走向高抽巷瓦斯抽采技术应用研究

随着开采深度的增大,某矿采煤工作面的瓦斯涌出量日益增大,尤其是回风巷及工作面上隅角瓦斯问题,制约着工作面的安全持续生产。目前采用的本煤层抽采虽取得一定消突效果,但是上隅角瓦斯超限时有发生,为更好地解决这一问题,选择在顶板布置走向高抽巷的治理方案。但目前高抽巷布置层位及高度多根据经验确定,很多高抽巷并不能有效降低工作面瓦斯,因此准确选定高抽巷位置对于上隅角瓦斯治理有着重要意义。基于理论计算,结合某矿地质及开采条件,在12061工作面进行了现场试验,确定了走向高抽巷的合理布置位置,为矿井后续工作面的高抽巷布置提供有效的经验。     

首采煤层顶底板围岩裂隙内瓦斯储集及卸压瓦斯抽采技术研究

低透性松软高瓦斯煤层群首采层开采过程中，顶低板岩层冒落、移动，产生裂隙，开采煤层和邻近卸压煤层内的瓦斯将大量卸压、解吸，卸压瓦斯沿裂隙通道汇集到环形裂隙圈内，形成瓦斯积存库。本文将论述环形裂隙圈位置的确定方法，分析裂隙圈内瓦斯积存的过程，介绍将抽采钻孔和巷道布置在首采层的顶板环形裂隙圈内进行瓦斯抽采的技术和效果。     

高瓦斯薄煤层采动裂隙演化规律及瓦斯抽采技术

针对鸡西矿区某矿薄煤层工作面瓦斯涌出量大,现有风排措施难以控制,需采用抽采措施减小瓦斯量的问题。运用理论计算及数值模拟分析了顶板采动裂隙的发育规律,发现薄煤层工作面顶板环形裂隙圈的宽度较小,且不能使上部亚关键层破断,使得亚关键层及以上岩层中不能发育贯通裂隙富集瓦斯。因此应将抽采工程布置在亚关键层下的裂隙带内,根据分析进行了抽采工程设计并取得了良好的应用效果。     

采空区高位瓦斯抽采技术应用研究

魏家地矿北1103工作面在回采过程中,采空区瓦斯会大量涌入工作面造成上隅角和回风巷瓦斯超限。为治理采空区瓦斯,计算钻孔参数并设计布置方案,在北1103工作面回风巷先后开掘1号、2号钻场,利用高位瓦斯钻孔接续进行瓦斯抽采作业并监测分析上隅角及回风巷瓦斯变化情况。治理结果显示,1号钻场抽采期间,工作面上隅角平均瓦斯浓度为0.48%,回风巷平均瓦斯浓度为0.25%;2号钻场抽采期间,工作面上隅角平均瓦斯浓度为0.37%,回风巷瓦斯浓度为0.22%;平均瓦斯浓度均在0.5%以下,未发生瓦斯超限现象,瓦斯抽采效果显著,治理方法与设计可为相关工程项目提供参考。     

高产高效工作面顶板走向钻孔瓦斯抽采技术

以祁南煤矿349工作面为工程背景,结合采场围岩控制理论,分析了高产高效工作面采空区上覆岩层移动及裂隙发育特征;得出工作面推进速度与顶板走向抽采钻孔在垂向上的布置高度成反比关系.349工作面顶板走向钻孔参数优化和抽放效果实践表明,当工作面推进速度为5～6 md时,顶板走向钻孔应布置在冒落带范围的岩层中,即钻孔终孔与煤层顶板垂距为10～15 m,前后钻场钻孔压茬为50 m,可以确保顶板走向钻孔较高的利用率,并得到很好的抽采效果,满足采煤工作面的安全生产要求.     

突出矿井高抽巷瓦斯抽采技术研究

为了提高突出矿井高抽巷瓦斯抽采效率,开展了西山煤电集团东曲煤矿高抽巷瓦斯抽采技术研究。通过分析工作面开采引起上覆岩层移动变形和裂隙场发育分布规律,及其对抽采瓦斯效果的关系,采用实验室相似模拟试验和工业性试验研究方法,确定了高抽巷合理位置参数,结合低抽巷等其他抽采设施,在开采中与采空区形成了全域全过程立体化的高效抽采系统,创造最佳的抽采环境。     

采空区瓦斯抽采方法及效果分析

随着煤矿开采深度的增加,瓦斯涌出量大幅度提高,而采空区中由于落煤、邻近层、围岩等因素导致的瓦斯涌出,在矿井瓦斯涌出量中所占比例不容忽视,单靠通风方式的改变很难满足矿井安全生产的需求。本文以郭庄矿为例,分析总结了几种采空区抽采方法在3313工作面的应用效果,有利于后续抽采的优化设计,并为其他采场和邻近矿井的瓦斯抽采提供借鉴。     

高位瓦斯抽采巷位置的确定及参数设计模拟研究

为解决常村煤矿工作面巷道采用“两进两回”设计,煤损失量大,瓦斯抽采效率低问题,利用FLAG3D模拟回采过程中上覆岩层破坏规律,确定了距3号煤层顶板31m处的K8岩层为关键层,采用UDEC模拟回采过程中上覆岩层裂隙发育及分布规律,得到工作面走向方向裂隙发育区域为距开切眼后方5～48 m;竖直方向裂隙发育区域垂高距煤层顶板21～31 m;开切眼上方采空区断裂带宽度约为40 m,工作面上方断裂带宽度约为48 m;巷帮两侧裂隙发育区域宽度略小于40 m.根据现场对2103工作面邻近S-39工作面裂隙带测试结果,表明上覆岩层裂隙发育带位于煤层顶板36 m范围内,与数值模拟结果比较吻合.根据数值模拟与现场测试结果,设计了2103工作面高位瓦斯抽采巷参数:水平层位距回风巷30～45 m,竖直层位距煤层顶板约27 m.     

采动煤岩体瓦斯通道形成机制及演化规律

为了研究采动煤岩体瓦斯通道形成机制及其演化规律,运用断裂力学和岩石力学相关理论,结合煤岩体裂隙发育特征将工作面前方煤岩体瓦斯通道分为孤立通道区、张裂破坏区、剪切破坏区及支承压力峰值后破坏区,提出前３区域属于细观流动通道,第４区域属于宏观流动通道;研究了采动过程中煤体顶板变形受力特征、裂隙发育规律及通道导通特性,进行了顶板宏观瓦斯通道的分区：瓦斯紊流通道区、瓦斯过渡流通道区和瓦斯渗流通道区,结合实验室模拟分析了上覆煤（岩）层瓦斯通道发展变化过程,其经历了卸压、失稳、起裂、突变张裂、吻合缩小、加速闭合、通道维持、再次加速闭合直至完全被压实闭合的过程。     

高强度开采覆岩离层瓦斯通道特征及瓦斯渗流特性研究

根据上覆煤岩层的破断和裂隙发育情况,将穿层裂隙通道直径大于10-1 mm的区域定为采动瓦斯通道发育区。基于砌体梁理论,研究了关键层控制下的离层断裂带瓦斯通道的发育特征,并基于Kozeny-Carman准则建立了瓦斯通道流态的判定方法,依据其内瓦斯的流动状态将上覆岩瓦斯通道的发育沿纵向由下到上分为瓦斯紊流通道区、瓦斯过渡流通道区和瓦斯渗流通道区,并根据离层断裂带瓦斯通道的发育规律,构建了以高位瓦抽采巷为主要手段的瓦斯过渡流通道区人工导流方法。最后通过以阳泉新景煤矿80201工作面卸压瓦斯抽采现场试验,反演得到了工作面上覆岩采动瓦斯通道的演化规律及其对瓦斯导向流动规律的影响,并对瓦斯过渡流通道区内瓦斯的流态进行了判定,验证了本文提出的理论计算方法和采动瓦斯通道分区的正确性和可行性。     

急倾斜综放开采顶板裂隙发育规律对瓦斯抽采影响研究

为了研究急倾斜走向长壁放顶煤开采顶板裂隙发育规律及其对瓦斯抽采的影响,结合弹塑性力学和断裂力学相关理论分析了急倾斜煤层裂隙扩展的力学准则,将瓦斯流动通道进行了分区:瓦斯孤立通道区、瓦斯过渡通道区和瓦斯网络通道区;对宝积山煤矿急倾斜特厚煤层走向长壁放顶煤开采在不同煤层倾角条件下上覆岩层裂隙发育规律进行了分析,得到了随着角度变化瓦斯流动通道区域形态的变化规律。研究结果表明:瓦斯网络通道区上部为高位人工导向通道贯穿的主要区域,该区域分布范围随着煤层倾角增大而趋于工作面上端头,其高度也增大;根据数值模拟和理论计算可确定瓦斯抽采方案,在工程实践中取得良好效果。     

Technology of gas drainage and utilization in Huaibei mining area

With the characteristics of coal seam geology and gas occurrence, a “ground-underground” integrated gas drainage method was formed, which can relieve gas pressure and increase permeability by mining the protection seams in conditional regions. After coal seam gas drainage, high gas outburst seam was converted to low gas safety seam. In the coal face mining process, safety and high efficient coal mining were realized by the measure of gas-suction over mining. In addition to the drainage gas for civil gas and gas power generation, the Huaibei Mining Group has actively carried out research on the utilization technology of methane drainage by ventilation. On the one hand, it can save precious energy; on the other hand, it can protect the environment for people’s survival. In 2007, the amount of coal mine gas drainage was 120 hm³; the rate of coal mine gas drainage was 44%. Compared with the year 2002, the amount of coal mine gas drainage increased by two times. Meanwhile, the utilization rate of gas increased rapidly.     

采动区瓦斯地面井抽采影响范围及流量变化规律研究

为解决煤矿采动区地面井布置间距目前大多依靠工程经验获得而缺乏科学理论根据的问题,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立了计算采动区地面井抽采瓦斯纯流量和瓦斯压力分布的三维数值模型。以岳城煤矿相关物性参数计算出符合实际情况的煤岩渗透率、孔隙率及瓦斯质量源项,以此为基础进行数值模拟。模拟分析结果表明,在数值模拟中地面井瓦斯抽采影响半径为65 m,地面井抽采瓦斯纯流量变化规律呈“单峰拖长尾”形态特点。若要实现采动区瓦斯抽采全覆盖,则在实际工程应用中地面井的间距应取130 m以上。研究结果对优化采动区地面井布置具有指导意义。     

改进抽放方法提高瓦斯抽放效果

分析了回采工作面回采过程中顶板覆岩卸压移动规律及其顶板覆岩结构与关键层层位对覆岩移动规律的影响,提出了利用采动煤层顶板覆岩卸压裂隙发育特征,实施覆岩卸压区走向长钻孔抽放瓦斯.给出了顶板走向长钻孔卸压抽放的合理布置区域,并在抽放钻孔内下入套管,增加了钻孔有效抽放时间和长度,完善了顶板走向钻孔抽放瓦斯的技术,取得较为理想的瓦斯抽放效果.     

采动裂隙煤岩体应力与瓦斯流动的耦合机理

采用渗流力学理论分析方法,对煤层采动裂隙、采动应力与瓦斯流动的耦合作用进行了研究。对采动过程中煤层及其覆岩的裂隙,采动应力和瓦斯压力进行了现场实测,并对三者之间的相互影响作用进行对比分析。研究结果表明：采动影响下裂隙煤岩体的渗透率与裂隙宽度、裂隙贯通情况、裂隙不平整度、裂隙间距裂隙法向刚度和采动应力等有关,裂隙煤岩体瓦斯流动与其裂隙发育情况有着极其密切的关系,瓦斯渗透率与裂隙宽度呈正相关,与裂隙间距呈负相关。基于工作面煤层采动裂隙、采动应力与瓦斯流动耦合作用,依据裂隙煤岩体瓦斯渗流定律,构建了裂隙煤岩体采动应力-瓦斯渗透的力学模型,揭示了裂隙煤岩体的采动裂隙、采动应力与瓦斯流动的耦合机理。     

深孔预裂对采空区瓦斯抽采效果的影响研究

针对大跨度工作面采空区坚硬顶板悬而不落易造成瓦斯超限的问题,以潞宁矿地质条件为工程背景,用数值模拟、现场测试方法开展了采空区瓦斯治理研究。FLAC_^3D模拟结果表明：顶板未采取任何处理措施时初次来压步距达到了60m;基于深孔爆破和采空区高位钻孔抽采原理,现场试验结果表明：采取深孔预裂后,工作面倾向来压步距不同步,初次来压步距减小为31～45m;来压后,高位钻孔最高瓦斯抽采浓度、纯流量增加了1.8倍、5.6倍;顶板来压对高位钻孔和插管抽采均具有促进作用,但对高位钻孔抽采影响程度更明显,且来压后瓦斯治理主要以抽采为主。     

高瓦斯矿井多重上保护层开采瓦斯抽放工艺探讨

为了解决祁东煤矿四采区高瓦斯浓度的问题,结合煤层赋存情况与煤矿生产实际,提出采用煤层按自上而下的开采顺序依次保护下伏煤层,实行多重保护,并对煤层瓦斯突出进行预测,对被保护层的卸压瓦斯抽放工艺进行了探讨。     

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