采煤工作面瓦斯抽采有效半径现场测定方法

为解决潘西煤矿6199采煤工作面本煤层预抽瓦斯抽采浓度低、抽采流量低等问题,通过采取数值模拟与SF₆示踪气体现场实测相结合的方法进行了抽采有效半径的测定,得到了孔径94 mm的本煤层瓦斯抽采钻孔抽采有效半径是2.8 m。根据抽采有效半径进行科学布置钻孔间距,抽采浓度、抽采流量得到提高,获得了较好的抽放效果。     

高位钻孔终孔间距与钻孔个数对抽采量的影响分析

利用Fluent数值模拟软件对王庄矿8101工作面高位钻孔抽采时的不同终孔间距与钻孔个数时的抽采纯量、上隅角瓦斯浓度进行数值模拟,并对不同终孔间距与不同钻孔个数时的抽采纯量、上隅角瓦斯浓度进行分析。分析结果表明:随着终孔间距的增加,抽采纯量呈现先增加后减小的趋势,并确定2个钻孔时终孔间距为6 m时的抽采纯量最大,上隅角瓦斯浓度呈现先减小后增加的趋势;随着钻孔个数的增加,抽采纯量逐渐增加,但抽采纯量的增加量逐渐减小,上隅角瓦斯浓度逐渐减小,但上隅角瓦斯浓度的减少量逐渐减小。     

基于CFD数值模拟的顶板走向长钻孔 瓦斯抽采效果及参数优化

为了提高龙泉矿4301综放工作面顶板走向长钻孔的瓦斯抽采效果,采用Fluent数值模拟软件研究长钻孔抽采前后采空区瓦斯分布特征,通过对比分析钻孔终孔于不同层位下钻孔的瓦斯抽采效果,确定了顶板长钻孔布置的基本原则和最佳布置层位,并以此对钻孔间距和钻孔数量进行优化设计,现场验证结果表明:随着钻孔间距的增大,钻孔抽采瓦斯纯流量先增加后减少,上隅角瓦斯浓度呈现"高—低—高"的变化趋势,且在钻孔间距为10 m时抽采瓦斯纯流量达到15.72 m~3/min,上隅角瓦斯浓度基本在0.54%左右;随着钻孔数量的增加,上隅角瓦斯浓度逐渐降低且降速逐渐减小,抽采瓦斯纯流量逐渐增加但增速减小。综合考虑瓦斯抽采效果及钻孔工程量,优化确定钻孔终孔垂直高度为25 m,钻孔数量为5个,钻孔间距为10 m,此条件下瓦斯抽采效果较佳。     

采煤工作面顶抽巷抽采气体来源及范围测定

为了解同忻矿8309综放工作面顶抽巷瓦斯浓度偏低的原因,采用SF₆示踪气体测定技术来确定顶抽巷抽采气体来源和抽采影响范围。测试结果表明,顶抽巷抽采气体来源为工作面新鲜风流及采空区,抽采影响范围约为20 m,工作面漏风是造成顶抽巷瓦斯浓度偏低的主要原因,提出了减少漏风的措施。     

双排水力割缝钻孔参数优化研究与应用

为了实现工作面快速消突,提出布置双排瓦斯抽采钻孔,并实施水力割缝。通过数值模拟,研究不同割缝深度、孔间距、布孔方式对抽采效果的影响。结果表明：单孔有效抽采半径随割缝深度的增加而增加,但增速逐渐放缓,根据数据拟合结果,确定割缝深度为1.5 m;双孔抽采时,钻孔间距越小,瓦斯压力越低,最终确定钻孔间距为7 m;正方形布孔和菱形布孔均可以实现消突目的,正方形布孔覆盖面积大,选择该方式。现场试验表明,水力割缝正方形双排钻孔抽采效果良好,可以达到消突的目的。     

本煤层瓦斯抽采半径测定技术研究与实践

为快速准确测定顺层钻孔的瓦斯抽采半径,采用SF_6气体示踪法作为测试方法,在唐山矿T_3285工作面沿煤壁布置平行试验钻孔,选定两端的其中一个钻孔作为SF_6气体的释放孔,其余作为抽采检测孔,在一定的抽采负压下,依次检测SF_4气体在抽采检测孔中出现的时间,可确定瓦斯抽采半径。结果表明,瓦斯抽采时间与抽采半径呈现幂函数关系,钻孔直径75 mm,抽采负压14 kPa条件下,抽采30 d时瓦斯抽采半径为4.2 m,当钻孔间距大于4.2 m时抽采所需天数可通过回归的方法计算得出。     

基于水射流割缝煤层区域动态指标研究

基于水射流割缝煤层增透技术,分析了割缝后煤体应力分布状态,计算了割缝钻孔径向应力和切向应力。在理论分析水射流割缝钻孔影响半径的基础上,确定基于水射流割缝钻孔布置的技术工艺。根据现场实测数据,统计分析了动态指标,对水射流割缝后煤层瓦斯抽采增透效果进行了验证。中兴矿现场试验表明:与常规钻孔相比,采用水射流割缝钻孔瓦斯抽采浓度提高3.6倍、流量提高2.7倍、纯流量提高9.7倍;上覆三采西翼回风巷平均风排瓦斯涌出量最大减少0.68 m^3/min,降低26.98%;水射流割缝钻孔段瓦斯含量降低0.48 m^3/t;抽采半径为3.0 m时,水射流割缝钻孔段抽采时间41 d,相比常规钻孔抽采时间缩短43 d。     

王坡煤矿掘进工作面水力增透技术研究及应用

为有效解决王坡煤矿破碎煤层条件下预抽效率低、预抽达标时间长、巷道掘进速度慢等问题,在3310运输巷掘进工作面试验与应用超高压水力割缝卸压增透技术。通过钻孔屑量、瓦斯抽采效果及抽采半径考察分析得出了割缝半径1. 46～1. 61m,单孔抽采流量可提高1. 5～5. 5倍,预抽7d后孔底间距5m布置的预抽孔可抽采达标。结果表明:超高压水力割缝技术能够有效改善煤层预抽效果,大幅提高瓦斯抽采效率,缩短抽采达标时间,进而将煤巷掘进速度提高35%。此外水力割缝技术可增大钻孔有效影响半径,减少预抽钻孔工程量。     

碎软煤层超高压水力割缝增渗技术及应用

为了解决矿井高构造应力区域瓦斯抽采效果差、钻孔垮孔严重、瓦斯抽采浓度低等问题,以赵家寨煤矿14201工作面为研究对象,在预抽煤层瓦斯时采用水力割缝增渗技术,分析了该技术的增透原理,并在14201工作面回风巷进行了对比试验。结果表明：水力割缝增渗技术明显比未割缝抽采技术的渗透性好,增渗区域瓦斯含量明显降低,提高了瓦斯抽采浓度和抽采效果。采用水力割缝工艺后,瓦斯抽采日纯量平均为130 m³/min,是未割缝区域钻孔的瓦斯抽采纯量51.42 m³/min的2.5倍,同时割缝抽采28 d后,瓦斯含量由8.91 m³/t降低到5.74 m³/t,达到了突出煤层消突的目的。     

水力割缝技术在松树镇煤矿的应用研究

低透气性煤层卸压增透技术严重制约煤层瓦斯抽放。针对松树镇煤矿煤层赋存条件,应用水力割缝技术对该矿回采工作面进行了卸压增透,并通过钻孔瓦斯浓度、抽采负压及钻孔瓦斯流量对水力割缝效果进行考察。结果表明,实施水力割缝技术后,钻孔瓦斯浓度明显上升,考察周期内,绝大部分钻孔瓦斯浓度高于10%;各钻孔的抽采负压数值稳定,钻孔瓦斯总平均流量达到0.034 m³/min,远高于普通钻孔的平均流量0.005 m³/min。     

基于煤层原始瓦斯含量和压力的割缝钻孔有效抽采半径测定

为了准确测定割缝钻孔的有效抽采半径,基于煤层原始瓦斯含量和压力,通过将预抽率30%与残余瓦斯含量8 m3/t这2个消突指标相结合,提出了新的割缝钻孔有效抽采半径判定指标:当煤层原始瓦斯含量11.3 m3/t时,将压降大于煤层原始瓦斯压力的50%作为确定有效抽采半径的指标;当煤层原始瓦斯含量11.3 m3/t时,将压降64/q2作为确定有效抽采半径的指标。在杨柳煤矿进行了现场试验,最终确定割缝钻孔的有效影响半径为5 m。通过对抽采指标及残余瓦斯含量的考察,验证了上述指标的有效性和可靠性。     

CO2预裂增透技术在屯兰矿的应用

为解决西山煤电井下工作面瓦斯抽采浓度低、流量小的问题，采用数值模拟及现场实测等研究手段，探索液态CO₂预裂爆破轴向影响距离变化规律，分析得到爆破前后煤层钻孔瓦斯抽采有效影响半径可由1.6 m增大到4.0 m；通过屯兰矿22306工作面及28115工作面进行的工业试验，结果表明：CO₂预裂爆破后瓦斯抽采浓度及抽采混合流量均有不同程度的提高。     

深部低透气煤层高压水力割缝技术应用及效果分析

深部煤层开采时,煤体透气性低、瓦斯压力大,采前瓦斯抽采困难,严重制约煤矿企业的安全生产。为了提高深部矿井低透气性煤层的瓦斯抽采效率,防治煤与瓦斯突出危险,提出采用顺层钻孔高压水力割缝技术的煤层增透方案,并将该技术应用于平顶山十矿己_15-16-24130工作面。结果表明,实施水力割裂后钻孔内瓦斯流量大幅提升,变化最小的检验孔瓦斯流量由0.08 m³/min提升至0.12 m³/min,升高50%:高压水力割缝孔布置间距为8 m、水力割裂半径为1 m时,割裂孔的影响半径为4 m;高压水力割缝后距割裂孔1.5 m和4.0 m处煤层透气性分别为2.76 m²/(MPa²·d)、1.28 m²/(MPa²·d),相较割裂前煤层透气性分别提升了145.3倍和67.15倍。     

碎软煤层顺层钻孔水力割缝增透技术研究

为了解决碎软突出煤层透气性差、瓦斯抽采时间长、抽采难度大的问题,将高压水力割缝技术应用于碎软突出煤层顺层钻孔瓦斯抽采中。在新疆艾维尔沟矿区4号煤层开展了水力割缝试验,施工了7个高压水力割缝钻孔和7个普通抽采钻孔,考察了割缝压力和割缝半径,比较了瓦斯抽采效果。研究表明:4号煤层的割缝压力在55 MPa左右较为合理。在55 MPa割缝压力下割缝5 min,割缝半径大约为0.89 m;下向钻孔不适合采用高压水力割缝措施。水力割缝钻孔与普通抽采孔抽采效果相比,日单孔抽采浓度、单孔抽采流量和抽采纯量至少能提高2倍以上。水力割缝钻孔抽采的前22 d抽采效果明显优于普通抽采孔,但衰减速度很快,大约30 d后,二者抽采效果基本接近。     

瓦斯抽采半径及合理布孔间距测定

马家田煤矿21064工作面采用顺层钻孔抽采瓦斯作为区域防突措施。为了给瓦斯抽采钻孔的布置提供理论依据,需要确定瓦斯抽采半径以及合理的布孔间距。布孔间距是由瓦斯抽采钻孔有效半径决定的,采用压降法和示踪气体法测试抽采影响半径,采用压降法和流量法计算有效抽采半径。现场3组抽采观测孔连续采集50 d的钻孔瓦斯抽采参数,绘制了参数随时间变化曲线,分析得出了瓦斯抽采影响半径与预抽时间的关系公式,确定出抽采极限影响半径为5.4 m。M6煤层回采工作面抽采达标时瓦斯预抽率应不小于37.5%,分析瓦斯抽采流量规律得出M6煤层瓦斯抽采有效半径公式。对应不同预抽期,计算出M6煤层顺层预抽钻孔的理论最大孔间距分别为1.06、1.56、1.82、1.94、2.00 m,对应合理布孔间距分别取1.0、1.5、1.8、1.9、2.0 m。     

余吾矿N1103工作面高压水射流割缝效果分析

为了研究高压水射流割缝技术在余吾矿的应用效果,采用理论分析与现场测试相结合的方法,在该矿N1103工作面运输顺槽进行施工。选择瓦斯抽采浓度、抽采有效半径作为评价指标。通过对实施高压水射流割缝技术的钻孔和未实施该技术的钻孔进行对比,发现实施后的钻孔瓦斯抽采浓度提高了近20%,有效抽采半径提高到原来的近3.5倍,验证了高压水射流割缝技术在余吾矿的适应性。     

锥-柱组合型喷嘴割缝增透技术在中兴矿的应用研究

针对高瓦斯低透气性煤层抽采效率低下,利用水力割缝增透技术提高瓦斯抽采率,割缝设备使用锥-柱组合型喷嘴。为了获得锥-柱组合型喷嘴水力割缝本煤层的增透效果,以中兴矿1415工作面为研究对象,通过理论分析、数值模拟和现场试验的方法研究此种形式的喷嘴的增透效果。数值模拟结果表明:位于喷嘴周围的水射流能量达到最大,伴随着水射流逐渐远离喷口,其能量在逐步减弱,在水射流的中轴线两侧能量呈现对称分布,当收缩角达到30°时,水射流的射程最远,衰减速度最缓慢。工业试验发现:实施水力割缝增透措施后的钻场瓦斯抽采纯量明显比未开展水力割缝增透措施的钻场高,12、13#钻场(6m抽采半径)的平均瓦斯抽采纯量比14、15#钻场(8m抽采半径)增加了0.07m3/min,因此6m抽采半径的12、13#钻场抽采效果最佳。     

基于COMSOL Multiphysics模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究

为考察坪上煤业主采3号煤层的合理抽采钻孔间距,利用瓦斯在煤层中的运移和渗流规律,结合实测煤的参数条件,在相同的抽放负压、抽放时间等影响条件下,运用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了不同钻孔间距时所抽煤层在抽采时间为400 d时钻孔影响范围内煤体瓦斯含量变化规律,得出了满足抽采时间条件下的合理钻孔间距为5 m。结合矿井2305（上）回采面巷道内开展了不同钻孔间距实测,在相同的瓦斯地质参数及抽采系统条件下,连续抽采且观测时间达到400 d时各钻孔的瓦斯抽采纯量和钻孔浓度变化。确定了在抽采时间达到400 d时,抽采钻孔间距为5 m时的钻孔瓦斯浓度为35%、流量为0.04 m3/min,受抽采系统影响明显;而间距在6 m的钻孔的流量和浓度仍保持自然衰减特征。模拟和现场实测均验证了该矿瓦斯抽采钻孔间距布置以5 m最佳,该研究为实际生产过程中确定合理的钻孔间距提供理论依据,为矿井瓦斯抽采布局及瓦斯治理提供了技术保障。     

基于煤体各向异性的煤层瓦斯有效抽采区域研究

为了探究影响射流割缝钻孔周围有效抽采区域变化的因素,基于煤体的各向异性考虑了瓦斯抽采过程煤体应变场和瓦斯渗流场的耦合作用,探讨了不同垂直地应力、初始瓦斯压力以及初始渗透率等参数对射流割缝钻孔有效抽采区域的影响规律。结果表明:垂直地应力越大,煤体的渗透率越低,有效抽采区域逐渐减小;初始瓦斯压力越大,抽采相同时间后瓦斯压力越难降至0.74 MPa以下,有效抽采区域逐渐减小;初始渗透率越大,煤体裂隙瓦斯流动速度越快,导致在相同抽采负压下有效抽采区域逐渐增大。各向异性煤体的模拟结果与现场测试结果基本相符,证明了各向异性煤层垂直层理方向有效抽采半径是现场布孔的合理指标。     

高压水射流割缝增强瓦斯抽采及防喷孔技术研究

针对平顶山矿区地质构造复杂、瓦斯含量高及煤层透气性系数低等赋存特性,提出利用高压水射流割缝实施钻孔割缝,使煤体卸压、增透,以达到增强瓦斯抽采能力的目的.结果表明,水力割孔比普通孔抽采瓦斯量大幅提高,割缝后邻近的普通孔的瓦斯抽采浓度分别为割缝前的1.1倍和1.9倍,可见采用高压水射流割缝时瓦斯抽采平均浓度较割缝前急剧上升,且割缝还“激活”了邻近的普通瓦斯抽采钻孔,致使瓦斯抽采浓度发生突跃.另外为抑制水力割缝诱发的喷孔现象,避免施工巷道瓦斯超限,还提出一种防喷孔装置,该防喷孔装置使巷道内最高瓦斯体积分数由0.61％降至0.3％以下,全尘质量浓度由75 mg/m3降至8 mg/m3左右,呼吸性粉尘质量浓度由20 mg/m3降至2 mg/m3以下,可见此装置不仅大幅降低了巷道内瓦斯浓度,还起到了显著的降尘效果.