含水煤层下向钻孔抽采增产技术研究

瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理的根本措施,其抽采效率制约着煤矿的安全高效生产。但受限于煤层赋存条件的复杂性,部分只能采用顶板抽采巷俯角穿层钻孔进行抽采,抽采效率深受煤层含水及钻孔垮塌堵孔的影响。基于此,在分析下向孔积水堵孔原理的基础上,研发了"瓦斯抽采孔自动排水排渣系统",实现了抽采钻孔定时排渣排水,保障了钻孔的畅通,同时,又可定时定量驱气增产,提高了抽采效率。通过在新河煤矿的应用表明,钻孔单孔抽采浓度提高1.1~6.5倍,抽采纯量提高1.9~12.7倍。     

发耳煤矿下行孔排水装置提高瓦斯抽采的应用

为解决下行孔积水影响瓦斯抽采难题,分析了发耳煤矿现有的下行孔瓦斯抽采技术存在的问题,研制出了一种压风排水装置。在发耳煤矿10702顶板抽放巷应用表明:试验钻孔瓦斯浓度最高可达87%,单孔抽采纯量最高可达0.63 m~3/min,单孔最高抽采纯量为普通孔的1.34倍,该装置的应用有效地解决了下行孔因积水影响瓦斯抽采效果难题。     

下行瓦斯抽采穿层钻孔排水技术及装置研究与应用

针对下行瓦斯抽采钻孔"排水难度大、易沉渣、封孔质量差、抽采浓度低"的问题,采用理论分析和现场试验的方式,研究下行瓦斯抽采穿层钻孔排水技术及装置。把下行穿层瓦斯抽采钻孔排水分为3个阶段:在施工过程中,通过理论计算,优化供水参数、供水管径,减少打钻过程中的沉渣量;在封孔前,采用潜入式排水装置,排水效率达到20 L/min以上,钻孔注浆量提高40%;在抽采过程中,采用正压排水装置,排出抽采空间内的积水,排水效率达到10 L/min以上,排水后瓦斯抽采浓度达到30%以上,保证了下行穿层瓦斯抽采钻孔的瓦斯抽采效果。     

多孔并联式压风排水技术的研究及其在瓦斯抽采中的应用

针对下行钻孔在瓦斯抽采过程中积水排出难和排水效率低的问题,提出了一种多孔并联式压风排水技术。根据两相流理论得出压风排水适用的条件及排水管在钻孔内的最大允许长度,设计了基于"压风排水"的下行钻孔封孔工艺和多孔并联式的排水系统。在余吾煤业公司S2107高抽巷的应用表明:试验钻孔瓦斯抽采浓度最高可达71%,单孔平均瓦斯抽采纯量为0.078 m3/min,单孔平均瓦斯抽采纯量与普通抽采孔相比提高了3.39倍。该技术不仅解决了下行钻孔内积水难以排出的问题,还实现了封孔、排水和瓦斯抽采的一体化,提高了瓦斯抽采效果。     

下向孔抽放下邻近层瓦斯的工艺及效果考察的研究

本文主要介绍了在松藻矿区条件下采用下向孔抽放的施工工艺、下向孔的两种排水方法以及下向孔抽放下邻近层参数的考察等内容。现场试验表明,采用下向孔抽放,大大降低了工作面瓦斯的超限次数,取得了较好的经济效益和社会效益。     

下向瓦斯抽采钻孔自动排水技术试验及装置的开发

针对矿井在采用下向钻孔抽采瓦斯过程中,由于岩石和煤含水多,钻孔内的积水无法有效地排出抽采通道的问题,开发设计了1套下向钻孔抽采瓦斯自动排水工艺及装置。介绍了该工艺及装置的技术特点、工作流程,并在兴山煤矿进行了现场试验,结果表明:该工艺解决了下向钻孔积水后瓦斯抽采效果较差的难题,提高了下向钻孔瓦斯抽采效率,减少了抽采巷道和钻场工程量,提高了瓦斯抽采钻孔利用率。     

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。     

全孔深预下抽采瓦斯管技术的应用

为提高高瓦斯低透气性软煤层的瓦斯抽采效率,平煤股份十矿在己15-24080采面进行了顺层抽采钻孔全孔深预下瓦斯抽采管技术应用试验,结果表明,抽采瓦斯管在软煤层中起到有效支撑作用,全孔深预下抽采瓦斯管成功率在80%以上,解决了钻孔因塌孔造成有效抽采段缩短的不利影响,钻孔有效抽采期延长到原来的4倍,单孔抽采平均浓度和CH4平均流量分别提高了5倍、7倍,有效提高了软煤层瓦斯抽采效率。     

双通道连续抽采放水排渣装置设计及其效果评价

针对高突矿井瓦斯抽采钻孔、管路积水制约抽采效率问题,研发了双通道连续抽采放水排渣装置,创新性设计了固液分离滤板和气液分离筛网,箱体上、下端分别增设有双通道旁通管及双排泄口可实现放水-排渣过程瓦斯连续抽采、大流量排水。基于放水-排渣效果、操作性能及经济成本等指标构建了多因素评价方法,对常见3种放水器与了双通道连续抽采放水排渣装置进行综合评价及优选,得出该装置具备排水能力强、多相混合流分离效果佳、实操便捷、适用范围广、制造及维护成本低廉等显著特点。并在宏岩煤矿10102工作面进行现场应用,提出非连续抽采影响因子并作为放水方式影响抽采修改评判指标,结果表明：抽采瓦斯量、浓度与非连续抽采影响因子及次数呈负相关性,采用该装置20d内抽采瓦斯浓度下降量仅为传统手动放水器的61%,衰减慢、降幅小,放水效果较好,有效提升管路瓦斯抽采效率。     

富水区域软煤层下向钻孔自动排水装置研究

富水松软煤岩层下向抽采钻孔渗水量较大,当前排水措施不能做到及时排水,影响钻孔瓦斯抽采效果,且积水易导致钻孔进一步塌孔使钻孔失效。为了解决此问题,研究一种富水区域软煤层下向钻孔自动排水装置。通过自动检测钻孔内积水深度,程序控制排水时机,避免钻孔长期处于浸水条件,同时通过压力控制排水深度可以有效避免软煤岩层钻孔小范围塌孔导致的排水管失效。该装置为富水条件下软弱煤岩层下向抽采钻孔排水保孔提供了一种新的技术手段,有利于提高煤层瓦斯抽采效率。     

下向瓦斯抽采钻孔自动排水技术研究与应用

为解决下向钻孔由于孔内积水而造成瓦斯抽采效果差的问题,通过时控开关和电磁阀自动控制高压风,在封孔管上增设直达孔底的导风管,利用压风将瓦斯抽采钻孔内积水压入到排渣放水器内,从而能够达到定时清除孔底积水和杂质的目的。该技术应用于上良煤矿石门揭煤下向抽采钻孔,经考察表明下向瓦斯抽采钻孔自动排水技术能有效提高瓦斯抽采效果,该地质单元区域设定为每隔4 h进行一次压风排水效果最佳。     

霍尔辛赫煤矿松软煤层瓦斯钻孔维护装置研发与应用

为了有效解决霍尔辛赫煤矿松软煤层瓦斯抽采钻孔堵孔、塌孔的问题，研发了一种瓦斯抽采钻孔稳定性维护装置，其主要由煤层瓦斯采集系统、可旋转筛网清洁系统、瓦斯抽采动力系统和稳固系统组成，可实现对不同直径瓦斯抽采钻孔的稳定性维护，并成功进行了现场实测及应用。研究结果表明：经过维护装置支撑处理后，钻孔变形有显著减小，根据给出的钻孔变形维护效率表达式，得到钻孔维护效率在30%左右；维护处理后，钻孔瓦斯涌出速度、涌出总量与有效抽采时间均有所增加，与无维护处理相比，瓦斯涌出总量增长了20%以上，瓦斯有效抽采时间增加了4 d左右。     

定向长钻孔瓦斯抽采技术在煤巷条带预抽中的应用

为了解决以往条带瓦斯预抽钻孔工程量大、抽采浓度低、抽采时间长的问题，采用定向长钻孔瓦斯抽采技术预抽榆树田煤矿的条带瓦斯，施工了4个定向长钻孔，分析了其在煤巷条带瓦斯预抽中的抽采效果。研究表明：定向长钻孔在榆树田煤矿煤层中单孔长度可达723m，煤层孔段比例高达96%以上|日瓦斯抽采浓度最大为738%，日最大抽采纯量达23017m/d|定向长钻孔瓦斯抽采技术煤层孔段比例高、抽采速度快，能够实现定向条带的区域消突。     

松软煤层瓦斯抽采孔PVC管护壁技术应用研究

针对晋城煤业集团赵庄煤业矿区地质构造复杂、煤层松软及透气性差,瓦斯抽采孔由于煤层松软引起孔壁稳定性差,成孔提钻后,短时间内孔壁坍塌,导致瓦斯抽采通道堵塞,抽采率低,抽采效果差的问题。利用在钻孔施工完成后不提钻杆,先在钻杆内部下入抽采筛管进行护壁,提钻后形成瓦斯抽采通道,应用结果表明:该技术与传统提钻后下套管工艺相比,下管效率大幅提高,下管深度达到孔深的98%以上,有利于提高瓦斯抽采效率,对煤矿安全具有重要意义。     

导向槽定向水力压穿消突技术在演马庄矿的应用

针对演马庄矿二₁煤层低透气性抽采难题,基于导向槽定向水力压穿增透机理和技术工艺流程,开展导向槽定向水力压穿消突技术的现场应用试验,利用高压水将导向槽钻孔与控制孔之间煤体压穿并携带出大量煤屑,有效地实现煤层卸压和增加煤层透气性,减少钻孔工程量和预抽时间。现场试验得出,百米钻孔瓦斯流量增加了2.67倍,瓦斯抽采浓度提高了127%,预抽时间缩短20%以上,瓦斯抽采效率显著提高。     

深孔预裂对采空区瓦斯抽采效果的影响研究

针对大跨度工作面采空区坚硬顶板悬而不落易造成瓦斯超限的问题,以潞宁矿地质条件为工程背景,用数值模拟、现场测试方法开展了采空区瓦斯治理研究。FLAC_^3D模拟结果表明：顶板未采取任何处理措施时初次来压步距达到了60m;基于深孔爆破和采空区高位钻孔抽采原理,现场试验结果表明：采取深孔预裂后,工作面倾向来压步距不同步,初次来压步距减小为31～45m;来压后,高位钻孔最高瓦斯抽采浓度、纯流量增加了1.8倍、5.6倍;顶板来压对高位钻孔和插管抽采均具有促进作用,但对高位钻孔抽采影响程度更明显,且来压后瓦斯治理主要以抽采为主。     

挠性管注入器的结构设计研究

针对瓦斯抽放孔容易出现垮塌、堵塞,且缺乏有效的修复装备的问题,设计一种挠性管注入器。通过对石油工业中连续管钻机注入头装置的研究,对注入器进行总体结构、驱动机构和夹持机构的设计,并对不同的设计结构进行对比,选用最优的方案。挠性管注入器将挠性管注入到瓦斯抽放孔,利用高压水射流通过挠性油管对垮塌和堵塞的瓦斯抽放孔进行疏通和增透,极大地提高了瓦斯抽放效果和抽放速度。     

被保护层工作面瓦斯来源分析及治理技术

为研究被保护层高瓦斯工作面瓦斯来源,综合运用分源预测、统计、碳同位素分析等方法,首次发现了被保护层工作面上覆围岩一次破坏形成的裂隙中残存有大量游离瓦斯。在朱集东煤矿被保护层1111（3）工作面进行工程实践,优化了“顶板走向钻孔+边孔”系统布置,改进了护孔套管连接方式,“管到底”率达到95%,单孔瓦斯抽采量增加3.5倍左右,工作面瓦斯抽采率达到88%,回风瓦斯浓度控制在0.36%以下,平均0.12%,平均日产量8 300 t,实现了安全高产高效。     

低透气性薄煤层下向穿层钻孔立井集中排水技术及应用

针对下向穿层钻孔积水大时的排水难题,在分析压风排水原理的基础上,改变以往只以钻孔排水排渣的方式,探索出将钻孔内的积水引入到立井内再一次性集中排出的思路,创新提出了大孔径立井集中排水技术,阐述了立井集中排水原理和工艺,确定了立井最小排水压力。在1161(1)运输巷顶板巷试验单元试验并考察,结果表明:大孔径立井集中排水15 d后,下向钻孔内水位下降到了煤层底板以下,瓦斯抽采通道畅通,低透性薄煤层试验单元平均瓦斯抽采浓度提高到17.6%,平均百孔抽采纯量达到了0.13 m^3/min,高效抽采时间持续了70 d以上,单元评价时间缩短了3.2倍。