极薄保护层钻采上覆煤层透气性变化及分布规律

为了分析极薄保护层钻采的卸压保护效果,采用相似模拟和现场试验相结合的研究方法,系统地研究了被保护层卸压前后煤层透气性变化及分布规律。相似模拟试验研究表明,极薄保护层钻采后,被保护层产生卸压膨胀变形,煤层透气性增大,实测煤层透气性系数由3.80m2/(MPa2•d)增大到7.11m2/(MPa2•d)。待上覆煤岩体移动稳定后,由于煤岩体应力逐渐恢复,煤层透气性系数降至5.61m2/(MPa2•d),在保护层始采线前方和停采线后方的一定范围内上覆被保护层透气性比采空区中部大。随着被保护煤层逐渐被压实,煤层透气性有所降低,为了达到最佳的瓦斯抽采效果,必须在保护层钻采的同时进行卸压瓦斯抽采。现场实测极薄保护层钻采后被保护层透气性系数由0.047m2/MPa2•d增加到18.928m2/MPa2•d,提高了403倍。     

钻采极薄保护层上覆煤层渗透率演化规律研究

通过数值分析方法及现场工业试验等手段,对钻采近距离极薄保护层上覆煤层渗透率变化规律进行研究,得出钻采极薄下保护层上覆煤岩层渗透率分布特征、被保护煤层渗透变化规律等。研究成果对极薄保护层开采及卸压瓦斯抽采参数优化等具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

煤矿上保护层下向穿层钻孔抽采瓦斯技术研究

改进钻孔成孔与封孔工艺,可以提高被保护层卸压瓦斯抽采效果。下峪口煤矿试验区2~#煤层与被保护3~#煤层间距较小,通过上保护层2~#煤层沿空留巷下向穿层钻孔抽采3~#煤层卸压瓦斯,提高了被保护层3~#煤层的透气性,进一步扩大瓦斯抽采的保护范围。总结形成了沿空留巷下向穿层钻孔封孔工艺及抽采钻孔优化布置等技术,为矿井保护层开采提供了技术支撑。     

上保护层开采及卸压瓦斯抽采的消突效果研究

为分析上保护层开采及卸压瓦斯抽采对煤层消突的作用,采用理论计算、数值模拟及现场实测相结合的方法,研究上保护层开采底板破坏深度及卸压范围,优化卸压瓦斯抽采参数。研究表明:当煤层采高为1.4 m时,上保护层开采后煤层卸压深度为13.8~17.9 m,走向卸压角为59°,倾向卸压角为74°;对被保护层使用底抽巷网格式上向钻孔抽采,穿层钻孔终孔间距为15 m,终孔位置距2#煤层顶板约0.5 m,钻孔直径不小于100 mm;卸压瓦斯的抽采浓度达42.5%,被保护层保护范围内的瓦斯压力降为0.55 MPa,残余瓦斯含量降为5.214 m3/t,消除了突出危险性。     

下保护层开采覆岩应力变化特性数值模拟

为了预防生产矿井的煤与瓦斯突出,利用保护层开采过程中的被保护层的卸压作用对卸压瓦斯进行强化抽采,使被保护层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层,实现对煤与瓦斯突出煤层的消突.应用数值模拟软件进行模拟,对下保护层开采后顶板覆岩的卸压程度、煤岩层移动变形、岩体裂隙发育和煤层卸压瓦斯抽采方法进行系统的研究.结果表明,被保护层的膨胀变形使得被保护范围内的围岩体内部形成大量孔道和裂隙,煤层的透气性增大.被保护层地压减小,弹性潜能得到缓慢释放.开采保护层结合采取相应的瓦斯抽放措施,对于防治深部煤层瓦斯突出和实现煤矿安全生产具有重要的意义.     

中远距离上保护层开采被保护层卸压时空效应及应用研究

针对祁东煤矿煤层群中远距离上保护层开采时,被保护层施工穿层钻孔发生严重的钻孔突出等问题,研究了上保护层开采被保护层卸压瓦斯流动滞后的时空规律,用于被保护层卸压瓦斯抽采。研究表明:被保护的9煤层底板穿层钻孔滞后上覆71煤层工作面平面位置20~25 m施工钻孔进行卸压抽采,解决了被保护层超前预抽及卸压抽采存在的钻孔突出、煤孔段塌孔,以及卸压抽采封孔段漏气等问题,提高了抽采效果。     

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。     

保护层开采卸压瓦斯运移规律及强化抽采技术研究

为研究保护层开采过程中被保护层动态卸压效果,建立了煤层变形与瓦斯流动的应力-渗流耦合理论模型,数值模拟研究了被保护层的动态卸压效应及瓦斯运移规律,在此基础上,设计了保护层开采条件下的底板穿层钻孔强化抽采方法。研究表明：（1）被保护层卸压范围随保护层工作面推进逐步扩大,被保护层最大垂直应力降低了30%左右。（2）采动卸压作用下被保护层瓦斯逐渐向采空区流动造成瓦斯压力下降,降幅可达35%。（3）通过保护层开采卸压结合穿层钻孔抽采提高了瓦斯抽采效率,瓦斯抽采浓度由10%左右提升到35%以上,达到了快速消突的目的。     

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。     

近距离突出煤层群上保护层开采瓦斯治理技术

结合青东煤矿上保护层开采条件,采用FLAC3D软件模拟了上保护层开采底板卸压规律。研究结果表明:被保护煤层卸压瓦斯涌出率为30.0%～36.5%;上保护层开采后被保护煤层原始地应力由10.5～10.8 MPa降低为1.0～1.5 MPa;被保护煤层初始卸压位置为工作面回采至40～50m。根据研究结果制定了顶板岩巷穿层钻孔、顺层预抽、顶板高抽巷、上隅角埋管及上保护层回风巷下向穿层增裂钻孔的立体瓦斯治理技术。工程应用表明,卸压瓦斯占工作面瓦斯涌出总量的86.8%,被保护煤层瓦斯涌出率为30.4%,被保护煤层初始卸压位置为工作面回采至40 m位置。     

保护层工作面瓦斯综合治理技术

为了解决张集煤矿1122（1）保护层工作面开采时被保护层的大量卸压瓦斯涌入,造成保护层工作面开采过程中回风瓦斯浓度较大的问题,采用顺层钻孔抽采技术,上隅角埋管、插管抽采技术,尾抽巷、高抽巷、底抽巷抽采技术等综合瓦斯治理技术对其进行了治理。结果表明：采用上述瓦斯综合治理技术后,工作面瓦斯抽采率达到87.8%,有效地解决了保护层工作面回采期间的瓦斯问题。     

同安煤矿远距离上保护层开采保护效果初探

以同安煤矿远距离上保护层开采作为研究对象,通过测定同安煤矿下部15#突出煤层瓦斯压力、瓦斯流量、煤层透气性和煤层相对变形等参数变化情况,研究该矿5#煤层作为上保护层对下部15#煤层的防突保护效果。结果表明:下保护范围内的15#煤层原始瓦斯压力显著下降,煤层相对变形增加到2.41‰,瓦斯流量增加了67倍,透气性系数增加了115倍。5#远距离上保护煤层对下部15#被保护煤层起到了较好的保护作用。     

高抽巷在开采下保护层矿井中的应用

针对开采下保护层的正珠矿井在瓦斯治理及防治煤与瓦斯突出方面的问题,提出了利用高抽巷"拦截"上邻近层卸压瓦斯,同时在高抽巷内布置上向穿层钻孔抽采被保护层,以满足进一步解放被保护层的需要,实现"一巷多用"。     

关键层结构对保护层卸压开采效应影响分析

由于保护层卸压开采,导致覆岩结构的运动,致使上覆煤层变形,产生卸压效应,改变被卸压煤层的透气特性,为卸压瓦斯抽采创造有利条件.采用RFPA2D-Flow数值模拟软件,分析了上覆煤岩层采动裂隙演化、卸压煤层采动应力及位移分布、瓦斯参数变化等规律,结果表明:1)下保护层开采引起的上覆煤岩层采动裂隙集中分布在采场两端部,并呈竖向偏采空区方向发育,离层裂隙发育至被卸压煤层上方;2)开切眼和停采线附近区域顶板裂隙明显发育,卸压开采导致上覆煤层产生膨胀变形,透气性明显增加;3)由于被卸压煤层和保护层之间关键层结构的力学效应,使被卸压煤层透气系数增加幅度不显著,导致抽采孔瓦斯压力降低速度放缓.无关键层结构时,采动影响区内抽采孔瓦斯压力降低较快.     

掏穴钻孔在煤层消突中的应用

为了解决穿层钻孔预抽煤层瓦斯时抽采浓度低、抽采效果差,造成煤层消突不彻底这一难题,在设计钻孔时在常规穿层钻孔预抽瓦斯技术的基础上采用掏穴扩孔工艺。通过对煤层段进行扩孔增加对周围煤体的扰动,增大钻孔周围煤体的膨胀变形程度,使得煤层卸压更加充分,煤层的透气性增强,钻孔预抽瓦斯的消突效果提高,煤与瓦斯突出的可能性降低。     

本煤层顶板水力压裂增透技术的研究与应用

义马煤业集团孟津煤矿二2煤-11031工作面属于弱突出危险性煤层,为了提高11031工作面瓦斯的抽采效率,有效治理瓦斯问题,减少瓦斯事故的发生,对11031工作面实施顶板水力压裂的卸压强化增透措施。实施该措施后,煤层透气性大大增加,单孔瓦斯抽采体积分数和流量大幅提高,煤层瓦斯含量和瓦斯压力大幅降低,保证了该工作面及被保护层采掘工作的安全采掘。     

受采动影响的近水平被保护层保护效果考察研究

为研究近水平保护层开采后被保护层的变形规律,采用数值分析方法模拟了保护层开采过程中上覆煤层的应力、位移变化情况,获得了保护层开采后上覆煤层的裂隙发育高度,及保护层开采范围内煤层的卸压膨胀变形量为8.16‰。利用煤层顶底板变形测定仪井下实测了保护层开采过程中被保护煤层的形变量,保护范围内被保护煤层工作面的走向方向、倾斜下方及倾斜上方变形量均大于3‰,保护层卸压充分,保护效果显著。