煤层顶板承压含水层涌水模式与疏放水钻孔优化设计

针对煤层顶板承压含水层涌水模式不清的问题,从煤层回采过程中顶板含水层涌水的时空变化特征入手,提出顶板含水层涌水量由静态储存量和动态补给量构成,认为静态储存量主要受来压步距、顶板垮落和导水裂隙(合称冒裂)影响区含水层厚度、含水层给水度控制,动态补给量主要受冒裂影响区外围含水层厚度、渗透性流场中水力梯度和过水断面面积控制;根据导水裂隙波及含水层情况,将顶板含水层涌水模式划分为井底进水的触及井涌水、井壁及井底进水的非完整井涌水和井壁进水的完整井涌水3种模式,并基于地下水渗流理论给出不同涌水模式下动态补给水量计算公式;针对以往疏放水钻孔数量多及疏放水量大的问题,以实现工作面顶板含水层静态储存量疏放后动态补给量可控为目的,提出冒裂区高度控制钻孔深度、单孔水位影响半径控制钻孔布置间距、钻孔疏放水量稳定时间控制超前疏放时间的疏放水钻孔优化设计理念,对疏放水及疏放钻孔布置进行优化,形成系统的顶板含水层水疏放体系。研究结果丰富了煤层顶板含水层涌水量计算和控制方法,对顶板水害防控具有实际的指导意义。      

随钻测量定向钻进技术在矿井顶板水患治理中的应用研究

西北侏罗系顶板裂隙水害是我国煤矿水害主要类型之一,严重影响了矿井的正常生产,并构成了安全隐患。提出采用随钻测量定向钻进技术施工定向长钻孔进行顶板水探放的治理方案,并对钻进成孔工艺和钻探装备进行了选配。选择红柳煤层3121工作面进行了现场应用,施工的定向长钻孔终孔平均出水量是相邻工作面常规钻孔的269倍,相同疏放周期时放水量是常规钻孔的415倍,成功对2个顶板含水层进行探放并达到安全开采要求,起到超前长距离区域探放顶板水的效果,同时可节约78%工期。现场应用情况表明,随钻测量定向钻进技术在顶板水害防治中具有广阔的应用前景,可为类似矿井提供参考。     

基于对数正态分布的井下疏放水钻孔水量分析

为了研究煤矿井下疏放水钻孔水量的分布规律,利用直方图、Q-Q图和非参数检验法对典型工作面疏放水钻孔水量进行了对数正态分布模型的检验,并进行了非线性回归模型的拟合,结合工作面水文地质条件,对模型中的参数进行了分析。结果表明:工作面井下疏放水钻孔水量服从对数正态分布,模型中典型工作面疏放水钻孔水量对数的均值和标准差与所属井田含水层单位涌水量的均值和标准差呈线性相关,分布曲线中的偏度和峰度主要受顶板含水层富水性及其均一程度控制,同井田内相邻多工作面疏放水钻孔水量也服从对数正态分布。研究成果可以为顶板水疏放钻孔和排水系统的设计提供参考。      

大直径高位定向长钻孔瓦斯抽采技术及实践

针对高强开采井田王家岭煤矿综放工作面瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯积聚问题,基于岩层控制关键层理论,对顶板垮落走向与倾向采动裂隙发育进行研究。采用数值模拟的方法研究采空裂隙随工作面推进的演化过程,分析顶板裂隙发育高度,确定大直径高位定向长钻孔最佳布孔层位及钻孔结构,并进行工程实践。结果表明,依据关键层理论计算及采动裂隙数值模拟预测层位布设大直径高位定向长钻孔,抽采效果较好,单孔最大抽采纯量2.10 m3/min,最大抽采体积分数31.39%,4个定向长钻孔累计抽采瓦斯纯量28.99万m3,工作面上隅角瓦斯体积分数最低下降至0.46%,瓦斯治理效果显著,解决了上隅角瓦斯超限问题,保障了工作面的安全回采。      

基于AHP–物元可拓模型的顶板水疏放程度评价

为了科学合理地评价工作面顶板水疏放程度,分析了工作面涌水量预测值和疏放水观测值等要素,构建了顶板水疏放程度评价指标体系,划分了相应的评价等级标准,并利用AHP法确定了各评价指标的权重,建立了顶板水疏放程度的物元可拓模型。利用AHP-物元可拓模型对宁东煤田水文地质条件较为复杂的5个工作面顶板水疏放程度进行了评价,评价结果均为顶板水疏放程度好,并且各工作面已经实现了安全回采,实际情况与评价结果一致。AHP-物元可拓模型可以用于评价顶板水疏放程度,并且可以作为工作面采前水文地质条件评价的参考依据。      

高位定向长钻孔技术在桃园矿采空区瓦斯治理应用

针对工作面回采后采空区瓦斯易超限问题,采用螺杆马达结合随钻测量技术的定向钻进工艺,在桃园矿1029工作面施工了3个长距离煤层顶板大直径定向钻孔,最大孔深531 m,累计进尺1701 m（含分支孔）,通过精准控制钻孔轨迹,使钻孔沿煤层顶板裂隙带延伸,有效抽采煤层回采后采空区内瓦斯,总结了一套适用于采空区瓦斯治理的高位顶板长钻孔施工方法,保障了煤矿安全高效生产。     

射电定位法在煤矿全工作面大规模探放顶板水中的应用

在测量基线总长度小于200 m情况下,射电定位法探测煤矿老空水和顶板水的应用己有多个实例（三河尖煤矿、高庄煤矿、中关铁矿等）。提供测量基线总长度大于1 800 m情况下的全工作面成功应用的首个实例,即山东能源枣矿集团七五煤矿3上217工作面顶板水的测量,详细介绍全工作面单巷长度近1 000 m时,使用上下巷长基线、多基点、俯仰水平多方位的射电测水定位方法测定全工作面顶板水;论述煤矿地下水和小构造的射电辐射探测基本原理,简述数据处理及其各项修正方法;根据测量数据处理结果给出的富水区钻孔数据进行探放水钻孔验证,取得了近似百分之百的钻孔验证准确度;最后与同一工作面几乎同时测量顶板水的瞬态电磁法测量的钻孔验证结果作了比较。     

ZDY12000LD大功率定向钻机装备研发及应用

针对常规定向钻机不能完全满足长距离回采工作面瓦斯预抽钻孔和顶底板岩层大直径钻孔施工需求所存在的主要问题,分析了研制煤矿井下大功率定向钻机装备和配套定向钻进工艺方法的必要性,提出了成套钻机装备钻车和泵车两体式布局及配套复合定向钻进工艺的技术思路,重点解决总体布局及关键部件设计、复合定向钻进用多功能逻辑保护液压系统和大流量泥浆泵车设计等关键技术问题。在煤矿井下实际生产应用中取得了本煤层孔径Φ120 mm深度1 881 m顺层定向长钻孔和孔径Φ153 mm深度1 026 m顶板岩层定向长钻孔的创造性成果,并探讨了ZDY12000LD大功率定向钻机装备在顶板大直径定向长钻孔替代高抽巷和配套无线随钻测量系统技术方面的应用前景。      

基于顶板水预疏放的首采工作面涌水规律

为了建立符合蒙陕接壤区煤炭开采防治水技术体系,以纳林河二号矿井首采工作面为例,开展了覆岩破坏规律、水文地质条件、涌水量预计、顶板水预疏放等研究,结果表明:应用钻探取心、钻孔冲洗液漏失量观测和钻孔彩色电视探测手段,实测得到首采工作面导水裂缝带高度为103.23 m,裂高（导水裂缝带高度）采厚比为18.8,导水裂缝带可沟通3段含水层,其中直罗组底部含水层钻孔涌水量92.0~136.0 m3/h、水压4.0~5.6 MPa,呈"水量大、水压高、分布不均"的特点,是威胁工作面回采安全的最主要含水层。回采过程中顶板水主要由静态储存量和动态补给量构成,采用"动静储量结合法"计算得到静态储存量和动态补给量分别为2.596×106 m3和417.6 m3/h。对顶板水开展分段预疏放条件下,整个工作面回采过程中采空区涌水量与推采步距呈正相关关系,随着顶板周期性滞后垮落,导水裂缝带也周期性发育至高点（直罗组底部含水层）,采空区涌水量又呈台阶式增长。最终总预疏放水量4.235×106 m3,采空区总涌水量5.313×106 m3,首采工作面总排水量为622.8 m3/h,与预计排水量596.9 m3/h相差4.2%。涌水量准确预测和顶板水提前预疏放,是实现首采工作面防治水安全的关键,可以为鄂尔多斯盆地北部深埋区提供防治水技术支撑。      

顶板高位定向钻孔在青龙煤矿瓦斯治理中的应用

顶板高位定向钻孔是进行上隅角瓦斯治理的关键技术措施。针对青龙煤矿顶板裂隙瓦斯治理需要及复杂顶板高位定向钻孔成孔难题,阐述了顶板高位定向钻孔的技术原理和技术优势;基于“三带”理论综合确定了高位定向钻孔的层位,并优化钻具组合和钻进工艺参数。在青龙煤矿11615工作面完成5个顶板高位定向钻孔的施工,最大孔深达到612 m,单孔最大瓦斯纯流量达到2.79 m3/min,瓦斯浓度达到23.4%,有效地保证了工作面的安全回采。     

水平定向钻孔在大佛寺煤矿瓦斯抽采中的优势探讨

煤矿井下水平定向钻孔在煤矿瓦斯抽采中具有明显的技术优势。通过对大佛寺煤矿常规钻孔工作面瓦斯治理技术的分析,指出了其中不足;经过对定向长钻孔钻进工艺、布孔技术进行分析以及通过大佛寺煤矿现场应用,得出定向长钻孔有利于实现工作面瓦斯区域集中抽采的结论;瓦斯抽采统计数据分析对比证明定向长钻孔瓦斯抽采效率要明显优于常规钻孔。     

高位钻场长钻孔在淮南刘庄煤矿瓦斯抽采中的应用

刘庄煤矿东二采区121102工作面所开采的11-2煤层为非突出煤层,但在工作面回采期间,存在瓦斯突出的可能。为防止工作回风巷尤其是上隅角瓦斯超限,确保工作面的正常生产,同时兼顾瓦斯资源的抽采利用,施工了最大长度496m,钻孔直径133mm的瓦斯抽采孔。实际应用表明,该孔投入使用后,整个工作面回采过程中均未发生过瓦斯超限现象,说明利用大口径长距离钻孔取代巷道抽放瓦斯是完全可行的。本文介绍的高位钻场长钻孔的设计、施工和瓦斯抽采情况,可以为今后同类工作面中长钻孔的施工提供借鉴。     

高位瓦斯抽放钻孔在降低综采工作面瓦斯浓度中的应用

林南仓属于低瓦斯矿井,但存在高瓦斯区域。煤层和采空区是瓦斯的主要来源,尤以采空涌出量大,给煤矿生产和安全带来了极大隐患。通过在1129综采工作面风道施工高位瓦斯孔,把钻孔打到采空区一侧煤层顶板以上冒落裂隙带内,用钻孔进行瓦斯抽放,使采空内的瓦斯通过裂隙带沿钻孔抽出,有效降低综采工作面瓦斯浓度,保证综采工作面正常回采和安全生产。     

底板梳状长钻孔替代穿层钻孔瓦斯抽采技术可行性

底板岩巷穿层钻孔抽采技术和本煤层定向长钻孔抽采技术是目前高瓦斯和突出矿井回采工作面最为主要的瓦斯治理措施。晋城矿区赵庄矿煤层具松软低透气性特点,主要采用岩巷穿层钻孔消突为主,本煤层顺层钻孔消突为辅的瓦斯治理方法。但底板岩巷穿层钻孔存在工程量大、施工周期长及成本高等缺点,本煤层钻孔存在钻孔抽采不均匀、钻孔覆盖密度不足等技术缺陷。为对比考察底板梳状长钻孔与底板岩巷穿层钻孔的抽采效果,在赵庄矿1307采面开展了2种瓦斯治理方法。结果表明:抽采条件和抽采范围相同条件下,5个底板梳状长钻孔的瓦斯抽采总量占到底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽采总量的75.4%,而底板梳状长钻孔的经济投入仅占底板岩巷穿层钻孔经济投入的29.2%。由此得出,研究区梳状长钻孔替代穿层钻孔的瓦斯抽采技术是可行的。该研究为底板梳状长钻孔替代底板岩巷的技术可行性提供了实践参考,为松软低透的高瓦斯和突出矿井的瓦斯治理提供了更为经济可行的治理方案。      

定向长钻孔精确探放矿井老空水技术及其应用

老空水害事故危害程度大。系统研究了定向长钻孔探放老空水的原理、钻进装备、钻孔设计和成孔工艺方法等关键技术,将随钻测量定向钻进与常规回转钻进技术结合施工定向长钻孔,实现了煤矿井下老空水的精确探查和疏放,形成了一套老空水探放技术与装备。在宁煤集团白芨沟煤矿现场应用情况表明,该技术方案先进可靠,老空水探放效果良好。      

波兰煤矿瓦斯高效抽放技术特点

目前,在波兰41对主要生产矿井中,有23对高瓦斯矿井进行了瓦斯抽放。2004年瓦斯平均抽放率为30%,平均利用率为39%。根据瓦斯地质条件、瓦斯涌出特点和采区通风方式,着重介绍了波兰煤矿强化煤层、围岩和采空区瓦斯抽放,提高矿井瓦斯抽放效率的工艺技术特点。在工作面的瓦斯排放中,注重开采、通风与瓦斯抽放一体化,通过优化抽放钻孔布置,取得钻孔瓦斯抽放的最佳效果,是波兰煤矿瓦斯治理的一项成功经验,成为煤矿持续安全高效生产的重要技术保障。     

ZDY4000LD定向钻机关键技术研究

ZDY4000LD定向钻机和配套随钻测量系统(MWD)适用于煤层定向长钻孔瓦斯抽采作业。介绍了钻机研制过程中针对稳固系统、主轴制动装置进行的仿真分析;阐述了定向钻机液压系统、主轴及夹持系统等关键技术。该型号定向钻机已为煤矿用户所接受,具有很大的技术发展空间。      

煤层顶板次生离层水体透水机理及防治技术

为了研究以煤层顶板弱富水含水层为直接充水水源的顶板透水机理,并探索防治方法,以宁夏宁东煤田红柳煤矿1121工作面开采期间发生的4次大规模透水为切入点,通过理论分析、数值模拟并结合井下钻探等工程技术手段,得出该工作面透水是由煤层开采后顶板岩移形成的次生离层水体引发,提出了煤层顶板覆岩中隔水关键层是造成次生离层水体透水的必要条件;研究了隔水关键层位置、尺寸及其水理性质对次生离层水体周期性透水的控制作用;确定了临界隔水关键层厚度为18 m,并提出了次生离层水体致灾前疏放的最佳时机为次生离层水体形成且周期垮落前,最佳位置垂向上为煤层A主隔水关键层顶板,平面上位于下顺槽距煤帮1/6~1/3工作面斜长范围。      

韩城桑树坪二号井松软煤层钻进技术研究与实践

针对韩城桑树坪二号井煤层松软破碎,现有设备能力小、自动化程度低、钻探工艺不合理导致瓦斯抽采钻孔钻进深度浅、钻进效率低等问题。对研究矿区3号煤层进行了大螺旋钻杆回转钻进、宽翼片螺旋钻杆空气钻进与宽翼片螺旋钻杆清水钻进工艺试验。试验表明:宽翼片螺旋钻杆清水钻进工艺施工效率是原来的1.5倍,钻孔深度由80 m左右提高到了200 m以上,成孔率达80%以上,满足了桑树坪二号井工作面瓦斯抽采钻孔施工要求。