初采段不同卸压程度区域顶板走向高位钻孔布置层位研究

针对高河煤矿W1320工作面初采段瓦斯治理问题,提出多层位钻孔瓦斯抽采技术,研究初采段不同卸压程度区域顶板走向高位钻孔布置层位的分布范围,揭示了工作面初采段采空区周围煤岩体卸压程度的演化特征和覆岩裂隙发育规律。研究结果表明,初采阶段,采空区中部覆岩卸压程度先增大后减小,覆岩裂隙发育经历了开始发育、充分发育、重新压实等过程,采空区四周覆岩卸压程度逐渐增大,覆岩裂隙逐渐发育,直至形成“O”形圈;分析4个钻场的瓦斯抽采效果发现,工作面初采段存在2个瓦斯抽采有利区,第1个区域抽采纯量约为0.3 m³/min,内错距离为10～28 m,垂直高度为2～10 m;第2个区域抽采纯量约为0.46 m³/min,内错距离为18～46 m,垂直高度为10～18 m,应将多层位钻孔的有效抽采长度布置在瓦斯抽采有利区内。研究成果对于优化工作面初采段高位钻孔布置参数具有重要的实践意义,可为研究利用顶板走向高位钻孔代替高抽巷提供依据。     

覆岩采动裂隙空间形态反演方法及在瓦斯抽采中的应用

如何实现工作面采空区瓦斯的高效抽采一直是煤矿安全领域亟待解决的重要难题。覆岩采动裂隙作为采空区瓦斯储运的主要空间,其演化过程与覆岩运动密切相关。通过掌握采动覆岩运动演化特征,反演出覆岩采动裂隙空间形态,从而提出精准的瓦斯抽采技术方案,是解决上述难题的根本途径。为此,结合山西某矿深部高强度开采条件,采用地面钻孔全柱状原位监测方法,研究了工作面开采过程中覆岩运动的演化过程,揭示了覆岩关键层运动的分段特征;在此基础上,反演得到了覆岩采动裂隙空间形态发育特征,即采动覆岩瓦斯卸压运移“三带”、“O”形圈裂隙区、覆岩移动“横三区”的具体范围,提出了包括钻孔布置层位、伸入工作面水平距离和抽采最优时段的顶板定向长钻孔抽采瓦斯技术方案。试验结果表明,深部开采条件下覆岩运动经历了煤壁支撑影响阶段、低位岩层破断运动阶段、破断覆岩快速回转阶段、上部覆岩向下重新压实阶段、采动影响衰减的整体运动平稳阶段等变化过程,其中,在低位岩层破断运动阶段和破断覆岩快速回转阶段内,覆岩的离层空间与破断裂隙快速发育并相互贯通而形成导气裂隙带,为采空区瓦斯的聚集与运移提供了空间,是抽采采空区瓦斯的有利时机;基于采动裂隙空间形态反演...     

采空区上覆岩层裂隙发育及瓦斯流动规律分析

针对煤矿采空区上覆岩层裂隙发育,采动裂隙瓦斯流动规律等对合理确定高位钻孔抽采区域的重要性,对采空区上覆岩层的裂隙发育规律和采动裂隙场的瓦斯流动规律进行分析,从采空区覆岩"竖三带"裂隙分布特征、采动裂隙"O"形圈以及U型通风采动裂隙瓦斯流动规律出发,找出采空区对工作面上隅角瓦斯超限影响较大的区域,得出高位钻孔的理论最佳抽采区域大致为工作面后方50 m区域,这个区域的覆岩裂隙发育情况是高位钻孔层位优化设计的关键,为高位钻孔抽采参数优化提供了理论基础。     

厚煤层双重卸压采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对下石节煤矿222工作面开采过程中双重卸压造成工作面瓦斯涌出量高导致瓦斯超限的安全难题,结合采动裂隙"O"型圈和"环形裂隙体"理论,在分析厚煤层综放开采双重卸压采动覆岩破坏特征的基础上;采用相似模拟和数值模拟研究了双重卸压工作面开采采空区覆岩裂隙演化模型,确定了裂隙场和应力场演化反馈机制,依据裂隙密度,将覆岩裂隙场划分为贯通渗透区、纵向渗透区和水平渗透区;结合Fluent模拟瓦斯流场运移机理,将双重卸压采空区覆岩裂隙场+应力场+瓦斯渗流场相互耦合,进一步补充了采空区瓦斯流场规律:低位低浓度瓦斯流动带和高位高浓度瓦斯流动圈;提出了双重卸压采空区卸压瓦斯治理方式为复合采空区高位定向钻孔瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:确定卸压瓦斯抽采富集区域范围为回风侧偏向工作面宽度40 m,距离煤层顶板60.8 m以上150 m以下范围内;通过在复合采空区将高位定向钻孔瓦斯抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度低于0.8%,工作面及回风巷瓦斯浓度低于0.3%。     

基于覆岩特征的卸压瓦斯地面井井位优选

采动卸压瓦斯地面井抽采是煤矿瓦斯治理的有效方法，为了优化卸压瓦斯地面井井位，利用数值模拟方法分析煤层采动卸压条件下上覆岩层的裂隙发育、应力及位移变化，并由此得出了井位部署有利区域。结果表明，煤层采动后，上覆岩层逐渐下沉、垮落，在采空区四周裂隙发育，中部重新压实，剖面上的覆岩裂隙呈现为梯形，裂隙发育区应力释放，在重新压实区应力恢复。沿倾向剖面，水平位移的形态近似为“M”形，垂向位移的形态近似为“U”形。卸压瓦斯地面井适宜布置在沿倾向方向工作面两侧裂隙区内，距巷道40 m左右的区域内是有利部署井位，终孔位置在距煤层底板42 m以上比较合适。     

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。     

厚煤层覆岩裂隙分布模拟分析及采空区瓦斯抽采技术

厚煤层开采时受到开采强度大、采空区遗煤量多等因素影响,回采空间内瓦斯浓度较高。30503综放工作面回采采空区瓦斯涌出量较大,仅依靠采空区埋管、风排瓦斯等方式难以降低采面瓦斯浓度,为此采用理论分析、数值模拟等方法对采动覆岩裂隙分布特征进行分析并提出采用低-中-高位钻孔对采空区覆岩瓦斯进行抽采。依据采面情况对抽采钻孔布置进行设计,现场应用后,抽采瓦斯抽采浓度保持在25%左右、抽采纯量稳定在9.5 m~3/min,同时回风巷以及回风上隅角瓦斯浓度分别控制在0.5%、0.6%以内,可满足采面安全生产需要。     

综放工作面高位定向钻孔布置优化分析

为了研究综放工作面高位定向钻孔合理布置参数,以王家岭矿12318工作面采空区为研究对象,利用数值模拟软件建立了覆岩数值模型,分析了采空区覆岩应力和裂隙分布特征,定量化指出了采空区覆岩裂隙带分布范围,对高位定向钻孔的合理布置参数进行了优化设计,并考察了优化后高位定向钻孔的抽采效果,验证了分析结果的可靠性。结果表明:高位定向钻孔经优化后平均抽采瓦斯浓度提高1.0倍,平均抽采瓦斯纯量提高1.1倍,工作面上隅角及回风流瓦斯浓度明显降低,有效提高了采空区瓦斯抽采量。     

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。     

兰花宝欣煤业高位钻孔抽放采空区瓦斯技术研究

兰花宝欣煤业工作面存在回风巷、上隅角瓦斯浓度超限的问题,以3207工作面为例,理论分析采空区覆岩裂隙发育特征,选择高位钻孔抽放工艺预防瓦斯超限,确定钻孔布置的合理垂直层位范围为距顶板20～40 m,水平布置位置为距巷道轴线15～40 m.高位钻孔投入使用后,抽放瓦斯浓度和总纯量均值为5.43%、2.83 m³/min,杜绝了回风巷及上隅角瓦斯浓度超限问题,保障了工作面的安全生产。     

厚煤层采动覆岩变形特征及瓦斯运移规律分析

矿井瓦斯是在煤的变质和煤的生成过程中伴生的一种气体,是影响矿井安全开采的主要因素。采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对厚煤层采动覆岩变形特征及瓦斯运移规律进行了研究,分析了厚煤层采动覆岩变形特征、瓦斯在裂隙带中的扩散计算方程以及不同高度时和不同走向区域时瓦斯压力和流场分布规律。研究得出:切眼裂隙区的瓦斯浓度高于压实区的瓦斯浓度,在空间上瓦斯浓度呈“回型”分布;瓦斯在边界离层裂隙带进行集聚,在竖直方向上瓦斯浓度呈“马鞍型”分布。研究为钻孔合理层位的选择提供了理论支持,确保了矿井的安全生产。     

红庆河煤矿综采工作面采空区“三带”测定及模拟分析

根据红庆河煤矿综采工作面采空区自燃“三带”现场实测数据,采用氧气浓度划分法对工作面采空区自燃“三带”进行划分;利用FLUENT数值计算软件模拟分析综采工作面采空区风流流场、温度场等,分析验证采空区氧气浓度、CO浓度、漏风速率、温度等变化规律,并与数值模拟中采用漏风强度法划分的采空区自燃“三带”进行验证,确认了采空区“三带”现场实测的可靠性、准确性。结果表明:综采工作面采空区“两道”漏风严重,氧化升温带在进、回风巷分布范围较广;现场实测与数值模拟的结果变化趋势相一致,可以用来指导实际生产。     

高瓦斯矿井U型通风工作面瓦斯治理技术

针对李雅庄煤矿U型通风工作面上隅角及回风流瓦斯浓度高、瓦斯治理难度大的问题,根据工作面瓦斯来源及在采空区三带的运移储存规律,李雅庄煤矿开展了本煤层抽采工艺优化和裂隙带抽采技术研究。对本煤层钻孔封孔深度、联孔工艺、管路连接方式等进行优化,钻孔抽采浓度由抽采4个月后降低到9%提高到抽采10个月后维持在19%;通过调整裂隙带钻孔布置方式、优化钻孔布孔层位、采取下筛管护孔等技术措施,裂隙带钻场最高瓦斯抽采纯流量达13.6 m³/min,平均瓦斯抽采纯流量达8 m³/min,2个钻场联合抽采瓦斯纯流量在13 m³/min以上;取消了瓦斯措施巷、井下移动泵和上隅角风帘,上隅角和回风流平均瓦斯浓度分别控制在0.5%和0.4%以下,对高瓦斯矿井U型通风工作面瓦斯治理有借鉴意义。     

综放工作面过“三方危险区域”复合动力灾害防治技术

冲击地压与瓦斯复合动力灾害严重影响工作面正常回采,为了有效防治高瓦斯特厚煤层综放工作面回采初期、单面见方区域、周期来压等“三方危险区域”冲击地压与瓦斯共同作用下动力灾害,合理确定“三方危险区域”位置,结合工作面正常回采现状,研究提出综放工作面过“三方危险区域”时冲击地压与瓦斯复合动力灾害防治关键技术。现场试验结果表明:顶板和煤体冲击地压与瓦斯复合动力灾害得到有效的防治,保证了工作面回采期间顶板垮落及时,工作面隅角、架后瓦斯不超过0.5%,回风流瓦斯浓度不超过0.2%,工作面日抽采瓦斯纯量达8 000 m³,工作面瓦斯抽采率达到70%,研究为类似矿井提供了借鉴。     

采场覆岩两带与采空区自燃三带相关关系研究

为研究采煤工作面覆岩两带（冒落带、裂隙带）与自燃三带（散热带、窒息带、氧化带）的关系,通过建立覆岩运移模型,应用CDEM软件模拟分析了试验工作面采动空间上覆岩层两带的扩展过程,分析垂向方向覆岩两带分布对水平方向上垮落煤岩堆积状态的影响情况。通过现场埋管实测的手段以及氧体积分数法进行了采空区煤自燃三带的划分。研究表明,冒落带高度稳定情况下,采煤推进距离（48 m）与采空区散热带和氧化带的分界线（进风侧采空区以里50 m左右,回风侧采空区以里40 m左右）有较好的吻合关系。裂隙带高度稳定情况（顶板150 m处的岩层最大下沉值趋于基本稳定）下,采煤推进距离（126 m）与采空区氧化带和窒息带的分界线有较好的对应关系。     

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。     

采空区上覆围岩裂隙带瓦斯抽采利用技术研究

针对回采工作面采空区瓦斯涌出量大，严重制约工作面安全高效生产的不利影响，通过研究分析回风流瓦斯涌出来源，确定利用高位抽放巷抽采采空区上覆围岩裂隙带瓦斯，改变了采空区瓦斯运移路径，有效控制了回风流瓦斯。并对抽采瓦斯利用，减少了“温室气体”排放，变废为宝，取得了良好的效果。     

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。     

基于数值模拟的玉溪煤矿地面预抽瓦斯治理效果预测

基于对玉溪煤矿地质特征研究的基础上，选择垂直井和水平井2种方式，在工作面上规模化部署地面预抽井，并采用数值模拟方法分别预测了预抽直井和预抽水平井的产气效果和瓦斯含量变化。研究表明:预抽直井和预抽水平井降低瓦斯含量的效率基本相同，但预抽水平井的产气量远高于预抽直井；预抽直井可用于煤炭准备区，预抽水平井可用于煤炭规划区。瓦斯地面预抽不仅生产收入可观，还能节省井下瓦斯抽放成本，经济效益和安全效益显著。     

黄岩汇煤矿综采工作面上隅角瓦斯治理技术研究

黄岩汇煤矿煤层透气性系数差,原始瓦斯含量低,在回采期间工作面绝对瓦斯涌出量较大,上隅角瓦斯浓度容易超限。现场跟踪考察分析了15108综采工作面上隅角瓦斯来源,找到了采放煤和采空区瓦斯涌出的主要原因,并提出了以高抽巷和顶板低位斜向钻孔相结合的卸压瓦斯治理模式,对卸压瓦斯抽采效果进行评价。研究表明:高抽巷平均抽采纯量69.5 m^3/min,最大90.0 m^3/min,可达全部抽采量的92%;低位钻孔抽采措施起到较好的辅助作用,最大抽采纯量为12.4 m^3/min,平均为5.8 m^3/min。回采期间上隅角瓦斯浓度维持在0.08%~0.40%。