高瓦斯矿井底抽巷区域消突技术实践研究

为解决河南大峪沟煤业集团有限责任公司华泰煤矿工作面上隅角瓦斯浓度超限的问题,在12采区12030和12070工作面下部开展底板抽放巷、底板抽放巷穿层钻孔、并对底板抽放巷穿层钻孔进行水力冲孔卸压增透等措施。通过分析底抽巷区域消突工程可以从物理力学性质上增大二1煤层的孔隙率、透水性和润湿性。较大程度的提高了瓦斯抽采率,较好的解决了工作面和上隅角瓦斯浓度过大,为多构造突出矿井的安全高效生产提供了实践经验和理论参考。     

大孔径顶板长钻孔瓦斯抽采技术的研究

针对潘三矿1311(3)采煤工作面的瓦斯涌出特性,为有效的治理瓦斯超限的难题并节约成本,采用φ89mm钻杆、ZDY-10000S系列钻机及配套钻具,成功施工了深度超过500m的走向抽采钻孔并以此代替传统的高抽巷瓦斯抽采技术。通过对大孔径顶板钻孔抽采瓦斯方法的抽采效果及经济效益的分析,表明利用大孔径钻孔顶板钻孔抽采瓦斯技术治理瓦斯效果是显著的,瓦斯抽采浓度达到50%以上,实现了采煤工作面安全高效回采。     

瓦斯抽采钻孔动态密封技术

为了增强瓦斯抽采钻孔密封效果,提高瓦斯抽采效率,提出了瓦斯抽采钻孔动态密封技术。通过"两堵"主动支撑密闭和注入不凝固黏稠膏体材料进行密封,可有效封堵钻孔及周围煤体裂隙,并在钻孔受扰动影响而密封失效后,采取二次或多次注浆以提高钻孔瓦斯抽采浓度,延长瓦斯抽采钻孔使用期限,提高瓦斯抽采效率。经现场验证,动态密封技术密封效果优于常规水泥注浆封孔,且在二次注浆后抽采浓度明显上升,有效解决了传统瓦斯抽采钻孔密封效果差、固态封孔易漏气、密封失效难以补救等技术难题。该技术具有一定的推广意义。     

地面钻孔抽放采空区瓦斯及其稳定性分析

随着放顶煤开采技术在我国的迅速普及，采煤工作面及采空区的瓦斯涌出量不断增加。传统的高位钻孔、（本）煤层钻孔及穿层钻孔抽放技术有时不能完全满足现代化煤矿生产对瓦斯抽放的要求。采用地表垂直钻孔抽放采空区内的瓦斯是瓦斯治理技术的另一选择。煤层开采后，采窄区上覆岩层将发生非连续破坏和连续移动。在长壁工作面通过的过程中，地面垂直钻孔可能随岩层移动而发生破坏。据此，介绍一种进行地面抽放采空区垂直钻孔的应用及稳定性分析的方法及用于确定钻孔及套管直径的应用实例。采用提出的计算方法可避免由于受采动影响对地表瓦斯抽放钻孔引起的过大变形及其所造成的破坏。通过计算地表钻孔在不同深度的水平位移和垂直变形可确定钻孔直径和所需安设套管的直径及套管外充填材料的性能。     

关键层运动对邻近层瓦斯涌出影响的研究

煤矿覆岩中的关键层控制着上覆岩层的移动和采动裂隙的动态发展过程,进而也必将影响到邻近层瓦斯在采动破裂岩体内的动态涌出规律.利用阳泉矿区2种不同覆岩结构综放面的实测数据,对比研究关键层运动对邻近层瓦斯动态涌出的影响,研究结果表明：不同覆岩关键层结构条件下,邻近层瓦斯涌出的动态过程是不一致的,进一步证实了关键层运动对邻近层瓦斯动态涌出的控制作用.分析不同覆岩关键层结构条件下初采期邻近层瓦斯抽采技术方案的适应性,提出初采期邻近层瓦斯抽采方案的确定必须结合具体覆岩关键层结构特征,才能取得预期的抽采效果.     

高瓦斯低透气性煤层不同瓦斯抽采方式的研究

煤层的瓦斯抽采是避免煤矿瓦斯灾害发生的根本防治措施。根据瓦斯解吸理论,提出通过水力割缝及水力冲孔技术,在煤体中人为再造裂隙,增大煤体在空气中的暴露面积,同时形成瓦斯流动通道,达到加快瓦斯解吸,提高瓦斯抽放效果的目的。本文以水力割缝及水力冲孔进行机理分析为基础,根据在阳泉矿区某煤矿回风巷中进行现场实验,对普通钻孔抽放瓦斯、水力冲孔抽放瓦斯以及高压水力割缝抽放瓦斯三种方案进行比较。实验结果表明,相对于高瓦斯矿井中通常采用的普通钻孔抽放瓦斯,水力割缝技术瓦斯抽放量提高了4.11-4.34倍,水力冲孔技术瓦斯抽放量提高了0.46-0.56倍。水力冲孔对提高瓦斯抽放速度作用不明显。     

液态CO2爆破煤层增透最优钻孔参数研究

 爆破钻孔参数的选取是消除爆破空白区域、提高爆破增透和瓦斯抽采效果的关键。监测液态CO2爆破过程中爆破器主管内高压气体压力时程曲线,研究液态CO2爆破煤层增透机制,并建立FLAC3D数值模型,研究结果表明：在水平层理上,单孔液态CO2爆破有效影响半径为出气孔方向6 m和出气孔法向4 m;控制孔明显增加多孔连续爆破裂隙区范围。采用数学计算和数值模拟2种方法确定多孔连续爆破最优钻孔参数为：爆破器间距5 m和爆破孔间距7.5 m。进行井下液态CO2爆破试验,爆破后煤层透气性系数提高17.49～22.76倍,瓦斯抽采浓度提高3.16倍,瓦斯抽采混量提高1.71倍。合理选取液态CO2爆破钻孔参数,为井下节约爆破成本和达到最佳爆破效果提供参考。     

大采高综采工作面综合立体瓦斯治理技术研究与应用

袁店一井煤矿1033工作面具有煤层厚、采高大、本煤层及邻近层瓦斯含量高的特点,瓦斯治理难度较大。设计采用地面瓦斯井、上向拦截钻孔抽采上邻近层中组煤卸压瓦斯,采用高位钻孔、老塘埋管抽采采空区瓦斯,工作面最大抽采瓦斯纯流量为100.42 m3/min。在工作面回采期间,根据顶板周期来压规律预测瓦斯涌出量易增大时间段,重点加强瓦斯管理。     

低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术研究

 针对低透高瓦斯煤层群安全高效开采技术难题,以淮南矿区为主要试验研究基地,研究应用岩石力学、岩层移动理论和“O”形圈理论,针对不同煤层和瓦斯地质条件,探索出一整套“开采煤层顶底板卸压瓦斯抽采工程技术方法”,建立卸压开采“抽采”瓦斯和煤与瓦斯共采工程技术体系。研究“采场岩层移动规律、卸压瓦斯运移规律、卸压瓦斯富集区、开采煤层卸压范围以及开采煤层增压范围”科学规律,研究“首采层卸压瓦斯、上向卸压层瓦斯、下向多重卸压层瓦斯以及地面钻孔卸压瓦斯”理论与技术,形成系统、成熟的瓦斯抽采理论与技术。创新卸压开采抽采瓦斯理论和技术,解决了煤与瓦斯共采重大工程技术难题。     

非等压应力场上向长距离穿层瓦斯抽采钻孔密封长度研究

针对双向非等压应力场上向长距离瓦斯抽采钻孔密封长度难以确定、现场封孔难度大的问题,以平煤六矿为工程背景,以弹塑性理论和Mohr-Coulomb准则为基础,得出圆形巷道非等压应力场下塑性区边界方程,通过FLAC3D数值模拟映证了理论分析结果:当侧压系数不为1时,巷道围岩塑性区边界是对称的"蝴蝶形",不再是等压力应力场下的圆形,且巷道围岩应力呈非均匀分布,应力沿巷道径向变化的梯度和围岩应力降低区的范围沿不同角度时也存在明显差异;理论分析和数值模拟计算的塑性区深度偏差小于5%。结合塑性区的变化规律确定了不同角度上向穿层钻孔的密封长度,提出更具针对性的新型逐级注浆封孔技术。瓦斯抽采试验表明:按照本文确定的密封长度对上向穿层钻孔进行密封时,孔内抽采负压均在13 k Pa以上,最高瓦斯抽采浓度是传统等压应力场下对比试验孔的1.4倍,且其衰减速率较慢,瓦斯抽采效果可以满足长期高效抽采的要求。