后,瓦斯在煤层及爆生裂隙中的流动规律。研究结果表明,预裂圈内煤和岩石的孔隙率大大提高,煤层透气性显著增加,但当裂隙圈之间不相交时,瓦斯同样很难在完整的低透气性煤体中运移,因此只有当抽采瓦斯钻孔处在裂隙圈中才能高效抽采瓦斯。现场试验证实,低透气性煤层预裂后,有效导通裂隙增加,布置在裂隙圈内抽采瓦斯钻孔可以获得高效抽采瓦斯效果,从而降低煤与瓦斯突出危险性。     

采煤工作面“爆注”一体化防突理论与技术

煤与瓦斯突出是深部高瓦斯矿井安全开采的最大障碍之一,回采工作面前方卸压区长度短、应力集中系数大、煤体干燥是诱发采面煤与瓦斯突出事故的主要因素.为了消除回采工作面突出危险性,提出了采面"爆注"一体化防突理论与技术——在采面前方应力集中区内实施爆破作业,降低煤体承载能力,迫使采面超前应力集中向深部推移,增大卸压区长度;通过爆破在应力集中区内产生新的煤层裂隙,促进新生裂隙和卸压区内裂隙连通,为应力集中区内煤层瓦斯释放提供了通道,降低煤层瓦斯含量;爆破能增加煤层裂隙,有效提高煤层注水效率,提高煤体的塑性,驱替煤层瓦斯流动、并抑制残余瓦斯解吸速度,降低突出危险性.研发的"爆注"一体化成套装备实现了同一钻孔内装药、水封耦合爆破、煤层注水的一体化安全高效作业;首创的水封耦合正向起爆方法能显著提高爆炸能量的利用率,并降低爆炸冲击波对封孔器的冲击力,有效延长封孔器的使用寿命.在平煤股份有限公司八矿孤岛工作面的试验结果表明:单个钻孔的"装药-封孔"一体化作业时间从传统40～60 min缩减到10～15 min;单个钻孔的封孔材料从约120 kg缩减到不足20 kg;"爆注"一体化作业实施后,采面超前应力峰向深部转移约6 m,卸压区长度显著增加,采面突出危险性降低;试验中用18个"爆注"一体化钻孔的消突效果和144个普通超前钻孔相当;单个钻孔注水量提升约23倍,煤层塑性显著提高,采掘过程中产生的粉尘浓度显著降低.     

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.     

高瓦斯特厚煤层煤与卸压瓦斯共采原理及实践

论述了高瓦斯低透气性有煤与瓦斯突出危险特厚煤层和上覆采动断裂带有高瓦斯涌出的特厚煤层两种煤与瓦斯高产高效卸压共采模式、原理及其实践所取得的丰硕成果。阐明了现场考察得出的煤层采动引起远程上覆煤层卸压变形规律与卸压瓦斯抽采规律。     

近距离煤层群首采保护层工作面瓦斯综合治理技术研究

瓦斯治理仍是世界性难题。本文针对赤峪煤矿近距离高瓦斯煤层群首采保护层C0202工作面瓦斯治理问题,提出了沿空留巷Y型通风配合本煤层顺层钻孔、两巷底板穿层钻孔、顶抽巷高位穿层钻孔、采空区埋管的＂五措并举＂治理措施,实现了工作面成功连续留巷200m,瓦斯抽采率高达70%,回风流瓦斯浓度控制在0.4%左右的效果,保证了工作面的安全高效开采。该研究成果可为赋存条件相似的煤层群开采瓦斯治理提供借鉴。     

孟津煤矿顺层抽采钻孔合理封孔深度

瓦斯抽采钻孔作为瓦斯抽采的源头,其合理封孔深度直接影响着瓦斯抽采的效果.为了确定适宜孟津煤矿顺层抽采钻孔的合理封孔深度,采用钻屑解吸指标法、钻屑量法测定了卸压区的范围.在卸压区范围的基础上,使用瓦斯运移规律测试装备考察分析了顺层抽采钻孔在不同封孔深度下的轴向瓦斯运移规律,并确定了瓦斯运移负压影响区.最后,根据瓦斯运移负压影响区,确定了孟津煤矿顺层抽采钻孔的合理封孔深度并提出了"抽采钻孔合理封孔深度应超出瓦斯运移负压影响区"的理论.通过在孟津煤矿的现场应用,表明使用该方法确定的合理封孔深度科学、可靠,有效地提高了预抽瓦斯体积分数,进而提高了瓦斯抽采效率;同时,可为其它矿井合理封孔深度的确定提供了分析参考.     

两软一硬煤层突出控制因素与发生规律

针对两软一硬煤层特殊的瓦斯地质条件,以云盖山井田一矿二1煤层为例,探寻了两软一硬煤层煤与瓦斯突出的控制因素,分析了掘进工作面掘进期间突出预测指标的分布特征,总结归纳了"两软一硬"煤层煤与瓦斯突出发生规律.研究结果表明,由于地质构造变动,云盖山一矿二1煤层产状变化较大,煤层倾角发生急剧变化的地带,地应力集中;受层间滑动构造的影响,煤层厚度变化较大,具有突然增厚、变薄以至尖灭、挤灭现象;二1煤层构造软煤呈连续层状发育.因此,在煤层薄、厚交接处(煤层急剧变化带),小断层附近,应力集中,瓦斯积聚,煤体破坏严重,易发生突出.此项研究,可为地质条件类似矿井开展瓦斯地质研究和瓦斯灾害防治工作提供方法借鉴和理论指导.     

电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原理

研究了瓦斯对电磁辐射（ＥＭＥ）的影响规律及影响机制,对电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原理进行了探讨,研究结果表明：煤体变形破裂时,电磁辐射与煤岩体的载荷及变形破裂过程密切相关,煤体中的瓦斯能使电磁辐射增强,瓦斯在煤体中的流动及冲击能产生电磁辐射;电磁辐射强度和脉冲数两项指标综合反映了工作面丧方煤体的突出危险程度,用电磁辐射法预测预报煤与瓦斯突出是可行的,煤岩电磁辐射技术在预测煤与瓦斯突出和冲击地压等方     

瓦斯突出的气体介质条件

在研究瓦斯突出中的作用机理、煤的瓦斯吸附特性和煤的瓦斯放散特性的基础上,论述了瓦斯突出的气体介质条件,为认识瓦斯动力现象的本质提供了科学依据．     

煤层瓦斯实用动力学方程及其有限元解法

把瓦斯排放过程中煤层中孔、大孔和裂隙内的游离瓦斯和微孔、小孔内的吸附相瓦斯处理作准热力平衡、准化学势平衡状态，把吸附相瓦斯的解吸处理作游离瓦斯的不定常、连续分布解吸源，把游离瓦斯在煤层中的运动处理作多孔介质内不定常、可压缩、有连续分布源的线性渗流运动，然后利用守衡原理和达西渗流定律建立了煤层瓦斯实用动力学方程，并给出其Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元解法．文末，介绍了煤层瓦斯实用动力学方程的一个应用算例．     

构造煤及其对煤与瓦斯突出的控制作用

高空隙率、低透气性使构造煤能够保持较高的瓦斯压力 ;破碎性、“隔离”作用及“气垫”作用 ,使构造煤抵御外力作用的能力大大降低 ;构造煤变形幅度大的特性 ,为瓦斯的迅速解吸、放散和快速流动创造了条件 ;构造煤薄弱分层或“通道层”的存在 ,则为煤与瓦斯突出的初始激发和持续发展奠定了基础 ;上述因素的共同作用 ,影响和制约了煤与瓦斯突出的强度和分布 .尽管如此 ,一定厚度的构造煤的存在只是发生煤与瓦斯突出的必要条件和有利条件 ,而非充分条件 .     

新寨隧道煤与瓦斯突出危险性评价及揭煤施工设计

根据对新寨隧道地质勘测得到的煤系地层煤与瓦斯的各项物理力学参数,对煤与瓦斯的突出危险性进行了评价,并借鉴国内外揭煤施工的各种方法,设计了综合揭煤措施,对高瓦斯隧道煤系地层进行安全施工。可为类似条件下揭煤提供参考。     

煤与瓦斯共采技术的研究现状及其应用发展

论述了煤与瓦斯共采技术的重要性及其对煤矿绿色开采的意义，介绍了煤与瓦斯共采技术的研究现状及面临的新问题，并阐明了其理论依据，分析了煤与瓦斯共采在煤矿井下的成功经验，并举例说明了井下瓦斯抽放与地面煤层气开发有机结合的重要性，最后指出了煤与瓦斯共采应注意的问题以及今后的研究方向。     

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.     

安林煤矿煤与瓦斯突出区域危险性分布的探讨

通过分析安林煤矿煤与瓦斯突出特点及瓦斯赋存状况,研究和探讨了地质构造和岩浆岩侵入对煤质和瓦斯赋存的影响,测定了突出预测指标在煤层中的变化及其分布规律,对开采煤层进行了突出危险性区划.