煤矿井下瓦斯定向抽采钻孔技术研究

钻孔抽采煤矿井下瓦斯,是我国煤矿业高效治理、预防瓦斯灾害的重要措施。为深入探讨井下瓦斯定向抽采钻孔技术在提高煤矿安全性中的关键作用,笔者以概述井下瓦斯预抽技术为出发点,分析了扇形布孔、倾向布孔、常规钻孔布孔的具体内容,并在此基础上,全面介绍了井下瓦斯定向抽采钻孔技术,诸如顺层瓦斯钻孔布置技术、井下瓦斯穿层抽采技术与井下瓦斯钻孔施工技术,以及定向钻进系统的主要内容。     

高瓦斯综采工作面定向钻孔代替尾巷抽采瓦斯技术

针对高瓦斯综采工作面U型通风条件下上隅角瓦斯超限问题,分析了定向钻孔代替尾巷抽采卸压瓦斯的必要性及可行性,阐述了卸压瓦斯抽采原理;利用物理相似模拟及理论分析,分析了采动覆岩裂隙演化规律,确定了定向钻孔参数,并进行现场工程应用。结果表明:随着工作面推进,试验工作面采动覆岩形成不规则冒落带、规则冒落带、裂隙带、弯曲下沉带,其中规则冒落带高度为17.9 m(采高的4.48倍),裂隙带高度为60.36 m(采高的15.09倍);定向钻孔与回风巷平距为8～20 m,与煤层顶板垂距平均18.5 m;利用定向钻机施工钻孔偏移量较小,定位准确,瓦斯抽采纯量平均6.37 m~3/min,占瓦斯涌出量的8.59%,实现了定向钻孔代替尾巷治理瓦斯效果,保证了工作面安全回采。     

底板定向长钻孔技术预抽煤巷条带瓦斯应用试验

2130煤矿4号煤层为突出煤层,工作面采掘接替严重紧张,为实现4号煤层工作面24223运输巷快速掘进,决定在24223运输巷开展底板定向长钻孔预抽煤巷条带瓦斯试验。此次试验共设计施工了4个定向长钻孔,通过现场试验数据分析,4号煤层24223运输巷平均瓦斯含量由11.14 m³/t降为5.73 m³/t,降低了48.6%,同时大大缩短了工期,减少了施工安全风险,节约成本82.8%。试验结果表明,“以孔代巷”技术能够实现煤巷条带瓦斯的快速、有效治理,且性价比较高。     

基于定向拦截钻孔的工作面瓦斯治理技术

以寺河矿5310工作面为研究对象,在定向长钻孔施工技术的基础上,结合现场实验研究方法,对比分析了普通拦截钻孔与定向长钻孔拦截的优缺点,并针对定向拦截长钻孔的设计施工、瓦斯流场、钻孔瓦斯参数、区域抽采达标时间、风排瓦斯浓度进行分析.实践表明,定向拦截钻孔提高了瓦斯治理效果.     

定向复合钻进预抽煤层中部瓦斯的以孔代巷技术研究

为解决常规穿层钻孔预抽大采长突出煤层中部瓦斯存在抽采空白带,利用轻型定向钻机在己₁₅-22080工作面施工了定向穿层钻孔,基于定向钻孔轨迹可控的特点设计了定向穿层钻孔参数,分析了定向穿层钻孔覆盖的范围、瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采纯量。研究结果表明：(1)定向穿层钻孔能够精准覆盖突出煤层中部抽采空白带,同时实现两相邻煤层瓦斯治理;(2)定向穿层钻孔总工程量为19 706 m,其中定向钻孔岩孔段13 366 m,煤孔段工程量6 340 m,己₁₅煤层水力冲孔煤段工程量2 911 m,累计冲煤量为1 537 t;(3)定向钻孔实际抽采浓度比常规钻孔普遍提高10%～25%,累计抽采瓦斯140.8万m³.研究结果可为煤与瓦斯突出煤层的瓦斯治理提供技术支撑和理论依据。     

顶板高位定向长钻孔采空区瓦斯治理关键影响因素研究

针对顶板高位定向长钻孔抽采效果不稳定,无法满足工作面瓦斯动态涌出治理需求等问题,为进一步提高钻孔全生命周期抽采效果,提升“以孔代巷”可替性和普适性,以理论分析、数值模拟、现场试验相结合的方法开展研究,通过研究确定了钻孔施工目标层位,得出了钻孔布置层位、抽采参数及回采期间工作面瓦斯涌出的变化规律,分析了顶板高位定向长钻孔有效治理采空区瓦斯的关键影响因素,可为顶板高位定向长钻孔进一步优化设计和提高抽采效果提供参考。     

定向分支长钻孔区域瓦斯治理技术研究

针对单一低渗突出煤层瓦斯治理工作量大、成本高等问题,层底板中实施定向穿层长钻孔,达到高效抽采,提出定向分支长钻孔区域瓦斯治理技术.运用千米定向钻机在煤层中抽采瓦斯,通过深孔密闭取样装置和技术,验证区域钻孔钻屑量S主要在3.2 ～4.2 kg/m,钻孔瓦斯涌出初速度q＜2.8 L/min,达到了防突目的 .     

大直径定向钻孔瓦斯治理技术研究

随着矿井的开拓延伸,矿井瓦斯、水、地压及火等灾害进一步恶化,严重影响着矿井的安全高效生产。结合实际地质情况,分析了工作面顶板大直径定向钻孔施工的可行性,计算了定向钻孔的施工层位,并通过现场考察,分析了施工效果、抽采效果、成本等因素。综合研究分析认为,采用大直径定向钻孔抽采瓦斯可以缩短工作面瓦斯治理工期,缓解了工作面接替紧张的局面,减少了瓦斯治理巷道工程量,节约了瓦斯治理工程费用的投入。     

定向钻进技术在煤与瓦斯突出矿井中的试验研究

定向钻进技术是一种高效的区域瓦斯治理措施,可大幅节约施工成本、缩短施工周期,地质条件及钻进层位对定向钻进效果有直接影响,因此对定向钻进技术适用性的现场试验研究决定了该技术能否在施工现场成功运用。以平煤股份十一矿己_16-17-24070、己_16-17-24090工作面为试验地点,采用2种不同型号的定向钻机,分别沿煤层走向、倾向在顶板施工梳状定向分支孔,在平顶山矿区开展以孔代巷现场工业性试验,积极探索适用于平顶山矿区的新的瓦斯治理模式。依据VLD-1 000型千米定向钻机前期沿煤层走向的钻进效果,分析钻进效果不甚理想的原因;后期采用ZYWL-6000DS型煤矿用双履带式全液压定向钻机,沿煤层倾向施工定向钻孔,取得了良好的钻进效果。以2种定向钻机的钻进效果为依据,平煤股份十一矿确定了施工定向钻孔的钻机类型及钻孔设计,初步形成了适用于平煤股份十一矿的新的瓦斯治理模式。     

煤矿采空区瓦斯治理技术研究

为了解决采空区瓦斯积聚问题,分析了瓦斯尾巷、瓦斯抽放管和瓦斯高抽巷3种方法,将理论分析和数值模拟相结合,研究不同瓦斯抽放情况下采空区内瓦斯分布情况和风流运移规律。研究得出:采空区漏风位置主要集中在进风巷附近,在瓦斯抽放设计时,需要在进风巷侧设置挡风墙;当进行采取瓦斯尾巷、瓦斯抽放管和瓦斯高抽巷抽放瓦斯时,抽放口越靠近采空区,造成采空区的漏风量以及漏风速度越大,致使采空区遗煤发生氧化的范围越大,增大了采空区自然发火的危险性,因此需要注意进风侧以及瓦斯抽放口位置处自然发火的危险。研究对降低上隅角瓦斯浓度以及采空区自然发火灾害提供了借鉴。     

低瓦斯矿井坚硬顶板综采工作面瓦斯防治技术研究

针对雨田煤矿W1103综采工作面采用U型通风、工作面回采过程中上隅角容易出现瓦斯超限的问题,当增加工作面配风量,会增加采空区漏风量,造成上隅角瓦斯难以控制。上隅角区域的不充分冒落,也为瓦斯积聚提供了空间,在顶板预裂爆破时,会造成瓦斯超限问题。分析了工作面瓦斯来源,回采工作面瓦斯涌出以开采层为主、邻近层为辅;采用顶板预裂爆破、风障引风、本煤层瓦斯抽放、上隅角插管抽放等综合瓦斯治理技术,解决了上隅角瓦斯超限问题,确保了矿井的安全生产。     

定向长钻孔水力压裂增渗技术预抽煤巷条带瓦斯的应用研究

为提高低渗、高瓦斯突出煤层煤巷条带瓦斯抽采效率,实现低渗、突出煤层煤巷条带瓦斯的快速有效治理,在2130煤矿4号煤层24223运输巷开展了井下定向长钻孔水力压裂增渗技术试验研究。试验结果表明,试验区内4号煤层水力压裂影响半径为30 m,煤层透气性提高了4.59倍,缩短了瓦斯抽采时间,提高了瓦斯抽采效果。     

煤矿井下定向钻进过程中测量关键技术研究

随着定向钻进的快速发展,随钻测量技术得到了广泛的关注。随钻测量系统一般采用磁性测量技术,在有磁场干扰的情况下,测量系统的精度是有限的。提出了一种基于惯性技术的基于冗余加速度计的测量—钻井系统,该新型钻孔测量系统具有较好的抗扰动性能以及较高的测量精度,计算结果更可靠。为匹配该技术,开发了一种基于防爆计算机的随钻测量系统,用于井下测量数据的处理和显示。该技术集成到定向钻进系统中,并在我国煤矿的应用中得到了验证。     

高位定向长钻孔高效瓦斯治理研究

为解决鹤煤三矿4202采面瓦斯积聚与抽采难题,在该采面地质条件和井下千米定向钻机平台基础上,开展了定向、长距离、大直径钻孔抽采瓦斯效率研究。以采动岩体力学为理论指导,确定了煤层顶板采动裂隙冒落高度,优化了高位钻孔的布置区位,并利用成型钻孔,实现了以孔代巷的目的。通过定向抽采钻孔内瓦斯浓度、流量等数据统计,新方案中瓦斯流量、浓度是未采取措施前的5倍以上,有效减少了采空区和邻近煤层瓦斯向工作面内的扩散,确保了人员安全。     

定向钻进技术在煤矿保护层开采卸压瓦斯抽采中的应用

针对西北某煤矿上保护层开采过程中卸压瓦斯大量逸散至工作面,常规钻孔存在工程量大、抽采效果差等问题,采用煤矿井下定向钻进技术对下部被保护煤层卸压逸散出的游离瓦斯进行提前抽采,并将其抽采效果与常规钻孔进行对比分析,同时对不同层位的定向钻孔瓦斯抽采效果进行考察对比.研究表明,同一区域的定向钻孔瓦斯抽采效果优于常规钻孔,其单日...