定向顺层钻孔“钻-冲-护”一体化增透技术试验

针对松软低透煤层瓦斯抽采钻孔塌孔严重、瓦斯抽采效果差、抽采达标周期长、抽掘采衔接紧张等问题,基于现有装备,提出了定向顺层钻孔"钻-冲-护"一体化低透煤层高效促抽瓦斯技术,该技术在长平煤矿实践表明:大功率定向钻机施工煤段长度达到340 m,煤段水力冲孔后总返煤量260.46 t,扩孔孔径φ0.87 m。对冲孔方式进行考察,发现回转冲孔方式和交叉冲孔方式效率优于水平冲孔方式。未采取下筛管工艺抽采钻孔平均瓦斯浓度为25.05%;全程下筛管护孔抽采钻孔平均瓦斯浓度为49.10%,一体化工艺下抽采钻孔百米瓦斯纯流量比普通钻孔水力冲孔护孔后抽采钻孔百米瓦斯纯流量提高了约11倍,瓦斯流量衰减系数降低了9.4%。瓦斯抽采浓度提高约2倍,百米抽采瓦斯纯量由0.08 m~3/min增至0.94 m~3/min,瓦斯抽采效果明显,保障了矿井的安全高效生产。     

瓦斯抽采钻孔修复增透技术与装备

针对瓦斯抽采钻孔易发生失稳堵孔导致抽采量严重衰减的问题,研发出瓦斯抽采孔水力作业机,采用外径16 mm连续可缠绕钢管,以高压水射流为核心,形成高压力、变流量、连续修复钻孔技术体系。利用瓦斯抽采孔水力作业机产生的高压水射流对瓦斯抽采钻孔进行冲孔解堵和水力喷射压裂增透,从而达到了卸压和造缝双重增透的目的,使得已有的瓦斯抽采孔重复利用,避免施工新钻孔。该技术在郑煤集团大平煤矿现场应用表明,钻孔修复、增透后瓦斯抽采纯流量可提高800%以上。     

顺层钻孔钻冲一体化卸压增透强化抽采技术应用

针对阳泉矿区松软低透高突煤层钻孔施工难、瓦斯抽采效果差的问题,提出了钻冲一体化水力冲孔造穴瓦斯抽采技术。并结合阳煤新景矿工程实践,设计了掘进工作面水力造穴工艺及方案。应用结果表明,水力冲孔造穴在松软低透高突煤层钻孔抽采瓦斯中,卸压增透效果明显,瓦斯抽采浓度提高10倍,抽采量提高6倍,抽采率提高近1倍,残余瓦斯含量始终未超标。     

水力冲孔新工艺在方山矿的应用

在"钻冲防"一体化概念引领下,完成了水力冲孔装备小型化、"钻、冲一体化"工艺和专用安全防护装置研究,应用于方山矿二1-11061机巷低抽巷122个水力冲孔钻孔,单孔冲出煤量1.2t/m、48h后平均抽采浓度87%,钻机台效由原来的1200 m/月·台提升至2000m/月·台,且杜绝了冲孔引发的瓦斯超限事故,彻底消除了突出危险,保障了煤矿安全、高效生产。     

“三软”煤体抽采钻孔水力修复增透技术研究

针对"三软"煤体透气性差、瓦斯抽采率低的问题,通过研制水力冲孔作业机实现瓦斯抽采钻孔修复增透。分析了水力作业机在卸压增透、解堵方面的作用机理。以郑州煤业集团大平矿21181底抽巷为试验点,考察分析试验钻孔修复增透前后煤层透气性系数、瓦斯抽采纯量等参数。考察结果表明:水力冲孔作业机的钻孔修复增透效果显著,修复增透钻孔中单孔平均浓度由10%以下上升到30%左右,瓦斯抽采达标率达71%,所有的钻孔抽采量均超过消突需要抽采量的50%以上。在郑煤集团大平煤矿的现场试验充分检验了水力冲孔作业机的可靠性和上述理论分析的准确性。     

精准定向水力冲孔高效卸压抽采技术应用

针对松软煤层瓦斯抽采钻孔出现钻孔成孔率低和抽采效果差的问题,提出了精准定向水力冲孔高效卸压抽采技术,并基于现有钻机平台研发了配套的定向保直装置和钻冲护一体装置,能够一次实现定向钻进、水力冲孔卸压和全孔段下放筛管功能。现场试验得出：对比矿井原有技术平均每百米偏斜减小了60.46%,钻孔瓦斯抽采纯量平均值提高了4.72倍,瓦斯抽采衰减系数降低了27.5%。该技术在钻孔偏斜率,施工效率,筛管下放率,降低瓦斯衰减等方面皆优于矿井原有技术,简化施工工艺,提高钻孔成孔率,改善了软煤钻孔的瓦斯抽采效果,保障矿井安全高效生产。     

基于"三高四新"战略夯实煤矿安全生产基础——红卫公司坦家冲煤矿瓦斯综合治理技术研究

坦家冲煤矿为突出矿井,针对6煤层瓦斯含量大、瓦斯压力高、透气性较低、衰减系数较大、突出危险性高等瓦斯治理难题,提出了"保护层开采+穿层预抽被保护层瓦斯"、囊袋式"两堵一注"封孔方式、水力冲孔增透方式等瓦斯综合治理措施.现场实践证明,这些措施能够有效解决坦家冲煤矿瓦斯治理难题;采用囊袋式"两堵一注"封孔方式得到的抽采浓度是常规封孔的2.21倍;水力冲孔增透措施使得钻孔在原有的孔径基础上扩大了8.2倍,钻孔平均浓度也比常规钻孔提高了2倍左右,表明水力冲孔增透措施达到了提高瓦斯抽采效果的目的.     

水力冲孔和带压封孔联合技术在穿层抽放钻孔中的应用

通过对传统封孔工艺进行分析,针对瓦斯抽采钻孔封孔普遍存在的问题,提出了水力冲孔和带压注浆封孔联合技术,能有效封堵钻孔周围裂隙、提高封孔质量、并在鹤煤三矿四水平北翼第一辅助回风巷钻场进行了对比试验。结果表明,采用水力冲孔和带压封孔联合技术后,钻场瓦斯抽采浓度提高了25%~40%,效果显著。     

随钻水力冲孔技术在松软低透气煤层瓦斯增透中的应用

松软低透气性煤层,由于煤层松软、透气性低,瓦斯抽放浓度低、持续时间短、抽放量小,使煤层瓦斯区域预抽效果不理想。作为改善瓦斯抽采效果的有效方法之一,水力冲孔法以其原理简单、易于实现的优点广泛应用于各大煤矿,但是需要预先施工先导孔,辅助作业时间长。为解决这一问题,研究了随钻水力冲孔技术,该技术采用钻进-冲孔一体式钻具,将钻孔施工与冲孔施工一次完成,不需重复起下钻,提高了工作效率。采用随钻冲孔技术在赵庄煤矿进行了现场试验,试验证明,随钻水力冲孔技术能够满足矿方施工要求,且通过计算对冲孔直径进行了评价,瓦斯抽采钻孔通过水力冲孔可将原常规施工钻孔直径扩大12.2倍。     

贵州矿区“两高一低”煤层钻冲联动高效抽采技术研究

为提高贵州矿区新田煤矿4煤层瓦斯抽采效果,缩短瓦斯治理时间,增加煤层透气性,针对4煤层瓦斯含量高、压力高、透气性低等特点,在新田煤矿1404工作面运输巷底抽巷实施了水力冲孔卸压增透技术,研究了钻冲一体化卸压增透技术的技术原理和装备选型,设计了钻冲一体化卸压抽采方案,现场应用结果表明,钻冲一体化卸压增透技术加快了1404煤巷掘进抽采效率,减少了抽采达标时间,提升了煤巷掘进速度,有效缓解了"抽、掘、采"接替紧张的局面。     

基于水力连续冲孔的石门揭煤技术应用研究

水力冲孔能较好解决传统石门揭煤技术周期长、效率低的问题,但存在冲煤量不易控制、卸压空间有限、操作不安全等问题。基于此,提出了水力连续冲孔技术工艺,研究了连续水力冲孔原理,优化了连续水力冲孔喷嘴参数;并研发了连续冲孔所需的瓦斯抽采钻孔水力作业机。在焦煤集团中马村矿27021回风底板抽采巷进行连续水力冲孔揭煤试验表明:采用水力连续冲孔技术进行石门揭煤,揭煤期间效检指标小于临界值;相比单纯钻孔抽采效率提高了60%以上,比常规水力冲孔效率提高了20%以上。     

水力冲孔压裂卸压增透抽采瓦斯技术研究

为了提升煤层瓦斯抽采效率,减少矿井瓦斯抽采工程量和抽采时间,讨论了水力冲压卸压增透机制,详细阐述了水力冲压卸压增透技术的工程实施模式,并将该技术应用于贵州新田煤矿煤巷条带瓦斯治理工作中,监测技术实施前后钻孔瓦斯抽采参数,数据分析结果表明:水力冲孔孔洞最大半径在0.23～0.72 m,水力压裂时的煤层破裂压力在13～26 MPa,冲孔后的平均瓦斯抽采体积分数提高了35%左右、瓦斯抽采纯量提高了1.1～5.0倍,冲压一体化作业后,钻场抽采浓度相较于冲孔后提高了0.8倍以上,钻场抽采纯量再次提高了3～5倍,卸压增透效果较为显著。工程试验结果证明水力冲压卸压增透技术能够实现煤层卸压增透,大幅提升煤层瓦斯抽采效率,对矿井安全高效生产有着重要的工程意义。     

钻孔角度对水力冲孔效果影响的试验研究

为了研究钻孔角度对水力冲孔效果的影响,采取试验研究的方法在中马村矿27001底板回风巷开展水力冲孔试验,利用冲煤量统计、瓦斯抽采量检测、数据分析等技术手段,研究了同等条件下不同角度钻孔的冲煤量及瓦斯抽采效果,结果表明水力冲孔冲煤量及瓦斯抽采效果随钻孔角度的减小而增大;获得中马村煤矿水力冲孔钻孔最佳单位冲煤量:大角度孔(50°及以上)的单位冲煤量为1~1.5 t/m,小角度钻孔(50°以下)单位冲煤量为1.5~2 t/m。     

下向穿层钻孔水力冲孔卸压增透强化抽采瓦斯技术研究

为提高预抽煤层瓦斯消突效果,本文试验了下向穿层钻孔卸压增透强化抽采技术,并在高抽巷区域预抽钻孔中进行了实践。水力冲孔实施后,钻孔的卸压影响范围增大,钻孔周围的煤体变形和透气性增大,抽采瓦斯效果显著提高。对比水力冲孔前后的钻孔瓦斯压力和抽采量变化表明,水力冲孔影响半径达到10m,有效影响半径大于5m。与水力冲孔钻孔平距2.5m抽采孔,瓦斯抽采纯量增大4.25倍,平距5m~6m抽采孔瓦斯抽采纯量增大1.5倍。水力冲孔卸压增透强化抽采技术卸压增透范围大,提高抽采效果显著,为高突煤层预抽消突提供了一种行之有效的方法,值得在低透气性高瓦斯突出煤层消突实践中推广应用。     

低透气性煤层水力冲孔强化抽采优化技术

通过在龙山矿25051下底抽巷采用低透气性煤层水力冲孔强化抽采优化技术,采用普通穿层钻孔和穿层水力钻孔组合布置设计,瓦斯抽采纯量的4~5倍,延长抽采孔寿命,从而提高了瓦斯抽采率,增大煤层渗透率,扩大钻孔抽采有效影响范围,提高煤层瓦斯抽采效率,缓解龙山煤矿抽、采、掘接替紧张局面,为低透气性煤层开采过程中的瓦斯治理提供技术支撑。     

高压水射流分段连续冲孔卸压增透技术

在分析水射流破岩及增透的基础上,研发了WSZ16/45-200型瓦斯抽采孔水力作业机及相应的水射流喷嘴,提出了分段冲孔进入-连续冲洗退出的技术思路,确定了水射流连续冲孔进入步距理论方程。在中马村矿27021回风底抽巷揭煤试验表明,使用瓦斯抽采孔水力作业机进行水力冲孔出煤量是常规水力冲孔的1.3~1.8倍,冲孔完成后,煤层瓦斯含量由13.32 m3/t降至7.69 m3/t,揭煤期间△h2为0~137.2 Pa,S值在1.3~2.4 kg/m,q最大为3.48 L/min,顺利揭开石门。     

赵庄矿石门揭煤冲孔试验与钻孔优化布置研究

为确保赵庄矿石门安全揭煤,决定采用水力冲孔技术对煤层进行卸压增透。针对现场冲孔钻孔平均出煤量较少高于1 t/m与抽采负压经验化的问题,采用数值模拟软件COMSOL对出煤量0.5、0.75、1 t/m以及不同抽采负压对钻孔瓦斯抽采效果的影响进行了模拟。模拟结果表明:预抽期180 d时,现场最佳布孔间距为出煤量1 t/m时的12 m,孔组对角区域的瓦斯抽采空白带消失;增大抽采负压对抽采效果影响有限。工程实践表明:水力冲孔后钻孔瓦斯抽采量是未冲孔前的5~10倍,瓦斯浓度较冲孔前提升3~6倍,冲孔后瓦斯浓度普遍保持在70%以上。     

水力冲孔物理模拟试验及其卸压增透效果研究

为了研究水力冲孔卸压增透机理,以有效解决单一松软低渗煤层抽采困难的问题,利用自主研发的水力冲孔物理模拟试验系统,开展了不同转速条件下的水力冲孔试验,并对比冲孔前后煤层瓦斯抽采过程中瓦斯压力演化规律,分析冲孔作用对煤层瓦斯抽采达标范围的影响。研究结果表明:随冲孔转速提高,冲孔出煤量、冲孔孔洞等效半径及冲孔卸压半径增大,导致相同抽采时间条件下抽采达标范围增大;冲孔卸压半径在地应力较大的方向较大,在地应力较小的方向较小,冲孔卸压半径为冲孔孔洞等效半径的1.6~2.0倍;在冲孔卸压半径以内,抽采初期瓦斯压力下降速率明显提高,在冲孔卸压半径以外,抽采初期瓦斯压力下降速率影响不明显,抽采一段时间后,瓦斯压力下降速率明显提高;瓦斯抽采达标区域形状与冲孔卸压范围形状相似,在垂直于钻孔截面上近似为椭圆。     

水力冲孔钻孔有效抽采半径的测试研究

为了研究水力冲孔钻孔有效抽采半径与冲煤量、抽采期的关系,采用煤层瓦斯含量法进行现场试验研究,采用冲煤量统计、瓦斯抽采数据采集等手段进行分析考察,最终获得中马村矿不同冲煤量和不同抽采期的水力冲孔钻孔有效抽采半径。研究结果表明,水力冲孔钻孔有效抽采半径随冲煤量及抽采时间的增加而增大,但增长速度逐渐衰减,根据其增长规律,获得中马村矿最佳水力冲煤量为1.0~2.0 t/m、最佳抽采期为90 d,相应的有效抽采半径为3.50~3.73 m,并通过卸压范围考察获得水力冲孔充分卸压范围为1.5 m,佐证了水力冲孔有效抽采半径考察结果的合理性。该研究方法具有较强的适用性,可为不同地质条件的矿井提供技术支持。     

超高压水力钻割一体化增透技术参数试验考察

为了掌握屯留井田3号煤层超高压水力钻割一体化增透合理技术参数,提高钻孔瓦斯抽采效率,对合理割缝压力、不同割缝时间的单刀出煤量进行试验,并对瓦斯抽采效果进行现场考察。试验表明:3号煤层合理割缝压力为90MPa,单刀割缝7min出煤量约为0.32t时,其割缝半径可达1.45～1.62m,钻孔瓦斯抽采效果最佳,为类似煤层超高压水力钻割一体化增透技术参数选择提供参考依据。