高瓦斯煤层覆岩空间破裂微震探测及应用

为了解决主焦煤矿2308工作面开采过程中瓦斯隐患,利用理论计算方法对采动过程中冒落带及裂隙带高度等进行计算,并结合微震监测技术手段对采面回采过程中覆岩微震事件进行监测记录,以此分析采动裂隙带的空间位置,进而得到上覆岩层瓦斯富集区的空间位置,研究发现微震监测手段得到的采动裂隙带高度与理论计算的结果相近,即采动裂隙带高度在38m左右,工作面回采期间周期来压步距在14m左右。据此对高位瓦斯抽采钻孔进行优化设计,并对其抽采效果进行检验,发现优化后的高位钻孔瓦斯抽采量提升了162%,瓦斯抽采体积分数提升了210%,表明利用微震监测技术探测瓦斯富集区是可靠的。     

高瓦斯煤层覆岩活动规律研究

为了提高高瓦斯煤层采空区覆岩卸压瓦斯抽采效果,以微震监测的技术手段,对采动过程中采空区覆岩微震事件进行监测并记录,据此对采空区覆岩的破裂特征进行分析得到采动裂隙带的空间位置,进而判定采动覆岩高位瓦斯富集区。监测结果表明:工作面在回采期间周期来压步距约20 m,采动裂隙带高度约45 m,以此确定了高抽巷的垂距在38 m时最为合理,并利用理论计算的方法对此进行了验证。     

高强综放开采覆岩破断与瓦斯涌出微震响应规律及应用

为了解决高强度综放开采条件下的工作面卸压瓦斯治理问题,本文以王家岭矿12302综放工作面为研究对象,采用微震监测技术对工作面推进过程中产生的微震事件进行监测记录,配合工作面瓦斯涌出量监测,对工作面在推进过程中上覆岩层的破断情况和裂隙演化进行了分析,得出了微震事件发生与瓦斯涌出定量的表征关系,然后对工作面高位钻孔布置参数进行了调整,并对调整后的钻孔抽采效果进行了检验。研究结果表明：12302工作面周期来压步距在21 m左右,采动覆岩裂隙带主要分布在采空区顶板两侧,高度在55 m左右。工作面瓦斯涌出量和微震事件的频次呈线性相关,拟合公式为y=4.82+0.003 7x,可以根据此公式和监测所得的微震事件频次来预测工作面的瓦斯涌出量。调整布置参数后的高位钻孔瓦斯平均抽采浓度为7.9%和抽采纯量为1.16 m³/min,表明抽采效果较好。     

大倾角高瓦斯煤层采动覆岩“三带”微震监测及瓦斯抽采效果

为了明确大倾角高瓦斯煤层采动覆岩裂隙发育情况,提高卸压瓦斯抽采效果,运用了微震监测技术对新疆硫磺沟煤矿（4-5）06工作面推进过程中采动上覆岩层的微震事件进行实时记录,据此分析了采动上覆岩层的裂隙发育形态特征和演化趋势,且运用经验公式对微震监测结果加以验证,并结合监测结果对高位钻场瓦斯抽采参数进行了优化,检验了卸压瓦斯抽采效果。结果表明:（4-5）06工作面周期来压步距约15 m,采动覆岩断裂带高度约60 m,裂隙发育形态整体呈不对称椭抛带,其中心对称轴向回风巷一侧偏移。以此为依据,对高位钻场瓦斯抽采钻孔参数进行优化,设计高、中、低3个层位钻孔,且全部布置于靠近工作面一侧的瓦斯优势运移通道带以内区域。通过分析现场瓦斯抽采监测装置记录的数据发现,高位钻场中高、中、低3个层位钻孔瓦斯抽采浓度及抽采流量均呈现先增大后减小的趋势,且中层位钻场瓦斯抽采浓度明显高于其余层位。优化后高位钻场瓦斯抽采流量为63～85 m³/min,钻场瓦斯抽采体积分数为6.22%～10.94%,井下回风巷及上隅角瓦斯浓度均低于阈值1%,有效保证了工作面的安全推进。实践表明微震监测技术可有效运用于...     

基于采动覆岩裂隙特征的高位钻孔优化与分析

为了深入了解覆岩采动裂隙带内瓦斯富集运移区的变化规律,提高矿井采空区瓦斯抽采能力。以覆岩裂隙演化理论为基础,针对山西王家岭矿主采工作面,运用物理相似模拟的方法,研究了工作面采动影响下覆岩裂隙带及瓦斯富集运移区的变化规律,并以此研究结果,进行现场高位定向长钻孔优化设计。研究结果表明:上覆岩层裂隙及瓦斯富集运移区受采动影响,在第四次周期来压后裂隙充分发育,裂隙带高度在28～92.3m,但瓦斯富集运移区发育高度在第二次周期来压后稳定在52m以内。在现场试验中,对高位定向长钻孔参数进行优化调整,得到位于富集区内的钻孔抽采效果明显高于位于富集区外的抽采效果,且高位定向长钻孔稳定抽采期间抽采瓦斯占绝对瓦斯涌出量的55%～75%。研究结果为采动覆岩裂隙瓦斯富集运移区辨识、覆岩裂隙带瓦斯精准抽采提供一定的理论基础。     

采空区上覆岩层裂隙发育及瓦斯流动规律分析

针对煤矿采空区上覆岩层裂隙发育,采动裂隙瓦斯流动规律等对合理确定高位钻孔抽采区域的重要性,对采空区上覆岩层的裂隙发育规律和采动裂隙场的瓦斯流动规律进行分析,从采空区覆岩"竖三带"裂隙分布特征、采动裂隙"O"形圈以及U型通风采动裂隙瓦斯流动规律出发,找出采空区对工作面上隅角瓦斯超限影响较大的区域,得出高位钻孔的理论最佳抽采区域大致为工作面后方50 m区域,这个区域的覆岩裂隙发育情况是高位钻孔层位优化设计的关键,为高位钻孔抽采参数优化提供了理论基础。     

余吾煤业7602工作面“三带”发育规律相似材料模拟试验研究

为了研究采动条件下瓦斯运移与裂隙分布的动态关系,同时为治理采空区瓦斯提供指导,利用相似模拟试验研究了7602工作面采动覆岩裂隙发育规律。研究结果显示:7602工作面的初次来压步距大约有30 m,周期来压大约在16 m;"两带"发育高度约为90 m,其中冒落带高度为22 m,裂隙带高度为68 m。裂隙发育位置的确定,可以为高位钻孔和高抽巷终孔位置的确定提供依据,并且为矿井瓦斯抽采及瓦斯灾害、顶板冒落事故及透水事故防治等提供技术支持。     

基于采空区瓦斯运移规律的抽采钻场设计

为了对高瓦斯工作面采空区抽采钻场进行设计,使采空区及工作面上隅角瓦斯得到有效控制,通过数值模拟分析了采场覆岩结构及裂隙发育规律;根据模拟结果利用实验室试验分析了抽采钻孔在不同位置时采空区瓦斯的运移规律,得出终孔位置距煤层顶板上方30m左右,距回风巷水平距离10～20m时抽采效果最佳;且终孔高度应根据工作面覆岩结构形态有所区别,靠近回风巷的钻孔高度应控制在规则冒落带上部,靠近工作面中部的钻孔应布置在裂隙带内。     

采动覆岩裂隙分布特征的微震监测研究

基于工作面采动覆岩裂隙分布的微震监测结果,分析了微震事件分布与采动覆岩破裂的关系,采用经验公式和现场矿压监测结果,对比研究了采动覆岩裂隙分布特征。结果表明:沿竖直方向,微震事件在距离煤层0~40 m为高密度分布,在40~70 m内中密度分布,70 m以上为低密度分布;沿工作面倾斜方向,微震事件集中分布于3个区域,分别为机头区域Ⅰ、工作面45~90 m区域Ⅱ和90~120 m区域Ⅲ;基于微震监测推断得到的采动裂隙带高度(工作面煤层上方20~70 m范围),与基于经验公式得到的采动裂隙带高度约为80 m基本吻合;随工作面推进,微震事件能量具有周期性分布特点,周期步距平均为30 m,与支架工作阻力揭示的周期来压步距吻合。研究成果为采动覆岩裂隙分布特征研究和应用提供了一种监测方法。     

近距离高瓦斯煤层群采动裂隙带瓦斯抽采技术

为了解决沙曲矿近距离高瓦斯煤层群开采过程中瓦斯超限这一难题,运用理论分析和数值分析相结合的方法对沙曲矿南翼4号煤开采采动裂隙演化规律进行了分析,确定了高位裂隙钻孔组的合理布置位置。结果表明:采空区垮落带和裂隙带高度分别为8、36.5 m,贯通裂隙带距工作面顶板垂高8~23 m,非贯通裂隙带距工作面顶板垂高23~42 m,工作面上方22 m左右裂隙分布密集且覆岩整体结构相对稳定,将钻孔延深至该区域能有效提高瓦斯抽采的浓度、抽采量和稳定性。现场实践表明:利用DDR-1200型千米定向钻机,将钻孔布置在距工作面上方22 m处时,瓦斯抽采效果明显,平均瓦斯抽采体积分数90.68%,平均瓦斯抽采纯量达11.58 m3/min。     

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。     

主焦煤矿高位抽采问题探讨

以采空区上覆岩关键层理论、O型圈理论及采动裂隙椭抛带理论为基础,分析受工作面开采扰动后在采空区三维空间上构成的采空区上覆岩层中内外椭抛带之间形成的帽状采动断裂带的最佳高位钻孔抽采区域,并以主焦煤矿2308综放工作面的实际抽采设计、数据为辅助,佐证了该理论的正确性,并得出主焦煤矿2308综放工作面高位钻孔抽采的最佳水平位置应为距上隅角沿工作面倾向24～30 m的范围内。综合分析上覆岩动态冒落下,高位抽采的终孔位置选择与采空区漏风规律、采空区裂隙的发育程度及其关系,为同类型煤矿的安全生产提供借鉴。     

高位定向钻孔合理层位确定及抽采效果分析

为了有效解决临近层卸压瓦斯通过采动裂隙扩散至本煤层工作面，导致采空区上隅角及工作面回风巷瓦斯浓度超限的问题。以某矿9103工作面为工程背景，采用理论分析与数值模拟相结合的手段，对工作面上覆岩层裂隙演化规律进行分析研究。研究表明：采用UDEC数值模拟软件分析工作面上覆岩层破坏时垮落带和裂隙带演化规律及裂隙带高度分布范围与理论计算结果基本一致，覆岩垮落带最大高度4.9 m，裂隙带最高13.44 m。基于此，确定了工作面覆岩高位钻孔设计方案：在9#煤层上方10 m位置的粉砂岩中，采用高位钻孔技术抽采瓦斯，整体抽采浓度较高，进一步验证了高位钻孔布置参数设计的合理性。     

低瓦斯煤层高强开采覆岩卸压瓦斯抽采合理布置研究

针对低瓦斯厚煤层高强综放开采卸压瓦斯治理问题,采用物理模拟、数值分析和现场监测方法,研究工作面开采初期和稳定时期覆岩结构演化及裂隙场分布特征,揭示了考虑采动裂隙场的卸压瓦斯场分布特征;依据研究获得采动瓦斯聚集区分布,提出采用高位定向长钻孔治理采空区卸压瓦斯,并进行了效果检验。结果表明:工作面推进至135 m后,覆岩结构和裂隙演化基本稳定,垮落带发育高度为25～27 m,裂隙带发育高度为75～95 m,弯曲下沉带发育高度达到110 m左右;采动裂隙带瓦斯聚集区位于距回风巷25～55 m、高度距煤层顶板25～50 m范围内;高位定向长钻孔瓦斯抽采技术实施后,抽采平均浓度为5.8%,平均流量为0.71m~3/min,工作面上隅角和回风流瓦斯浓度均小于0.8%,瓦斯治理取得较好效果,为类似条件下的卸压瓦斯治理提供参考。     

倾斜综放工作面采动卸压瓦斯高位钻孔抽采技术研究

为解决工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题,针对硫磺沟煤矿主采工作面实际情况,采用物理模拟及数值模拟手段,对工作面采动覆岩"三带"及卸压瓦斯运移优势通道分布特征及规律开展研究,结合工作面实际情况设计高位钻孔抽采上隅角瓦斯,并对抽采效果开展实时观测与分析。结果表明:通过物理相似模拟实验,得到(4-5)04工作面覆岩"三带"高度,工作面初次来压、周期来压步距,裂隙区在切眼、工作面及进回风巷出的宽度等参数;综合分析数值模拟及现场观测结果得到工作面合理配风量及抽采负压;通过现场观测,得到高位钻孔抽采浓度为19.85%~23%,有效抽采段距离平均为54.5m,表明高位钻孔抽采方法和设计参数是科学有效的。     

高瓦斯倾斜煤层综放工作面抽采瓦斯技术

为解决工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题,针对硫磺沟煤矿(4-5)04工作面实际情况,采用物理相似模拟方法,对工作面采动覆岩"三带"分布特征及规律开展研究,结合工作面实际情况设计高位钻孔抽采上隅角瓦斯,并对抽采瓦斯效果开展实时观测与分析。研究结果表明:(4-5)04工作面上隅角处的垮落角为71°左右且顶板裂隙较为发育;该工作面垮落带高度为25~26.8 m,断裂带高度为109.2~110 m,初次来压步距为36 m,周期来压步距平均为16.6 m,切眼附近裂隙区宽度约为40 m,回风巷及进风巷附近约30 m,工作面附近约20~40 m;高位钻孔抽采浓度为19.85%~23%,抽采过程中上隅角及工作面的瓦斯浓度分别为0.15%~0.48%及0.08%~0.45%,避免了回采期间上隅角瓦斯超限,保证工作面安全高效回采。     

厚煤层双重卸压采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对下石节煤矿222工作面开采过程中双重卸压造成工作面瓦斯涌出量高导致瓦斯超限的安全难题,结合采动裂隙"O"型圈和"环形裂隙体"理论,在分析厚煤层综放开采双重卸压采动覆岩破坏特征的基础上;采用相似模拟和数值模拟研究了双重卸压工作面开采采空区覆岩裂隙演化模型,确定了裂隙场和应力场演化反馈机制,依据裂隙密度,将覆岩裂隙场划分为贯通渗透区、纵向渗透区和水平渗透区;结合Fluent模拟瓦斯流场运移机理,将双重卸压采空区覆岩裂隙场+应力场+瓦斯渗流场相互耦合,进一步补充了采空区瓦斯流场规律:低位低浓度瓦斯流动带和高位高浓度瓦斯流动圈;提出了双重卸压采空区卸压瓦斯治理方式为复合采空区高位定向钻孔瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:确定卸压瓦斯抽采富集区域范围为回风侧偏向工作面宽度40 m,距离煤层顶板60.8 m以上150 m以下范围内;通过在复合采空区将高位定向钻孔瓦斯抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度低于0.8%,工作面及回风巷瓦斯浓度低于0.3%。     

特厚煤层综放开采定向长钻孔瓦斯抽采技术

为了解决玉华煤矿特厚煤层综放开采条件下采空区瓦斯涌出量大的问题,开展特厚煤层综放工作面覆岩裂隙演化物理相似模拟实验。掌握特厚煤层采动覆岩裂隙分布特征、“三带”高度及底板应力变化规律,以此为基础设计试验工作面采空区瓦斯抽采钻孔的合理层位,最终以卸压瓦斯抽采效果为考察指标,利用定向长钻孔代替常规高位钻孔对抽采钻孔层位布置的合理性进行验证。结果表明,工作面冒落带高度22 m,冒采比2.2,裂隙带高度140 m,裂采比14。参考矿井实际顶板垮落情况,确定顶板定向长钻孔的3个合理终孔层位分别为7 m、15 m、40 m。通过瓦斯抽采效果对比得到定向长钻孔的瓦斯抽采浓度和有效抽采距离均比普通钻孔提高了1倍以上,抽采效果良好。     

厚煤层采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对崔家沟煤矿2303综放工作面瓦斯涌出量高易造成瓦斯超限的安全难题,应用采动裂隙椭抛带理论,在分析特厚煤层综放开采覆岩破坏特征的基础上,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟试验研究了采空区覆岩"三带"演化规律,建立了采动裂隙椭抛带数学模型,确定出了覆岩裂隙瓦斯抽采有利区,提出了低-中-高位钻孔相组合的瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:2303综放工作面垮落带高度为33 m,断裂带高度为110 m,距离煤层底板35 m以上55 m以下与外椭抛面交集的范围为瓦斯抽采的有利区域;通过低-中-高位钻孔抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度小于0.6%,回风巷瓦斯浓度小于0.5%,有力保障了工作面的安全高效回采。     

综放工作面高位定向钻孔布置优化分析

为了研究综放工作面高位定向钻孔合理布置参数,以王家岭矿12318工作面采空区为研究对象,利用数值模拟软件建立了覆岩数值模型,分析了采空区覆岩应力和裂隙分布特征,定量化指出了采空区覆岩裂隙带分布范围,对高位定向钻孔的合理布置参数进行了优化设计,并考察了优化后高位定向钻孔的抽采效果,验证了分析结果的可靠性。结果表明:高位定向钻孔经优化后平均抽采瓦斯浓度提高1.0倍,平均抽采瓦斯纯量提高1.1倍,工作面上隅角及回风流瓦斯浓度明显降低,有效提高了采空区瓦斯抽采量。