突出煤层采煤工作面顺层钻孔水力压裂增透技术

为了解决采煤工作面顺层钻孔消突效果不均匀、效率较低等问题,以淮南地区谢桥煤矿低透气性煤层为试验对象,采用顺层钻孔水力压裂技术对煤层进行增透,以提高瓦斯治理效率。介绍了顺层钻孔区域防突措施设计方案,对水力压裂半径进行了考察;开展了水力压裂钻孔及瓦斯抽采钻孔设计,以及注水压力、注水量和保压时间等水力压裂工艺参数试验。水力压裂和未压裂顺层钻孔瓦斯抽采效果对比表明,水力压裂后钻孔抽采平均瓦斯浓度提高54%,平均单孔抽采瓦斯纯流量提高280%,抽采达标时间缩短了1个月;防突效果检验指标均达标,工作面回采期间未出现瓦斯浓度超限现象。     

井下水力压裂技术在低阶煤层中的工程实践

针对珲春矿区赋存的煤层具有低煤阶、透气性好和高瓦斯的特点,开展了水力压裂技术工业试验,对比分析了压裂区域内外高位钻孔瓦斯抽采浓度及本煤层预抽钻孔压裂前、后抽采参数、工作面瓦斯涌出量和降尘效果。试验结果表明:压裂区域内高位钻孔抽采瓦斯浓度较压裂区外平均提高2.65倍;压裂后本煤层预抽钻孔瓦斯抽采浓度较压裂前平均提高1.83倍,流量平均提高39倍;回采工作面的瓦斯涌出量由压裂区域外的23 m~3/t降低到第1阶段压裂区域的9.82m~3/t和第2阶段压裂区域的7.51 m~3/t;压裂影响半径达20~34 m,本煤层预抽钻孔间距也大大增加。     

煤矿孤岛工作面瓦斯防治

煤矿孤岛工作面,综合其地质环境和采煤工艺,为最大限度降低瓦斯浓度,在采煤过程中端头处隅角通风采用脉动通风,从根本上解决了上隅角瓦斯积聚问题;巷道通风主要是压入式,工作面回风不通过风机、风管,对设备污染小,在有瓦斯涌出的工作面采用这种方式比较安全;根据瓦斯含量情况结合其他影响因素,煤层瓦斯抽放采用未卸压钻孔抽放。在抽放过程中,采用了人工增加煤层透气性系数的措施:水力压裂和交叉钻孔。钻孔的瓦斯涌出量由压裂前的0.3m3/min,增至压裂后的0.44~4.8 m3/min,相同条件下提高抽放量0.46~1.02倍。     

顶板定向长钻孔在矿井瓦斯治理中的应用

冀中能源峰峰集团大淑村矿172401采煤工作面位于突出危险区,预计回采期间绝对瓦斯涌出量10 m~3/min,通过在工作面停采线外施工顶板定向长钻孔抽采采空区瓦斯,有效降低了回采期间回风瓦斯浓度,解决了突出煤层回采期间回风瓦斯浓度高,上隅角瓦斯超限的问题。     

水力压裂增透技术在“三软”突出煤层的应用

为提高低透气性"三软"突出煤层的瓦斯抽采量,实现抽采消突的目的,在义安矿进行水力压裂增透技术现场试验,对水力压裂的应用效果进行了现场考察。结果表明:对煤层进行水力压裂后可有效提高钻孔瓦斯抽采效果和煤层的透气性,压裂后钻孔瓦斯抽放浓度及纯流量均提高5倍以上,水力压裂显著的泄压增透作用大大提高了钻孔施工进度,缓解了工作面接替紧张的局面。     

底抽巷穿层钻孔水力割缝压裂增透煤层技术研究

针对屯兰煤矿12507突出煤层工作面的工作面巷道掘进时期的瓦斯治理和突出防治难题,提出并试验了底抽巷穿层钻孔水力割缝压裂增透煤层技术,用以提高低透煤层的透气性系数和煤巷条带瓦斯抽采率,结果表明:(1)采取割缝(压裂)综合增透的钻孔,其瓦斯抽采的平均浓度是常规钻孔的2.86倍;(2)支管瓦斯抽采纯流量是未压裂前的2.6倍;(3)煤层残余瓦斯含量下降了3.618 m3/t;(4)割缝压裂综合作业提高了瓦斯抽采效果和抽采效率,具有明显的煤层增透效果。     

水力射流配合穿层钻孔抽采瓦斯技术实践

平煤股份八矿工作面掘进过程中突出危险性严重,瓦斯涌出量大,测试指标超标严重。为解决上述问题,对水力射流配合底板穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯技术进行了研究,并在八矿掘进工作面进行现场试验。试验结果表明:实施水力射流配合底板穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯后,钻孔瓦斯抽采浓度提高了1.6~4.3倍,效检指标q值和S值为临界值的18.4%、50.5%,掘进过程中回风流瓦斯浓度降低幅度约50%。     

定向长钻孔水力压裂在松软煤层中的应用研究

为提高碎软、低渗、高瓦斯突出煤层瓦斯治理效果,在阳泉矿区新景公司保安区3#煤层3109工作面试验采用井下顺层长钻孔水力压裂增透技术。钻孔设计在煤层底板开孔,穿过底板然后沿煤层延伸。钻孔煤层孔段长度不低于300 m,主孔设计深度459 m。开孔倾角12°、开孔方位角4°。试验累计共注水1510 m~3,开泵注水时间达到50小时27分钟。顺层长钻孔水力压裂增大了抽采影响半径(本次试验影响范围达到半径58 m的区域),提高了瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采量(本次试验日平均瓦斯抽采浓度保持在70%以上,日平均抽采纯瓦斯量在2415 m~3/d);采用顺煤层长钻孔水力压裂措施后,压裂注入的大部分清水留存于煤体内,使煤体湿润,在一定程度上减少采煤时工作面粉尘。     

采煤工作面顺层钻孔分段水力压裂增渗试验

低透气性突出煤层顺层钻孔预抽回采工作面瓦斯具有工程量大,抽采效率低等特点,为此,采用顺煤层分段水力压裂实现煤储层增透。寺家庄矿15#煤层属于低透气性突出煤层,在15301工作面开展了顺煤层分段水力压裂强化抽采试验,利用自主研发的拖动式双封隔器分段封孔装备及工艺,满足压裂孔稳定、快速封隔,可实现全孔段分三段及以上逐级开展压裂。对比压裂区和非压裂顺层钻孔瓦斯抽采效果,压裂区平均浓度为35.1%,非压裂区为6.0%,压裂区浓度是非压裂区的5.9倍;压裂区百孔纯量为3.6 m3/min,非压裂区为0.3 m3/min,压裂区百孔纯量是非压裂区的11.2倍。     

穿层定向长钻孔水力压裂增透技术

为解决阳泉矿区低透气性松软煤层瓦斯抽放难、突出危险性大的问题,阳煤新景矿开展定向长钻孔水力压裂技术试验。结合水力压裂原理及增透目的对钻孔合理布孔进行了研究,逐步完善水力压裂装备和工艺,顺利完成现场注水压裂。通过卸压增透和抽采效果分析,透气性提高了2.67倍,压裂影响范围达到58m。瓦斯日抽采量达到2415m3,瓦斯含量下降了4.94m3/t。     

低透气性煤层瓦斯综合抽采及利用模式探索

为了解决平煤股份八矿瓦斯突出问题,结合自身多年经验,探索出了适合平煤八矿的低透气性煤层瓦斯综合抽采及利用模式。通过“运输巷底抽巷+穿层钻孔”掩护运输巷顺利掘进,在工作面两巷道施工完毕后,从两巷施工本煤层钻孔抽采工作面煤层瓦斯。由于本煤层钻孔轨迹难以控制,容易导致工作面中间出现空白带,因此通过“采面中间底抽巷+穿层钻孔”进一步消除采面中间的突出危险性;开发了本煤层钻孔和穿层钻孔的封孔工艺,满足了瓦斯高浓度抽采。瓦斯抽采保障了发电机组的顺利发电,瓦斯发电量逐年上升;瓦斯抽采和发电利用相互促进,形成了良性循环。     

基于高压水力割缝工艺的煤巷快速消突技术

突出煤层的煤巷掘进是突出矿井瓦斯灾害治理的重点之一。降低突出煤层的瓦斯压力、含量,转移其承载的地应力是解决问题的关键。通过水力割缝工艺,从地应力角度入手,在煤体中利用水力割缝形成空间,人为再造裂隙和微裂隙,使突出煤层的瓦斯得到释放,地应力得到转移。现场试验表明,水力割缝后煤巷钻孔瓦斯涌出初速度q值得到降低,瓦斯钻屑量S值明显降低,巷道月平均进尺由80～90 m提高到90～110 m,同时由于水力割缝钻孔有效影响半径的增大,减少32.6%的钻孔施工量。     

突出矿井采煤工作面生产组织的优化分析

安顺煤矿属于煤与瓦斯突出矿井。在9100工作面回采过程中,原有的二九一六生产组织制度不能较好地协调防突和回采的矛盾。为此,对原有的生产组织制度进行了优化,采取四六制后,工作面的瓦斯排放与效检符合《防治煤与瓦斯突出规定》要求,并且减少了机电事故影响,创造了良好的经济效益。     

保安煤业突出矿井瓦斯综合防治技术实践

保安煤业8#、9#煤层掘进过程中发生的瓦斯动力现象为压出型突出,经鉴定8#、9#煤层为煤与瓦斯突出煤层,保安煤矿为突出矿井。把15#煤层作为保护层开采(15#煤层经鉴定为非突出煤层),由下行开采变为上行开采,减少煤与瓦斯突出威胁;利用顶板走向高抽巷和穿层钻孔抽放上邻近层及采空区瓦斯,解放上部8#、9#煤层,实现区域消突,把8#、9#突出煤层变为不突出煤层;利用伪倾斜高抽巷、专用排瓦斯巷和穿层钻孔抽放初采瓦斯,解决15#煤层工作面上隅角瓦斯超限问题。     

采煤工作面顺层钻孔消突效果评价

为了消除石港煤矿15111工作面的煤与瓦斯突出危险性,采用顺层平行钻孔及交叉网格钻孔进行本煤层瓦斯预抽。依据《煤矿安全规程》及《煤矿瓦斯抽采基本指标》等规范,采用钻孔指标、瓦斯指标及瓦斯预抽率进行消突效果评价并分析了评价结果的可靠性。数据显示,预抽钻孔布置合理,吨煤钻孔量为0.136 m/t,没留空白带;残余瓦斯含量为1.70～7.94 m3/t,残余瓦斯压力为0.09～0.46 MPa;瓦斯预抽率达到30%以上。结果表明,15111工作面消突措施效果明显,突出危险性已经解除,可以实施安全回采。     

水力压裂消突技术的研究与应用

 为防止煤巷掘进过程中突出事故的发生,实现安全高效掘进,对水力压裂消突技术进行了研究。基于水力压裂消突技术原理的重要性,提出了在平煤十三矿己15-17-11111回风下山掘进工作面实施水力压裂技术。研究对比了措施前后瓦斯相关参数、煤岩体相关参数、掘进速度等参数的变化,结果表明水力压裂消突技术不仅在低透气性突出煤层能起到明显的增透、消突、降尘作用,而且提高了掘进速度,最终实现了煤与瓦斯安全高效共采。     

改进的瓦斯突出预测模型

针对瓦斯突出时间序列的非平稳特性,提出了一种基于经验模态分解和极限学习机的瓦斯突出预测模型。以某矿井工作面实际采集的瓦斯浓度为例,仿真结果表明EMD-ELM模型在训练速度和预测精度上优于ELM和最小二乘支持向量机模型。     

瓦斯矿井掘进工作面瓦斯富集区治理技术

对赵固一矿12051回风巷和运输巷掘进工作面瓦斯涌出来源进行了分析研究,提出了进行本煤层条带预抽煤层瓦斯和巷帮抽采煤层瓦斯的治理方法,并对抽放钻孔进行了设计和实施。采取措施后,掘进工作面风排瓦斯量明显减少,保证了工作面的安全生产。     

工作面突出危险性预测敏感指标确定

为了确定突出煤层工作面突出危险性预测敏感指标,确保工作面突出危险性的精准预测,以四季春煤矿6号煤层为例,通过总结分析邻近区域及矿井6号煤层煤与瓦斯突出特征,构建了6号煤层工作面突出危险性预测指标敏感性分析标准。依据构建的工作面突出危险性预测指标敏感性分析标准,结合矿井工作面预测条件和《防治煤与瓦斯突出细则》相关规定,综合考察了6号煤层工作面突出危险性预测指标钻孔瓦斯涌出初速度(q)、钻屑瓦斯解析指标(K_1)、钻屑量(S)的敏感性,结果表明:6号煤层工作面预测指标钻屑瓦斯解析指标(K_1)敏感性较好,能够响应煤层全部煤与瓦斯突出特征;钻屑量(S)敏感性一般,响应煤层部分煤与瓦斯突出特征;钻孔瓦斯涌出初速度(q)敏感性较差,不响应煤层煤与瓦斯突出特征。最终确定钻屑瓦斯解析指标(K_1)为四季春煤矿6号煤层工作面突出危险性预测敏感指标,为突出煤层工作面突出危险性预测敏感指标的确定提供了参考。     

水力冲孔强化增透松软低透突出煤层效果分析

以罗卜安煤矿为研究背景,在预抽煤层瓦斯前,采用水力冲孔措施对煤层进行增透。为了分析水力冲孔对松软低透突出煤层的增透效果,特对水力冲孔前后钻孔瓦斯涌出特征、煤层透气性系数和钻孔抽放有效影响半径的差异性进行了对比研究,结果表明:水力冲孔后钻孔初始瓦斯涌出量提高了6倍,百米极限瓦斯流量提高了46倍,钻孔瓦斯涌出衰减系数降低了85%,煤层的透气性系数提高了53.48倍,钻孔抽放有效影响半径提高了2～3倍。