基于“O”形圈理论地面钻井瓦斯抽采技术优化

以余吾煤矿N2105回采工作面地面钻井抽采工程实践为依托,基于采动裂隙"O"形圈理论,通过Fluent软件数值模拟分析,结合不同施工参数下地面钻井抽采效果对比分析,对余吾煤矿地面钻井布置位置、抽采负压等参数进行了优化。研究表明:地面钻井水平上应布置于采动裂隙"O"形圈内,垂向上控制于垮落带顶部和裂缝带的中下部之间,抽采效率最高;通过正交模拟对比分析,地面抽采钻井终孔距离煤层顶板垂高16m,距离回风巷为40m时抽采效果最优;抽采负压与抽采瓦斯浓度呈C=-0.013P2+1.122P-1.188的二次多项式关系,当抽采负压为45k Pa时,抽采浓度最高,为25.5%;抽采负压与沿空留巷的瓦斯浓度呈C=0.0001P2-0.013P+0.637的二次多项式关系,当抽采负压为48k Pa时,沿空留巷的瓦斯浓度最低;通过抽采浓度与抽采负压实测数据与拟合公式计算结果对比,验证了拟合公式的合理性,为后期地面钻井抽采参数的布置提供了科学依据。     

煤矿采动区地面井瓦斯抽采技术及其应用前景分析

针对我国煤层松软、低渗、抽采困难的问题,提出了充分利用煤层采动卸压效应强化抽采煤层解吸瓦斯和工作面涌出瓦斯的采动区地面井抽采技术。从资源评价、井型设计、地面布井、局部防护、安全抽采控制等关键技术和成套技术的应用效果及发展前景等方面对煤矿采动区瓦斯地面井抽采技术在瓦斯治理方面的应用进行了深入分析,指出煤矿采动区地面井抽采瓦斯技术是进行煤矿区瓦斯灾害综合治理的一条有效途径;提出了进行煤矿区煤层气规模化开发、有效治理井下瓦斯灾害的合理化建议:地面井布井应偏向工作面回风巷侧,井型结构应充分发挥采场裂隙带的作用。     

煤矿采动区地面井瓦斯抽采技术

从煤与瓦斯共采角度阐述了充分利用煤矿井下煤层采动过程中的卸压增透影响,采用地面井抽采的方式提高瓦斯抽采效果,解决工作面瓦斯涌出超限难题的方法;进而从抽采效果评估、地面井布井、多井型地面井结构优化和地面安全抽采等方面论述了高效、安全的采动区瓦斯地面井抽采技术。该技术方法在晋城矿区寺河矿、成庄矿和岳城矿等进行了集成应用,使地面井成功率由原来的20%提高到了90%,抽采量由原来的约500 m3/d提高到了10 000 m3/d以上。     

新景矿地面井压裂强化瓦斯抽采技术

为了提高瓦斯抽采的效率,保证巷道的掘进速度,新景矿15121工作面进行了地面钻井压裂强化抽采.在进行压裂时,采用水砂作为支撑剂来维持压裂后裂缝的形态.现场试验结果表明,在实施压裂抽采后,巷道的掘进效率相对于未压裂区域提高了1.73倍,可在一定程度上缓解采掘接替紧张问题.     

地面井分区式瓦斯抽采技术体系及工程实践

为有效减少煤层瓦斯含量,实现瓦斯资源的高效利用并降低井下瓦斯治理难度,结合首山一矿现场地质特征,构建了地面井分区式瓦斯抽采技术,旨在实现矿区瓦斯治理体系化。基于采矿活动的时空分布特征,将井田划分为未采区、采动区和采空区,分区建立不同地面井进行瓦斯抽采,实现瓦斯治理向瓦斯利用并重转变。体系化瓦斯治理技术包括地面井井位科学布置、井身结构及施工设计、未采区储层压裂增透和排采与集输工程4部分。综合考虑空间层位、煤层特征、地面位置、煤层回采和瓦斯赋存条件进行地面井井位选取。在采动区,基于煤层回采后垮落带和裂隙带高度,设计采动区直井和L型井井底层位分别位于裂隙带中上部,借助本煤层回采的卸压效果,实现区域内多煤层瓦斯高效抽采。设计了未采区L型井井身、采动区直井井身、采动区L型井井身和采空区直井井身。对未采区煤层进行水力压裂实现煤层增透,选用定向射孔+泵送桥塞式光套管压裂的复合压裂工艺进行煤层压裂,采用深穿透加强弹进行射孔作业,支撑剂采用0.841/0.42 mm石英砂。在首山一矿进行地面井分区式瓦斯抽采技术工程实践,统计了矿区内不同类型地面井瓦斯抽采情况,结果显示：采动区地面井单井瓦斯日产量最高可超...     

地面井瓦斯抽采计量监测系统的研究与应用

针对地面井瓦斯抽采监控计量存在可靠性差、精确度低的问题,通过对抽采检测、野外自供电、分布式测点数据采集、计量监控装置等技术及工艺的研究,形成了一套地面井瓦斯抽采单独计量监测系统,为地面井实时在线监测提供了整套技术与装备,提高了地面井计量的精确度;同时将地面井瓦斯抽采数据与井下监控系统数据实时结合在一起,实现了矿井抽采的安全和有效监控。     

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。     

煤矿采动影响区瓦斯地面井抽采试验研究

针对寺河煤矿煤层瓦斯含量高、吸附能力强、瓦斯抽采利用技术相对薄弱等问题,提出工作面采动影响区瓦斯地面井抽采技术方案,并在寺河煤矿W2301工作面进行试验.地面井抽采期间,70d内累计抽采瓦斯约33.7万m3,平均抽采能力4m3/min,气体浓度约40％,工作面瓦斯浓度平均降低26.5％,工作面平均排风量降低至16.4m...     

煤矿采动影响下地面井群瓦斯抽采范围研究

随着我国煤矿开采强度的日益提高,矿井回采空间瓦斯涌出量大幅增加,即使低瓦斯矿井也有瓦斯"爆涌"问题显现。如何进行大范围、区域化的连续抽采,形成对回采空间涌出瓦斯的低成本长效控制,依然是目前面临的重要难题。采动区瓦斯抽采地面井在地面施工,能够连续进行采动区/采空区抽采,是区域化连续抽采控制回采空间瓦斯浓度的有效技术。因此,在对采动区内覆岩裂隙场渗流特征分析基础上,建立了采动区地面井抽采条件下地面井周围采动影响范围内的气体压力衰减梯度变化函数,提出了以采动裂隙场内气体压力衰减梯度曲线拐点为依据的地面井有效抽采范围判定原则;进而,建立了采动区瓦斯地面井(群)抽采效果评估方法,并提出了抽采率指标的计算模型;最后,以晋煤集团岳城矿为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟分析和现场小井群抽采试验相结合的方法对采动区瓦斯地面井小井群抽采的参数优化、应用效果等进行了对比分析与验证,证明了采动区瓦斯地面井(群)抽采具有很高的实用价值。     

应用上覆岩层采动裂隙“O”形圈特征抽放采空区瓦斯

本文应用相似材料模型试验和图象分析技术对芦岭矿8煤一分层上覆岩层采动裂隙分布特征研究的结果表明，在采空区四周存在一离层裂隙发育的“O”形圈，它是采空区卸压瓦斯流动通道和贮存空间。应用上覆岩层采动裂隙及其“O”形圈特征，提出了大面积抽放芦岭煤矿8煤一分层采空区卸压瓦斯的合理钻孔布置方案。     

突出矿井中间低位巷瓦斯抽采技术应用研究

当三软低透气性突出煤层中施工顺层瓦斯抽采钻孔时,大采长工作面中间区域存在瓦斯抽采空白带,同时采面回采期间采空区瓦斯涌出量大,严重威胁工作面的安全生产。通过在合理层位布置工作面中间低位巷,利用水力冲孔卸压抽采工作面空白带瓦斯,消除了工作面突出危险性;同时工作面回采期间利用低位巷分流抽放采空区瓦斯,解决了上隅角瓦斯超限问题,综采工作面月产量提高1倍以上,实现了大采长工作面的安全高效生产。     

大孔径钻孔大流量瓦斯抽采技术研究与应用

新田煤矿1901工作面为被保护层工作面,虽然通过保护层开采卸压后,但煤层瓦斯含量还是偏高,所以瓦斯治理工作任务仍然繁重,瓦斯抽采时间较长。该工作面在巷道掘进期间,经过探索研究,采取在巷道掘进面及钻场内布置大孔径钻孔,进行大流量瓦斯抽采的新技术,有效地提高了瓦斯抽采效果,确保了煤巷快速掘进。     

水力压裂技术在矿井瓦斯抽采中的应用研究

为了研究水力压裂技术在矿井瓦斯抽采中的应用,以41011工作面为例,根据矿井实际地应力参数信息,设计了压裂孔和导向孔钻孔布置,介绍了组合式封孔工艺,分析了水力压裂的主要设备为管路系统、辅助系统、控制装置和动力装置。研究得出,当采取水力压裂技术后,钻屑瓦斯解吸指标K₁明显下降,降低了工作面的危险性,压裂孔的平均瓦斯抽采纯量和平均抽采浓度分别提高了2.2倍和2.6倍。研究为后期瓦斯治理提供了技术支持。     

水力冲孔技术在瓦斯抽采中的应用

为推进水力冲孔卸压增透技术的推广应用,增加煤层透气性,提高矿井瓦斯抽采效率,在陈四楼煤矿开展水力冲孔卸压增透技术试验,考察该技术的作业工效和增透效果,数据分析结果表明:试验区煤层地质条件下,冲孔水压为8~10 MPa时,每米煤孔冲煤1.4 t所需的时间约为25.3 min,水力冲孔后钻孔两个月内的平均抽采浓度提高了3倍,平均单孔抽采纯量提升了2倍左右,卸压增透效果显著,为矿井瓦斯治理技术水平的提升提供支撑。     

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。     

井下大直径钻孔瓦斯抽采技术研究

为研究面间煤柱内的大直径钻孔抽采采空区瓦斯效果,基于某矿实际生产条件及COMSOL数值模拟软件,依据上覆岩层运移理论、采空区顶板岩性、顶板垮落破坏特征对采空区孔隙率进行了分块赋值,COMSOL数值模拟研究结果表明:钻孔布置的最佳距离为8～10 m。考虑经济因素及顶板垮落步距的影响,钻孔布置的最佳距离应为10 m;靠近工作面上隅角处,采空区内瓦斯浓度呈中心高、四周低的圆环状分布,该低瓦斯浓度圆环的出现与大直径钻孔对采空区内瓦斯的抽采作用密切相关。ORIGIN数据拟合及计算表明:10 m钻孔间距条件下,控制上隅角瓦斯浓度不超限的钻孔最小瓦斯抽放量为5.4 m³/min。该理论成果的成功运用,指导了该矿的生产安全。     

水力冲孔与深孔预裂爆破耦合增透强化瓦斯抽采效果研究及应用

随着矿井开采深度的增加,煤层的瓦斯压力、瓦斯含量越来越大,尤其是地质条件复杂、构造应力高和透气性低的突出煤层,瓦斯灾害治理难度越来越大,瓦斯抽采效果越来越差。告成煤矿针对这些问题,提出了水力冲孔与深孔预裂爆破耦合增透综合治理瓦斯的思路。分析了水力冲孔孔洞对爆破裂隙的诱导原理,通过在25091工作面的试验,发现该技术能够显著提高煤层的透气性,增透后瓦斯抽采浓度提高了8.1倍,抽采纯流量提高了6.5倍,有效提高了瓦斯抽采率。     

高抽巷合理层位研究及分期配抽采空区瓦斯技术

针对郭庄煤矿采空区和邻近层瓦斯大量涌入回采工作面造成的上隅角超限频繁的问题,利用顶板裂隙移动规律及岩石物理力学参数,确定了高抽巷的最佳布置层位,经在3316回采工作面试验表明:第2阶段高抽巷小幅度开启抽采瓦斯最大浓度9.4%,瓦斯纯量4.65 m³/min,上隅角瓦斯浓度能控制在0.5%以内;第3阶段高抽巷全面开启抽采瓦斯浓度稳定在3%～4%,高抽巷混合流量225.21 m³/min,纯流量8.11 m³/min,上隅角瓦斯浓度能控制在0.4%以内。高抽巷分段配抽有效保障了工作面回采安全。     

地面钻孔抽采对采空区自燃“三带”的影响研究

为解决魏家地煤矿工作面煤层透气性系数低,采空区瓦斯治理难的安全生产问题,以该矿北1103工作面为工程背景,采用数值模拟和现场实践等方法,对地面钻孔瓦斯抽采后,采空区自燃“三带”的变化规律进行了分析研究,并给出了相关自然发火对应防治措施。结果表明,北1103工作面经地面钻孔抽采瓦斯后,采空区散热带宽度由56 m增加至61 m;氧化带宽度由29 m增加至39 m;窒息带宽度由315 m减少至300 m。本次研究有效解决了北1103采空区瓦斯涌出量大与自然发火隐患问题。研究结果适用于魏家地煤矿采取综合立体瓦斯抽采治理模式的工作面,极大地保护了工作面安全回采,对落实矿井的安全高效生产及经济价值效益具有良好的工程示范意义。     

煤与瓦斯突出矿井煤巷掘进工作面瓦斯抽采技术研究

为解决1303（上）工作面回采巷道瓦斯含量高的问题,通过分析工作面回采巷道的瓦斯赋存情况,结合各项瓦斯抽采方式的选择原则,确定1303（上）工作面回采巷道掘进时采用区域模块降量+底抽巷穿层抽采相结合的瓦斯抽采方式。结合巷道具体情况,对瓦斯抽采方案的各项参数进行具体设计,并根据邻近矿井资料对瓦斯抽采量进行有效预测;在瓦斯抽采技术实施完成后,巷道掘进期间采用钻屑指标法及瓦斯浓度持续监测的方式对瓦斯抽采效果进行验证分析。研究结果表明:1303（上）工作面回采巷道采用区域模块降量+底抽巷穿层抽采技术后,掘进期间瓦斯涌出量最大值为5.35 m³/min,瓦斯浓度的最大值为0.57%,钻屑量最大值为3.9 kg/m,实现了瓦斯的高效抽采,保证了巷道掘进期间无瓦斯异常涌出的现象。