采动影响下地面井煤层气抽采技术研究

建立覆岩移动变形模型,分析了覆岩各岩层沉降变形及剪切变形特征,给出了套管在覆岩作用下的剪切、拉伸变形破坏形式,建立地面井"S"型剪切变形数学模型函数及离层拉伸变形数学模型;通过对采煤后覆岩裂隙形态的分析,根据采煤工作面瓦斯流动特征,获得了采动影响下瓦斯地面井布井基本原则,设计了采动影响下瓦斯抽采地面井结构,在晋煤集团成庄矿、寺河矿应用该技术,取得很好的抽采煤层气效果,解决了采煤工作面瓦斯治理难的问题,抑制了瓦斯超限,保障了煤矿回采的安全,取得了很好社会经济效果。     

大直径地面钻井井身稳定特性分析及工程控制

高强度开采条件下地面钻井受剧烈采动影响易破坏失效,运用有限差分程序FLAC3D对采动条件下不同直径钻井套管的受力进行了模拟计算,结果表明岩层分界面处套管变形较大,套管直径越大其变形和承受应力更小,钻井直径加大失效的风险降低。针对常规直径钻井在抽采过程中受采动影响发生严重破坏的问题,余吾煤业公司开展进行了大直径地面钻井抽采采空区瓦斯的工程试验,取得了良好的效果,现场试验结果表明采用大直径地面钻井可避免钻井完全失效,延长钻井抽采有效期。     

采动巷道侧向高低位厚硬顶板破断模式试验研究

陕蒙地区冲击地压显现大多发生在二次采掘扰动影响下,煤层上方厚硬岩层结构破断诱发工作面采场附近动压显现已成为煤矿生产中重大安全隐患。为阐明采动巷道上覆高低位厚硬岩层破断对区段煤柱受力以及巷道围岩稳定性的影响,建立高低位厚硬岩层破断结构的力学模型,得到破断扰动影响下区段煤柱结构变形特征及应力分布特征,以巴彦高勒煤矿11盘区煤样试样为研究对象,利用自行设计的高位岩层模拟加载装置,借助非接触式全场应变测量系统的数字散斑相关分析方法,对高低位厚硬岩层在区段煤柱上方不同破断位置组合下区段煤柱及低位岩层的应力变形特征进行了试验研究。分析了上覆高低位厚硬岩层侧向不同断裂位置组合下区段煤柱受力特征及应力传递机制,建立了巷道上部厚硬顶板不同断裂位置与结构整体失稳荷载的力学模型。结果表明:高低位厚硬顶板岩层破断将会引起煤柱采空区应力集中,高低位厚硬岩层不同的破断位置组合,对下部岩层的运动变形和区段煤柱应力分布和巷道围岩稳定影响显著。区段煤柱整体结构稳定性与破断点位置密切相关,煤体在回转作用下破坏所需的应力大小与高位岩层顶板破断点对采空区顶煤的力矩负相关。随着破断点远离区段煤柱,区段煤柱受力由压剪逐渐转化为采空区煤顶传递的压弯作用。高低位厚硬岩层顶板破断的相对位置影响低位顶板的破断情况,当低位破断点处于高位破断点以内,低位顶板随高位顶板破断1次,反之则低位岩层顶板将会随着高位岩层破断回转发生2次破断。随着高位顶板的破断,采动巷道及煤柱上覆岩层应力减小,区段煤柱稳定性下降,冲击地压风险增大。试验研究为陕蒙地区深部厚硬顶板条件下采动巷道动力灾害防治和区段煤柱设计优化提供了参考。     

地面瓦斯抽采钻井变形破坏主控因素分析

采动影响区地面瓦斯抽采钻井的变形破坏影响因素众多,导致钻井的破坏规律非常复杂。为了对各影响因素进行有效控制,从而使得地面钻井的抽采效能能够得到最大程度的发挥,对地质条件和回采工艺等多种影响因素的影响效应进行了深入分析,获得了采场尺寸、顶板管理方法、煤岩层倾角和断层等各主要因素的变化对地面钻井变形破坏的影响规律:地面钻井应优先布置在远离断层、陷落柱等地质构造的区域,当回采工作面通过地面钻井位置附近时应快速通过,应加强顶板管理减弱采场覆岩的移动,倾斜煤岩层条件下地面钻井井位应向采场中部偏移一定距离等。     

采动初期覆岩结构演化与分析

通过相似模拟,观测了采动初期的覆岩结构演变,认为采动初期直接顶和老顶的厚度范围是动态变化的,第1厚硬岩层在断裂后形成夹持作用效应,组合运动是采动覆岩移动过程的普遍现象和规律。研究结果可为类似条件下的采煤工作面来压预测预报提供可靠依据。     

采动初期覆岩结构演化与分析

通过相似模拟，观测了采动初期的覆岩结构演变，认为采动初期直接预和老顶的厚度范围是动态变化的．第1厚硬岩层在断裂后形成夹持作用效应，组合运动是采动覆岩移动过程的普遍现象和规律。研究结果可为类似条件下的采煤工作面来压预测预报提供可靠依据。     

松藻煤矿采动稳定区瓦斯地面抽采井施工工艺

为探索采动稳定区瓦斯地面开发技术,首次在松藻矿区开展了采动稳定区瓦斯地面抽采试验项目,完成地面井2口。通过钻井实践,掌握了松藻煤矿采动稳定区上覆岩层特点,总结了采动稳定区地面井难点及对策,初步形成一套适合松藻煤矿采动稳定区地面井的施工工艺,给松藻采动稳定区后续地面井施工提供参考。     

采动影响区抽采钻井井身固化及抽采效果考察

为提高地面瓦斯抽采效果,对抽采期间钻井进行了窥视,发现当回采工作面推过地面钻井位置后,钻井井壁迅速破坏,无法充分发挥其应有的瓦斯抽采效应。通过对煤层顶板岩层受采动影响顶板活动过程的分析,优化地面抽采钻井井身结构,在原有的施工工艺上增加三开下筛管,增强钻孔的防护强度,抽采浓度提高了1.54.5倍,抽采纯量提高了1.55倍,工作面回风流和回风隅角瓦斯浓度显著下降,抽采效果明显提高。     

煤矿采动区地面L型顶板水平定向井抽采技术及试验

为解决井下采掘衔接紧张及上隅角瓦斯超限的问题,结合井下高位钻孔抽采与采动区地面直井抽采技术的特点,提出采动区地面L型井抽采技术。在深入分析采动区地面L型井与传统L型定向井区别的基础上,指出该技术的关键点包括井型结构设计和井位层位选择技术、井身层位导向钻进和疏通技术、地面安全抽采控制技术。在山西晋煤集团寺河煤矿3313工作面开展了采动区地面L型井抽采技术试验,结果表明:地面L型井抽采瓦斯浓度平均80%,平均抽采瓦斯纯流量2.2万m~3/d,上隅角瓦斯浓度平均降幅46.5%,为工作面瓦斯涌出治理起到关键作用,验证了该技术在煤层气开发及瓦斯涌出治理领域的巨大潜力,为我国煤矿区采煤采气一体化开发提供了新的技术途径。     

地面钻井剪切变形破坏模型及其空间规律分析

抽采煤层瓦斯是解决煤矿井下瓦斯超限难题的根本措施.但受煤层回采的影响,当回采工作面推过地面瓦斯抽采钻井位置后钻井套管迅速发生破坏,无法充分发挥其抽采采空区瓦斯的效应.因此,基于采场上覆岩层层面剪切滑移效应建立了地面钻井剪切变形破坏模型,并对套管随回采工作面推进在采场倾向方向上的位移变化规律进行了研究,指出:钻井剪切滑移...     

大断面回撤通道锚杆支护技术与应用

以晋城寺河矿预掘大断面回撤通道为例,应用有限差分数值计算软件模拟了工作面与回撤通道不同距离及工作面采透回撤通道时围岩变形与破坏的特征;介绍了回撤通道锚杆、锚索联合支护形式与参数,加强支护形式;通过矿压监测数据分析,评价了回撤通道支护效果,证明在锚杆、锚索联合支护的基础上,再采用垛式支架加强支护是比较适合回撤通道的支护形式。     

泗河煤矿综采工作面刮板输送机的选型分析

介绍了微山湖矿业集团泗河煤矿的基本情况,对泗河煤矿综合机械化采煤工作面所涉及到的刮板输送机进行了选型分析,通过在泗河煤矿1201和1202综采工作面刮板输送机实际使用情况和月均产量的对比表明,泗河煤矿对SGZ630/180型整体铸造无焊接中部槽结构刮板输送机在1202综采工作面使用前的选型分析非常成功,这为薄煤层综采工作面的综采设备选型积累了宝贵经验.     

煤与油页岩上行卸荷联合开采破坏行为及模拟分析

基于龙口北皂煤矿工程背景,提出了煤与油页岩上行卸荷联合开采方法。指出了煤与油页岩联合开采需要解决的关键问题:油页岩破坏机理与峰后强度特性、油页岩工作面布置与回采巷道围岩控制、煤与油页岩联合开采的非连续破断数值分析等。研究认为油页岩在下部煤层开采后处于峰后破坏阶段,之后被重新压实,强度有所回升,油页岩开采应处于中间某一合理强度区间。研究表明北皂矿煤2与油页岩联合开采的合理层间距范围为[13.2 m,32.9 m],且油页岩开采工作面应滞后煤层开采工作面大于125 m。煤与油页岩联合开采在龙口北皂矿成功进行了工程实践,取得了良好的经济效益,实现了煤矿的可持续发展。     

高瓦斯矿底板岩巷快速掘进岩层层位选择

寺河矿西井区3号煤层由于瓦斯含量高、涌出量大,为加快岩巷进尺速度,通过底板岩巷岩层性质分析,开展高瓦斯矿井大采高工作面底板岩巷层位选择技术研究,结果表明:将原底板岩巷沿5号煤掘进变更为沿K₆灰岩掘进。原底板岩巷沿5号煤掘进平均进尺为2 m/d,巷道月进尺为60 m,底板岩巷K₆灰岩掘进平均进尺为5 m/d以上,巷道月进尺为150 m左右。按照底板岩巷对掘贯通,提前6.4个月完成底板岩巷的掘进,打破寺河矿采掘衔接紧张局面。变更层位之后按照提前6.4个月底板岩巷掘进到位,省去人工费用合计640万元。由于5号煤顶板为K₆灰岩,属坚硬岩石,变更后底板岩巷打钻将不穿过K₆灰岩岩层,加快了打钻速度,降低施工强度。通过对岩巷层位选择技术研究,对寺河矿岩巷掘进以及岩巷层位选择提供了依据。     

锚网索喷注联合支护在深部软岩巷道中的应用

矿井在进入深部开采后,软岩巷道围岩出现显著变形,围岩破碎严重,对巷道围岩稳定性的控制变得极其困难.针对该情况,千秋煤矿在21区轨道下山扩修施工中,采用“锚网喷+锚索桁架+壁后注浆”相结合的联合支护技术,加强了深部软岩巷道的支护,较好地解决了围岩松软、高变形巷道的支护难题,技术经济效益显著,确保了工程质量和生产安全.     

大采高长工作面地表岩层移动规律

寺河矿工作面采高为6.2 m,长度为300 m,开采强度大,地表岩层移动及矿压显现与普通综采工作面相比较为明显。通过建立4301工作面地表观测站对岩层移动进行观测。文章对观测数据进行分析,得到了大采高长工作面地表岩层移动的基本规律。     

寺河煤矿西井区3~#煤层瓦斯赋存规律研究

寺河矿西井区为煤与瓦斯突出矿井,为实施有效的区域防突技术,该矿对3#煤层瓦斯赋存规律进行了研究。该矿以地勘测定结果为基础,以煤层气地面井及井下实测结果为依据,对地勘结果进行筛选、修正,以此确定西井区3#煤层瓦斯含量,再通过瓦斯赋存主控因素分析,摸索得出西井区瓦斯赋存的规律。     

煤矿采动影响区瓦斯地面井抽采试验研究

针对寺河煤矿煤层瓦斯含量高、吸附能力强、瓦斯抽采利用技术相对薄弱等问题,提出工作面采动影响区瓦斯地面井抽采技术方案,并在寺河煤矿W2301工作面进行试验。地面井抽采期间,70 d内累计抽采瓦斯约33.7万m3,平均抽采能力4 m3/min,气体浓度约40%,工作面瓦斯浓度平均降低26.5%,工作面平均排风量降低至16.4 m3/min以下,工作面瓦斯浓度未出现超限情况。     

强力锚索支护在大采高孤岛工作面巷道中的应用

针对寺河矿2304大采高孤岛工作面巷道围岩破坏严重,普通高强锚杆支护无法控制巷道剧烈变形的情况,对巷道围岩变形的程度进行了调查,并对巷道变形的原因进行分析,采用数值模拟软件模拟了高预应力强力锚索在不同长度、间距、排距、角度以及预应力条件下形成的不同的预应力场,模拟结果表明：高预应力强力锚索支护能控制巷道的变形;将强力锚索应用到2304工作面的23042巷和23044巷,巷道变形得到有效控制,顶板下沉量控制在100 mm以内,两帮移近量控制在200 mm以内,保证了巷道的安全,缓解了寺河矿采掘衔接紧张。     

淮南矿区深部巷道围岩监测

随着淮南矿区采深的不断增加,岩巷地质条件更加复杂。通过对淮南矿区地质条件的调查,在对潘一矿、谢一矿的巷道监测进行调研的基础上对淮南矿区围岩监测技术作了新的试验,并结合工程实际对支护后的监测做了讨论,对今后监测工作具有一定的指导作用。