高瓦斯矿井综放工作面综合抽采优化研究

为解决某高瓦斯矿井综放工作面瓦斯抽采困难、瓦斯严重超限难题,采用数值模拟和理论分析得到采动覆岩裂隙演化和卸压瓦斯运移规律,提出本煤层抽采和裂隙带抽采的综合、协同抽采技术。结果表明:回采作用下,覆岩裂隙垮落-压实的变化使得在裂隙带中易形成瓦斯富集;提出的综合治理技术可以实现对本煤层和采场裂隙带内瓦斯抽放,工作面实测抽采瓦斯纯量最大为6.15m~3/min,抽采瓦斯浓度最大为49. 9%,满足安全生产要求。     

采动裂隙椭抛带动态演化及煤与甲烷共采

为研究采动覆岩裂隙演化及其中瓦斯的运移规律,通过物理相似模拟及数值模拟发现,煤层开采后采动覆岩裂隙形态可用椭抛带来表征。基于岩层控制关键层理论,建立了考虑采高及第一亚关键层与煤层顶板间距的采动裂隙椭抛带动态演化数学模型。运用环境流体力学,传质学,渗流力学,采动岩体力学等理论,得到采动煤体应力与卸压瓦斯渗流,纵向破断裂隙区瓦斯升浮,以及横向离层裂隙区瓦斯扩散等方程,构建出椭抛带中卸压瓦斯渗流-升浮-扩散综合控制模型。分析了椭抛带卸压瓦斯抽采机理,提出相应的煤与甲烷共采技术。通过山西天池煤矿抽采卸压瓦斯的现场实践,说明采动裂隙椭抛带是卸压瓦斯的储运区,将瓦斯抽采系统布置其中,可取得良好效果。     

顶板千米定向钻孔在高瓦斯煤层群瓦斯抽采中的应用

针对低透气高瓦斯近距离煤层群开采邻近煤岩层大量卸压瓦斯涌入工作面的问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析了工作面顶板裂隙与卸压煤层瓦斯富集的关系,模拟了工作面顶板采动裂隙分布与演化规律|提出了顶板千米定向钻孔抽采采空区上部集聚卸压瓦斯的技术方案|并结合现场14301工作面的实际条件,确定了顶板千米定向钻孔布置的技术参数。现场应用表明：在顶板千米钻场抽采瓦斯观测期间内,瓦斯抽采浓度始终保持在25%以上,最高达到80%,瓦斯抽采纯量在2.0～3.0m/min之间,并且有效抽采浓度的持续时间长,取得了良好的瓦斯抽采效果。     

低瓦斯煤层高强开采覆岩卸压瓦斯抽采合理布置研究

针对低瓦斯厚煤层高强综放开采卸压瓦斯治理问题,采用物理模拟、数值分析和现场监测方法,研究工作面开采初期和稳定时期覆岩结构演化及裂隙场分布特征,揭示了考虑采动裂隙场的卸压瓦斯场分布特征;依据研究获得采动瓦斯聚集区分布,提出采用高位定向长钻孔治理采空区卸压瓦斯,并进行了效果检验。结果表明:工作面推进至135 m后,覆岩结构和裂隙演化基本稳定,垮落带发育高度为25～27 m,裂隙带发育高度为75～95 m,弯曲下沉带发育高度达到110 m左右;采动裂隙带瓦斯聚集区位于距回风巷25～55 m、高度距煤层顶板25～50 m范围内;高位定向长钻孔瓦斯抽采技术实施后,抽采平均浓度为5.8%,平均流量为0.71m~3/min,工作面上隅角和回风流瓦斯浓度均小于0.8%,瓦斯治理取得较好效果,为类似条件下的卸压瓦斯治理提供参考。     

单一低透气性煤层卸压带瓦斯抽采技术

单一低透气性突出煤层,瓦斯预抽难度大、效率低,严重制约了煤矿生产效率。以焦煤公司主力矿井为试验区,利用工作面采动影响下产生的卸压作用,从分析影响抽采效率的因素入手,通过卸压带瓦斯抽采装置研制,抽采技术参数优化,探讨了提高卸压带瓦斯抽采效率的途径和方法。在此基础上,进一步研究并实践了工作面浅孔抽采技术、扇形钻孔抽采技术、网格抽采技术,现场实践和数据表明,卸压区是瓦斯快速高效抽采的理想区域,综合抽采技术的应用,大大减少了工作面瓦斯涌出量,降低了煤与瓦斯突出危险性,为焦作矿区单一低透气性突出煤层工作面瓦斯治理探索了新途径。     

采动裂隙带卸压瓦斯合理抽放效果分析

分析采动裂隙带中卸压瓦斯的运移特征与提出合理有效地抽采裂隙带卸压瓦斯措施对确保回采工作面高安全高效生产意义重大.建立采动裂隙带卸压瓦斯运移FLUENT数值模拟模型,模拟分析确定U(U型通风模式)+L(内错尾巷)+走向高抽巷型通风模式下高抽巷和联络巷最佳布置参数以实现最理想的瓦斯抽放效果,在此基础上提出U+L(内错尾巷)+走向高抽巷型立体化采动裂隙带卸压瓦斯治理方案.     

低渗透性煤层群卸压开采地面钻井抽采瓦斯技术

基于淮南矿区高瓦斯低渗透性煤层群赋存条件,通过试验模型分析了卸压开采后的覆岩移动破坏、卸压煤层移动变形、采动裂隙垂向分带和卸压煤层应力分带特征,得出了首采层采空侧顶板至上覆卸压煤层顶板中存在环形裂隙区、竖向裂隙区、远程卸压煤层裂隙区,根据采动裂隙区发育特征,提出了卸压瓦斯抽采地面钻井的部署方法。在顾桥矿1117(1)工作面切眼外侧、风巷内侧和工作面前方分别布置有“”、“│”型和“L”型地面钻井,实现了长时间、大范围、较高的卸压瓦斯抽采率。总结了地面钻井位置、钻井型式、钻井稳定性与卸压瓦斯抽采效果之间的关系。     

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。     

回风巷迎向斜交钻孔抽放方法在大隆矿的应用

分析了大隆煤矿S11201工作面的瓦斯来源及采空区瓦斯分布情况,得出因受工作面采动卸压影响,下邻近层瓦斯大量涌向S11201工作面采空区,是造成工作面瓦斯涌出异常的主要原因。 针对性提出“回风巷迎向斜交钻孔方法冶抽采采空区裂隙带卸压瓦斯,取得了理想的抽放效果,确保了工作面的安全回采。     

倾斜煤层卸压瓦斯导流抽采技术研究与工程实践

为了研究倾斜煤层条件下,采动覆岩裂隙分布规律与卸压瓦斯抽采技术,采用理论分析和数值模拟的方法,对采场覆岩应力、位移以及裂隙分布情况进行了分析,并依据研究结果,对试验工作面高位导流钻孔布置参数进行了优化设计。结果表明:工作面上端头顶板卸压区域范围大于下端头区域,关键层的卸压段靠近工作面上部,覆岩垮落破断后,工作面上部垮落岩体位移明显大于下部;裂隙网络中,下部冒落岩体裂隙处于相对闭合状态,沿工作面向上,裂隙开度逐渐增大;卸压瓦斯运移通道在倾斜方向上具有不对称性;沿工作面回风巷侧冒落带轮廓线布置高位导流钻孔,并配合相邻钻场之间的有效搭接抽采可使抽采效果保持稳定;单一钻孔全生命周期可分为远距离、有效和近距离抽采3个阶段,随着钻孔层位的增加,抽采效果逐渐变优,远距离抽采阶段长度减小,有效抽采阶段长度增加。实践结果表明,瓦斯抽采效果良好,验证了依据此方法布置高位导流钻孔的合理性。     

低透气性煤层群高瓦斯采煤工作面强化抽采卸压瓦斯机理及试验

针对低透气性高瓦斯煤层群首采卸压层瓦斯涌出量大、瓦斯治理困难的现实条件,在模型试验和理论研究的基础上,揭示出煤层群首采关键卸压层开采后采动影响区内顶、底板岩层裂隙的动态演化规律和卸压瓦斯运移规律,发现采空区侧存在“竖向裂隙发育区”,弯曲下沉带和底板膨胀变形带内煤体发生膨胀变形,煤层的透气性显著增加。2371(1)工作面煤气共采实践表明,工作面最大绝对瓦斯涌出量70.46 m3/min,平均56.71 m3/min,瓦斯抽采率达85.2%,其中抽采的高浓度瓦斯比例为67.25%,抽采的低浓度瓦斯比例为32.75%,保证工作面的安全回采,实现了煤与瓦斯安全高效开采。     

高位定向钻孔合理层位确定及抽采效果分析

为了有效解决临近层卸压瓦斯通过采动裂隙扩散至本煤层工作面，导致采空区上隅角及工作面回风巷瓦斯浓度超限的问题。以某矿9103工作面为工程背景，采用理论分析与数值模拟相结合的手段，对工作面上覆岩层裂隙演化规律进行分析研究。研究表明：采用UDEC数值模拟软件分析工作面上覆岩层破坏时垮落带和裂隙带演化规律及裂隙带高度分布范围与理论计算结果基本一致，覆岩垮落带最大高度4.9 m，裂隙带最高13.44 m。基于此，确定了工作面覆岩高位钻孔设计方案：在9#煤层上方10 m位置的粉砂岩中，采用高位钻孔技术抽采瓦斯，整体抽采浓度较高，进一步验证了高位钻孔布置参数设计的合理性。     

采动对煤层渗透性的影响探析

通过研究回采工作面煤层渗透性随采动的变化规律,得出了在卸压区进行浅孔抽采和应力集中区抽采卸压的必要性和可行性。通过建立应力集中区节理演化模型,分析得出应力集中带煤层节理、裂隙发育受最大主应力方向、大小影响,进而影响局部渗透性变化。应力集中区瓦斯抽采钻孔应布置在局部渗透性增大区域。     

本煤层巷道穿层钻孔抽采邻近层卸压瓦斯技术研究与应用

针对淮北矿区远距离下保护层卸压瓦斯抽采存在的问题,分析了采动裂隙发育及瓦斯流动规律,研究本煤层巷道穿层钻孔抽采邻近层卸压瓦斯技术,在本煤层巷道施工网格式穿层钻孔,对工作面上方采动范围内的煤层全覆盖控制,穿层钻孔在回采前预抽被保护层瓦斯,回采时高效抽采邻近层卸压瓦斯,回采后成为层间离层裂隙的主要通道,将采动影响范围内的煤层卸压瓦斯导入采空区,再通过其他钻孔将瓦斯抽出。研究认为,扩大钻孔抽采控制范围,对卸压瓦斯层层拦截抽采,能有效减少卸压瓦斯涌入回采空间;穿层钻孔能成为层间离层裂隙的有效通道,使煤层卸压瓦斯充分流动,能够提高卸压瓦斯抽采效果。     

低透气性煤层应力集中带瓦斯抽采研究

为了提高低透气性煤层瓦斯抽放效率,研究了回采工作面煤层渗透性随采动的变化规律,综合分析了采动应力下煤层裂隙演化规律,得出了在低透气性煤层应力集中带瓦斯抽采的必要性和可行性。通过建立应力集中带裂隙(包括原生割理、构造节理、采动裂隙)演化简化模型,分析裂隙分布方位与最大主应力、煤层倾角的方位关系,得出结论:应力集中带煤层裂隙在采动影响下张开闭合与否,受最大主应力方向、大小影响,进而影响煤层局部渗透性变化,因此在应力集中带将瓦斯抽采钻孔布置在局部渗透性增大区域,将大大提高抽采效率。提出了在应力集中带裂隙发育区域抽采瓦斯是预防瓦斯动力灾害的有效措施,观察煤体裂隙分布发育情况是预测煤体渗透性的一种依据。     

高位钻场在李雅庄煤矿的应用效果分析

基于采动裂隙带的演化规律研究及瓦斯在采动裂隙带的升浮—扩散规律研究成果,根据高位抽放巷的工作原理,分析了影响高位抽放巷抽采瓦斯效果的地质、开采、通风、钻场钻孔布置情况以及工作面瓦斯参数等因素,并根据对抽采浓度、混合流量、纯流量的分析,研究了李雅庄煤矿高位钻场瓦斯治理效果,说明抽采钻孔是否布置在采动裂隙带内对瓦斯抽采效果的好坏有直接影响。分析认为:李雅庄煤矿高位钻场距煤层顶板较近,钻孔位于采动裂隙带的下部,抽放效果不佳,但仍能达到治理上隅角瓦斯超限的目的。     

高抽巷治理厚煤层综采工作面瓦斯技术研究

根据对采空区覆岩裂隙发育及瓦斯运移情况进行分析,在开采煤层顶板采动裂隙带内布置高位瓦斯抽排巷抽采采空区卸压瓦斯,合理确定高抽巷设置层位,通过对高抽巷抽采厚煤层综采工作面瓦斯的抽采效果考察,结果表明,高抽巷瓦斯抽采有效保证了工作面安全高效生产,对类似条件下的工作面瓦斯治理具有一定的借鉴意义。     

采动卸压下伏煤层瓦斯L型井抽采技术研究

为实现高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井受采动卸压影响的下伏煤层瓦斯抽采,以山西晋城矿区寺河煤矿3~#煤层5303工作面为研究对象,系统研究了3~#煤层采动卸压后下伏9~#煤层岩体的裂隙发育规律、应力分布特征和渗透性变化特性。数值模拟表明,工作面受采动影响垂向卸压范围可达71.43m,9~#煤层在底鼓变形带内,最大卸压值达到3.61MPa,使得该区域裂隙发育,渗透率提高。研究提出了一种煤矿瓦斯地面抽采新模式,即采用斜直井钻机地面施工L型井方式抽采经采动卸压的下伏煤层瓦斯,其研究成果对同类煤矿开采条件下高瓦斯和突出煤层瓦斯抽采工作具有重要指导借鉴意义。     

深部近距离上保护层底板裂隙演化及卸压瓦斯抽采时效性

为解决深部近距离上保护层开采被保护层大量卸压瓦斯通过底板裂隙涌向首层采煤工作面极易造成瓦斯超限的问题,以平顶山天安煤业股份有限公司五矿为研究背景,采用理论分析、实验室实验、现场考察以及离散元数值模拟的手段,研究了深部近距离上保护层开采底板煤岩层裂隙瓦斯通道演化规律及下被保护层卸压瓦斯抽采时效性。研究表明:回采方向上底板煤岩层可分为原始应力区、卸压增透区和重新压实区,卸压增透区内煤体膨胀变形量大渗透率高,卸压瓦斯解吸扩散,底板采动裂隙使被保护层与采煤工作面贯通形成裂隙瓦斯通道。时间尺度上,卸压增透区的形成与上保护层回采到基本顶来压垮落时间段相对应,采动裂隙瓦斯通道伴随基本顶的破断垮落逐渐重新压实消失,卸压增透区范围在基本顶初次垮落前达最大值,回采推进期间与基本顶来压步距正相关。重新压实区域内煤岩层经历应力加载、卸荷、重新加载后可能出现损伤破坏,卸压瓦斯大量解吸引起煤体收缩变形,部分煤岩体受力比其原始应力更大出现压缩变形。卸压增透区是卸压瓦斯产生及运移的主要空间,也是进行卸压瓦斯拦截及抽采的高效区,瓦斯抽采工程需考虑采动裂隙演化的空间和时间效应。     

淮南矿区瓦斯卸压抽采理论与应用技术

基于淮南矿区高瓦斯煤层群开采条件,运用卸压开采及采场采动裂隙O形圈卸压瓦斯抽采理论,提出了一系列钻孔或巷道抽采卸压瓦斯方法;研究分析了开采卸压层时瓦斯抽采技术、上向卸压瓦斯抽采技术、下向卸压瓦斯抽采技术,采用煤层气开采消突试验方法有底板岩巷穿层钻孔条带预抽瓦斯、顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、地面钻井压裂预抽瓦斯,这些方法广泛应用于淮南矿区生产实践,建立起了卸压开采瓦斯抽采工程体系.结果表明:自1998 年以来矿井杜绝了瓦斯爆炸事故发生,百万吨死亡率由4.01降低到0.18,2009年瓦斯抽采量达3.2亿m3,矿井瓦斯抽采率达到53%,采煤工作面瓦斯抽采率达到90%以上;使高瓦斯突出煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层,同时抽采出的瓦斯作为绿色能源,减少大气污染.