低透气性煤层群保护层开采保护范围及效果考察研究

开采保护层区域防突措施是当前行之有效的防突治本措施。以施茶亭煤矿为例,试验考察确定了保护层开采有效保护范围,并对保护效果进行了分析。开采上保护层2#煤层后,通过测定被保护层3#、4#煤层瓦斯压力、钻孔流量、相对膨胀变形率,得出3#煤层沿倾斜方向下方卸压角为75°,4#煤层沿倾斜方向下方卸压角为73°,3#煤层走向方向卸压角为60°,4#煤层走向方向卸压角为60°。3#、4#煤层最大残余瓦斯含量分别为4. 39 m3/t、4. 96 m3/t,小于8 m3/t,表明在保护层卸压保护范围内为无突出危险区。3#煤层透气性增大1812倍,4#煤层透气性增大664倍,保护效果非常明显。对于低透气性煤层群开采具有重要工程应用价值。     

上保护层开采区域防突措施效果考察分析

为了有效考察区域防突措施效果,通过实测被保护煤层瓦斯压力、相对变形量、瓦斯流量及透气性变化等参数,分析了上保护层开采的有效性。结果表明,实施保护层开采后,被保护层煤层瓦斯压力已达到《防治煤与瓦斯突出规定》要求的安全开采范围,煤层的膨胀变形量达到13.67×10~(-3),透气性增加到20.43m~2/(MPa~2·d),钻孔瓦斯流量增大到0.98m~3/min,上保护层开采的防突效果明显,确保了突出煤层安全生产。     

远距离下保护层底板穿层钻孔卸压瓦斯抽采研究

以桑树坪煤矿远距离下保护层11~#煤层开采保护主采3#煤层为研究对象,利用底板巷布置上向穿层网格式钻孔抽采被保护层卸压瓦斯,研究得出将3314底板瓦斯抽放巷布置在3#煤层底部法距15 m处较为合理。实际抽采数据表明,在远距离下保护层开采期间,采动影响能够有效卸压,提高被保护层的透气性,底抽巷预抽区域瓦斯预抽率约为65.6%。从卸压瓦斯抽采效果分析,11#煤层回采后保护层工作面前方10 m至保护层工作面后方60 m范围内对应的上覆3#煤层区域为最佳卸压瓦斯抽采区域。     

下峪口煤矿中近距离上保护层开采试验研究

针对下裕口煤矿开采2#煤层保护下伏严重突出3#煤层的技术问题,以21326工作面作为试验工作面,测试了保护层开采前后被保护3#煤层透气性系数、钻孔瓦斯自然涌出衰减系数等瓦斯参数,测定了保护范围内外瓦斯含量,验证了划定的保护范围合理性,对被保护层工作面区域防突措施进行了效果检验。研究得到:下峪口煤矿上保护层2#煤层开采最大有效保护垂距、被保护3#煤层倾斜上下方、走向方向卸压角、保护范围内的残余瓦斯含量,上保护层开采结合卸压瓦斯抽采的区域防突措施有效。     

半煤岩保护层无煤柱开采的全面卸压机理及应用研究

针对卸压盲区范围内煤层将出现应力集中、法向挤压变形、瓦斯压力和含量增大,进而导致煤层开采时存在一定安全隐患的问题,提出了半煤岩保护层无煤柱开采技术,以实现下部被保护煤层的全面卸压。通过理论分析了上保护层无煤柱开采消除卸压盲区的机理,据此在沙曲煤矿22201工作面进行现场工业性试验,试验结果表明:通过半煤岩保护层无煤柱开采,实现了低透气性高瓦斯突出煤层群的全面卸压增透,3+4#下被保护层预抽瓦斯纯量、浓度分别高达18 m3/min和90%左右,表明半煤岩保护层无煤柱开采技术体系瓦斯治理效果显著。     

深井远距离上保护层开采卸压效果研究

基于保护层开采条件下煤层膨胀变形特征,运用FLAC3D5.0对朱集西矿远距离上保护层开采采条件下,被保护层的应力变化及膨胀变形量进行了分析;同时对被保护层瓦斯抽采流量进行了现场考察。结果表明,保护层开采过后被保护层最大膨胀率达2.2‰,保护层工作面推进40~80 m范围内,被保护层单孔瓦斯抽采流量由0.05 m~3/min增加至0.35 m~3/min,煤层透气性显著增加,对被保护层煤层有一定卸压影响,在卸压影响区内结合钻孔卸压瓦斯能够减低或消除被保护层的突出危险性。     

下保护层开采对上分层的效果分析

通过利用改进的KDX-1机械式多点位移计,对丁5.6煤层变形膨胀观测远距离下保护层回采时上覆被保护层应力分布和膨胀变形规律进行了研究。结果表明,下保护层回采后可使远距离被保护层得到充分卸压,丁5煤层最大膨胀量达到7.1 mm,相对膨胀变形量为3.55‰,丁6煤层最大膨胀量达到7.4 mm,相对膨胀变形量为3.7‰。煤体弹性潜能得以释放,透气性增大,消除或减小了被保护层煤与瓦斯突出危险性。     

极薄保护层钻采上覆突出煤层卸压瓦斯抽采技术

采用数值模拟和现场试验相结合的方法,系统地研究了极薄保护层钻采过程中上覆被保护煤层地应力及煤层变形的变化规律和煤层卸压瓦斯流动及瓦斯抽采规律。极薄保护层钻采后,被保护煤层弯曲下沉、卸压膨胀变形,煤层透气性提高了403倍,通过向被保护煤层施工网格式上向穿层钻孔进行卸压瓦斯抽采,被保护煤层瓦斯压力和瓦斯含量降低,消除了煤与瓦斯突出危险,成功实现了矿井安全高效生产。     

近距离煤层群瓦斯立体抽采技术研究

针对桐梓煤矿近距离煤层群开采,首先选择瓦斯含量较小、突出危险性低的煤层作为保护层进行开采,利用其开采扰动作用提高下部卸压煤层的透气性。采用顺层钻孔、低位走向穿层钻孔、采空区埋管和底板上向穿层钻孔等措施对煤层群进行立体化综合抽采,试验表明：保护层工作面瓦斯预抽采率在55%以上,消除了煤与瓦斯突出危险性,工作面开采后上隅角瓦斯体积分数控制在1%以下;6号、7号和9号被保护煤层经卸压后透气性系数分别增加了392、320和289倍,瓦斯抽采率超过60%,实现了煤与瓦斯安全高效共采     

俯伪斜下保护层开采保护范围的现场考察分析

开采保护层是在突出矿井开采煤层群时的重要的安全措施,考察保护范围对安全生产起着指导作用。为了划定俯伪斜下保护层开采急倾斜煤层群保护范围,对某煤矿下保护层6#煤层工作面3601对应的被保护层4#煤层布置压力孔和流量孔进行了现场观察。分析表明:保护层开采导致被保护层瓦斯压力呈现"四带"分布以及瓦斯流量呈现"M"状态分布;在压力变化的基础上,划分出下保护层倾向下山方向的卸压保护角为86°;在综合压力变化和流量变化基础上,划分出下保护层沿走向的卸压保护角范围为45°～72.47°。     

远距离下保护层采动对上覆煤层 影响效果研究

平煤股份十矿主采的丁、戊、己3组煤均为突出煤层,丁、戊组煤层间距80~110 m,根据地质赋存条件和瓦斯治理经验,十矿提出将戊组煤层作为丁组煤层的下保护层进行开采的瓦斯治理方案。以戊_8,9-20230和丁_5,6-21180工作面为例,通过考察煤层瓦斯及巷道变形量,对煤层保护影响效果进行分析研究,为十矿瓦斯治理技术路线提供理论依据和实际支撑。     

上保护层开采下伏煤岩力学特性及瓦斯抽采效果

基于岩石破裂损伤理论和有限元计算方法,模拟保护层开采过程,下伏煤岩应力及变形特征,得出了下伏煤岩应力随保护层开采变化规律及被保护层煤层变形呈现压缩、膨胀、膨胀减小到稳定的变化规律,并在现场进行了工业性试验,考察了保护层开采过程,被保护层变形及煤层透气性变化,理论分析与现场测定基本吻合,依据研究结论,优化了被保护层卸压瓦斯抽采设计,通过被保护煤层卸压瓦斯抽采,残余瓦斯含量降到了2.33 m3/t,残余瓦斯压力降为0.35 MPa,均低于煤层突出临界值;被保护范围内煤层瓦斯抽采率达到44.8%;被保护层的瓦斯含量得到有效降低,消除了突出危险性,确保了被保护层的安全开采。     

近距离上保护层开采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采参数优化

为确保近距离上保护层工作面的开采安全,同时有效抽采下被保护层的卸压瓦斯消除其突出危险性,开展了近距离上保护层开采工作面的瓦斯涌出规律研究,在此基础上对被保护层的卸压瓦斯抽采参数进行了优化。研究结果表明：下被保护层12煤层位于上保护层开采后形成的底臌断裂带内,层间裂隙发育充分,保护层工作面瓦斯涌出量大多来自被保护层的卸压瓦斯;在采用底板岩巷上向网格式穿层钻孔对被保护层进行卸压瓦斯抽采时,被保护层卸压瓦斯流向保护层工作面还是穿层钻孔由瓦斯在裂隙中流动形成的沿程阻力决定;被保护层12煤层穿层钻孔间距确定为1倍层间距大小,即穿层钻孔间距为16 m。工程应用表明,该设计参数能够满足保护层安全开采及被保护层消除突出危险性的要求。     

保护层开采效果考察及应用

分析了平煤股份十二矿开采己₁₅保护己_16-17煤层的可行性,研究了保护层开采效果考察方案,并在己_16-17-17180工作面进行了方案考察,主要考察了保护效果和保护范围。研究表明:己₁₅煤层作为保护层开采,对于降低己_16-17煤层原始瓦斯压力、降低原始瓦斯含量、增强煤层透气性系数具有非常有效的作用。在保护范围内,一般可使己_16-17煤层瓦斯压力降低到0.34 MPa以下,可使其瓦斯含量降低到5.42 m³/t以下,各项防突预测指标均达到安全开采的临界值以下,充分说明经过上保护层的开采后,被保护层的煤与瓦斯突出危险性得到了消除,为实现被保护层安全、高效开采提供了可供技术支撑。     

弱透气性煤层受岩石下保护层开采影响卸压增透效果研究

针对平煤股份十矿大埋深弱透气性煤层下保护层开采工程,采用岩石破裂损伤理论和有限元计算方法,研究了被保护层变形规律、应力演化过程、卸压保护范围及瓦斯抽采效果。结果表明,随着保护层工作面的推进,其上覆煤岩体同时发生拉伸应力和剪应力破坏,被保护层大量的裂隙扩展发育,孔隙率大幅提高;随着保护层的开采,被保护层呈现出压缩和膨胀的变化规律,位于保护层采空区中部上方的被保护层变形最大,变形膨胀率最大,因此有利于煤层的卸压增透和瓦斯的抽放;岩石保护层开采后对被保护煤层沿倾斜方向预计保护范围卸压角为78°。工业试验显示:在己_15-16-24130岩石下保护层开采后,上覆己_15-16煤层变形膨胀率在0.62%~1.54%,己₁₇煤层变形膨胀率在1.71%~3.67%;在预计保护范围线位置测定的煤层最大综合残余瓦斯压力为0.42 MPa,最大残余瓦斯含量为4.210 7 m³/t。证明预计保护范围是可靠的,为平煤十矿下保护层开采区域瓦斯治理技术的推广应用提供了可靠的依据。     

多煤层近距离保护层开采瓦斯涌出规律及抽采方案研究

 为确保近距离保护层工作面的生产安全,采用分源预测方法对罗州煤矿首采工作面瓦斯涌出规律进行分析,研究表明本煤层瓦斯涌出占16.9%,上邻近层瓦斯涌出占50.7%,下邻近层瓦斯涌出占32.4%。在此基础上对罗州煤矿瓦斯抽采方案进行优化设计,首采工作面采用本煤层顺层平行斜交钻孔、采空区埋管抽采结合通风稀释瓦斯,上邻近层采用高抽巷抽采环形裂隙圈内高浓度瓦斯,下邻近层采用底板穿层钻孔抽采底臌断裂带和底臌变形带内的卸压解吸瓦斯。通过保护层卸压开采配合卸压瓦斯强化抽采方法,降低了卸压煤层瓦斯含量,消除了被保护层煤与瓦斯突出危险性。     

极薄煤层钻采上覆煤层卸压变形及渗透性演化规律

通过相似材料试验及现场工程测试等手段,对极薄近距离下保护层钻采上覆被保护层垂直应力、膨胀变形、渗透率演化规律进行了研究,得出了钻采极薄下保护层上覆被保护层的垂直应力、膨胀变形及渗透率变化规律等。研究结果表明,钻采极薄近距离下保护层二1煤垂直应力降低60%以上,相对膨胀变形率12‰,相似材料体渗透率增大15倍。钻采一9煤对上覆二1煤能形成保护效果,引起了二1煤卸压增透、卸压增流效应,降低了二1瓦斯抽采难度,消除了二1煤的突出危险性,研究成果可推广应用于极薄保层开采。     

近水平煤层下保护层保护范围的数值模拟

以淮南潘三矿近水平煤层下保护层开采工程为研究对象,基于瓦斯渗流、煤岩体变形的基本理论和有限元计算方法,通过模拟下保护层开采后被保护层的应力场和变形场的发展过程,确定了随着保护层工作面的推进,被保护层的应力变形和膨胀变形规律;根据应力卸压保护准则和煤体变形准则,提出了合理保护边界划定依据。研究表明,在结合地面钻井抽采的情况下,近水平煤层下保护层开采后,被保护层的理论保护范围存在扩界空间,可扩大到与下保护层等长等宽。现场试验与数值模拟结果基本吻合。     

Numerical analysis of coal-gas flow and pressure relief on the mining method of extreme short-range protective strata

The coal-gas existing condition was ameliorated in the coal seams prone to coal-gas outburst adopting the mining method of protective strata. The gas volume and the gas pressure were reduced synchronously in the protected coal seam, and the coal seam of high permeability prone to the coal-gas outburst was changed into that of low permeability with no proneness to the coal-gas outburst. The D₁₅ coal seam was treated as the protective strata, and the D_16–17 coal seam was treated as the protected strata in the Fifth coal mine in the Pingdingshan Coal Mining Group. The distance between the two coal seams was 5 m averagely, clarified into the extreme short-range protective strata. The numerical analysis was based on the theory of the porous media flow with the finite element method. The gas flow process and the change mechanism of the coal-gas pressure were analyzed in the process of mining the protective strata. Supported by the Grants of National Scientific Funds of Control Mechanism of Geologic Hazards Induced by Coal-gas(50534070)     

高山矿近距离低透煤层上保护层开采底板卸压增透效应研究

针对低透高瓦斯近距离煤层上保护层开采合理性问题,以高山煤矿二采区4号和9号煤层作为研究对象,对上保护层开采后底板卸压增透效应进行研究。结果表明:保护层开采后,底板卸压区域呈现为倒梯形,卸压角度约为65°,卸压竖直范围超过50 m,垂直应力由原始应力7.1 MPa降低到3 MPa左右,平均卸压值为3.6 MPa左右,卸压率平均为60%,垂直应力的总体变化趋势为"降低-升高-稳定";被保护层位移变化规律与垂直应力一致,随保护层开采,被保护层竖直方向出现上升,平均上升距离为40 mm左右,最大位移出现在两侧,为53 mm左右,膨胀率由两侧向中部逐渐升高,并稳定在7‰左右;被保护层在距开切眼50~270 m范围内出现明显的增透现象,渗透率平均升高70%,且增透范围呈现倒梯形分布。