穿层钻孔预抽措施中底板岩巷合理布置层位选择研究

针对赵庄煤业煤层透气性差、抽放效果不理想的问题,采取了底板岩巷穿层钻孔预抽措施,其中底板岩巷层位选择是关键技术之一。为了确定合理的底板岩巷布置层位,结合矿井煤层地质的实际,进行了层位布置方案设计、合理性分析、施工及抽放效果、技术经济分析等研究。结果表明,底抽巷布置在K6灰岩之上、距离3号煤层底板8耀10m的层位时,取得了施工钻孔效率高、材料消耗少、钻孔有效利用率高、封孔和抽放效果好的特点。因此确定了该矿井底抽巷布置的合理层位。     

煤与瓦斯突出矿井工作面顶板高位钻孔优化设计

为提高瓦斯抽采率,基于采场围岩裂隙发育特征及瓦斯流动规律,采用UDEC数值模拟软件模拟祁南煤矿342工作面在推进时的覆岩裂隙发育规律,优化工作面顶板高位钻孔设计方案。研究结果表明:当工作面推进速度5 m/d时,裂隙发育和瓦斯积聚区距煤层顶板12~22 m,在高位钻孔的层位控制范围,高位钻孔倾向控制范围优化为距回风巷9~36 m,钻场间钻孔的压茬距离35 m。祁南煤矿342工作面顶板高位钻孔按优化方案设计施工,单孔最大瓦斯抽采体积分数达84%,高位钻孔瓦斯抽采率达50%以上,工作面回风流的瓦斯体积分数控制在0.6%以下,保证了工作面的安全开采。     

含水围岩条件下底板岩巷合理布置层位研究

底板岩巷层位选择是底板岩巷穿层钻孔预抽瓦斯措施的关键技术之一,针对煤层底板赋存石灰岩含水层的矿井实际,设计了2种底板岩巷层位布置方案,并从技术和经济等方面进行了钻孔施工抽放瓦斯比较分析。结果表明,底板抽放巷布置在含水灰岩之上、与含水灰岩较近的煤层底板层位时,可以有效避免含水层的影响,且钻孔施工容易、效率高,钻孔有效利用率高,封孔和抽放效果好,材料消耗少、节约成本,因此,优选为适用的底抽巷布置合理层位。     

义安矿底板抽放巷合理层位数值模拟

对于含水围岩条件下的义安矿工作面而言,底抽巷与煤层底板过近,不但巷道变形破坏严重而无法继续为相邻工作面服务,且底抽巷内的穿层钻孔因周围围岩破碎而难以封孔,造成抽放消突效果差;而距煤层底板过远,不但增加了穿层钻孔工程量和抽放材料消耗,而且还容易造成突水事故。结合义安矿12150工作面的实际赋存情况,采用FLAC3D软件对几种布置条件下底抽巷受力情况进行了模拟,并根据模拟试验和分析结果,探讨了底抽巷的合理布置层位。     

深部极近距离煤层群开采底抽巷层位布置研究

以平煤八矿深部极近距离煤层群为工程背景,对深部极近距离煤层群开采条件下底抽巷的合理布置层位展开了研究;采用FLAC^3D数值模型,模拟了底抽巷顶板与己16-17煤层不同净岩距离下煤层的塑性区、应力场和位移场演化规律。结果表明：当净岩距离为3、5 m时底抽巷上方煤层受到采动影响可以分为卸压区、应力集中区和原岩应力区;净岩距离为8～15 m时,上方煤层受到采动影响可以分为卸压区和原岩应力区;底抽巷的最优布置层位为保留净岩距离8～10 m;底抽巷掘进后,位于其正上方的位置卸压效果最好,该区域煤体充分变形,瓦斯治理较为容易,有利于后期煤巷的支护与维护,是布置煤巷的最佳位置;现场监测有效验证了底抽巷在该净岩距离下治理深部极近距离煤层群工作面瓦斯突出危险性的可靠性。     

紧邻煤柱侧工作面巷道掘进瓦斯治理方案

兴旺煤矿21608工作面运输巷位于煤柱应力集中带及潜在的瓦斯突出危险性,本文通过工作面上覆岩层"上三带"和底板"下三带"结构特征,分析了布置顶板高抽巷或底板底抽巷穿层钻孔达到21608运输巷卸压及瓦斯预抽都是可行的;进一步通过FLAC3D数值模拟了工作面回采时高抽巷或底抽巷不同的应力分布情况,并考虑到钻孔的工作量,优先选择了布置底抽巷穿层抽采,底抽巷距离16#煤层的垂直距离为8.5 m、距离21608运输巷的水平距离为58 m。现场采取实施75 mm直径、终孔间距为1.5 m的钻场实施瓦斯预抽及煤柱应力集中区卸压,最终保证了21608运输巷的安全掘进。     

本煤层瓦斯抽采钻孔注浆封孔工艺优化应用

针对云冈煤矿2163首采工作面瓦斯涌出量大的问题,通过在运输巷施工上行本煤层钻孔,采用新型材料KYF,按照"两堵一注"工艺进行注浆封孔,并对注浆长度及抽采半径进行测定,得出注浆长度为24 m时,超出巷道围岩松动圈范围,有效封堵裂隙;在特定负压下,钻孔抽采半径为4 m,钻孔间距为8 m时能有效利用矿井瓦斯抽采能力;新型材料KYF注浆钻孔中,抽采主管能长时间维持高浓度瓦斯不变,效果显著。     

镇城底矿22212工作面高抽巷瓦斯抽采技术研究

为了解决厚煤层巷道瓦斯难抽的问题,本文以镇城底矿22212工作面为研究背景,利用数值模拟软件对不同底抽巷布置方案下巷道应力云图进行分析,确定了当垂距H为12m时,底抽巷布置于粉砂岩中时的底抽巷布置方案,同时底抽巷钻孔抽采有效半径随抽采时间的呈现逐步增大,而与抽采负压关系不大,通过对22212工作面进行底抽巷布置,对钻孔冲孔前后瓦斯抽采曲线进行分析发现,底抽巷钻孔经过水力冲孔后抽采效率极佳,为厚煤层瓦斯抽采提供一定的参考.     

定向拦截钻孔技术在近距离煤层开采中的研究与应用

平煤八矿己15煤层和下伏己16.17煤层间距8～10 m,属于近距离煤层;己15煤层回采期间,受采动影响,己16.17煤层卸压瓦斯越流逸散,造成回采工作面瓦斯含量增加。以己15-15050工作面为试验点,在工作面中间低位巷采用“定向拦截钻孔+全程下筛管”技术,将拦截钻孔施工至工作面中部瓦斯抽采薄弱带、两层煤之间常规钻孔不易施工到的岩柱内,探究定向拦截钻孔抽采效果。结果表明：实际施工的48个定向拦截钻孔,按照设计施工至准确层位的成功率为94%,筛管覆盖率达到91%;定向拦截钻孔在工作面切眼前后60 m范围内,单孔抽采浓度在60%～99%;与常规拦截钻孔相比,定向拦截钻孔的最高单孔瓦斯抽采浓度可以提高48%～59%。     

松软煤层穿层定向长钻孔钻进工艺研究

针对赵庄煤业现施工的底抽巷穿层钻孔有效抽采长度短现状,探索开展穿层定向长钻孔施工工艺实践,进一步提高穿层钻孔的有效抽采长度。为此,使用现有4500钻机配套螺旋槽通缆钻杆、螺杆马达及随钻测量系统等装备,先后在3318、2312、1319三条底抽巷进行穿层定向长钻孔施工及护孔工艺试验,累计施工钻孔78个,总进尺11205m。优化得到:在定向钻进过程中,针对软煤塌孔区域,需更换使用三棱钻杆+?113mm钻头进行旋转扩孔;定向长钻孔施工完成后,配套中空钻杆+开闭式钻头进行全孔段下筛管护孔,保证抽采通道畅通。实践表明,穿层定向钻孔最长孔深达到150m,单孔煤层段孔深最长达到120m,穿层定向长钻孔煤矸比提高至1∶0.51,百米钻孔流量提高1.35～2.5倍。穿层钻孔的抽采长度和抽采效率的提高为松软煤层工作面减少底抽巷布置数量提供了技术参考。     

底板穿层钻孔合理间距的数值模拟研究

为确定合理的钻孔间距以达到最佳的抽采效果,根据具体的工程地质条件和瓦斯在煤层内的渗流规律,采用Comsol Multiphysics软件模型模拟了单孔和不同孔间距抽采瓦斯时钻孔周围煤层内瓦斯压力的分布特征。结果表明:当钻孔间距为3.6m时,钻孔间距偏小,使钻孔数量较多,会造成不必要的浪费,当钻孔间距为7.5m时,钻孔间距偏大,抽采范围出现"空白带",达不到较好的抽采效果。当钻孔间距为5m时,抽采范围在边界处出现相切的现象,相邻位置的钻孔周围瓦斯抽放完全,抽采范围达到最大,钻孔间距定比较合理,抽采效果和经济效果较好。     

低位高抽巷瓦斯抽排设计与施工

基于高瓦斯工作面底板预抽巷工程量大、投资成本高、工作面衔接紧张等问题,以阳煤集团寺家庄矿15118工作面回风巷瓦斯治理为例,介绍了低位高抽巷的层位布置及巷内钻孔设计与抽排施工工艺。通过抽排效果对比分析,得出可在与工作面回风巷水平距离3～5 m、巷道层间距5～7 m位置随层施工低位高抽巷,巷内采用普通钻孔与造穴孔相结合的钻孔工艺,瓦斯抽放效果显著。单孔抽排量1 372.66 m~3/d,与同等条件下底抽巷相比,瓦斯抽采浓度由58%提高至67%;造穴钻孔单孔抽采浓度为61.5%,相对常规钻孔组提高了8.6%。低位高抽巷瓦斯抽排设计与施工优化了瓦斯抽排巷布局,有效解决了工作面回采期间回风流及上隅角瓦斯浓度超限问题。     

深部煤层回采工作面高抽巷瓦斯抽采技术

为实现高瓦斯矿井的安全开采,针对深部煤层回采工作面瓦斯超限问题,确定高抽巷的合理布置层位,以保安矿为研究对象,通过高位钻孔现场试验,得到抽采层位大于50 m时,抽采浓度变化不大,且出现抽采浓度降低的现象,在抽采层位为20 m,抽采纯量最大。利用Fluent模拟,结合现场的地质条件,分析了高抽巷不同层位的瓦斯抽采浓度,确定了高抽巷位置为底板上方25 m的合理层位。通过现场实测分析得出,在该层位下,可以有效地降低采空区瓦斯浓度,保证安全生产的顺利进行。     

深井高预应力底抽巷支护设计优化研究

近年来,随着煤矿开采不断向深部延伸,伴随着瓦斯含量和压力相应增大,施工煤层底抽巷提前进行瓦斯区域治理越来越被多数矿井认可并实施。但是煤层底抽巷顶板具有特殊性,多数巷道顶板上方7～15 m即为煤层底板,直接顶往上为相对的不稳定的煤层,属典型的复合型顶板,支护难度大。加上后期施工穿层钻孔,势必给巷道围岩造成二次破坏,顶板管理难度加大,因此选择科学合理的底抽巷支护设计具有较为重要的意义。     

王庄煤矿9101综采面走向高抽巷合理位置研究

为研究高抽巷的合理位置,以王庄煤矿9101综采工作面为工程背景,采用理论计算、数值模拟和工程类比相结合的方法,对高位抽放巷合理位置进行研究;通过研究上覆岩层裂隙发展规律以及与回风巷相对位置不同时高抽巷的围岩应力分布情况,提出两个高抽巷布置层位建议,分别为距煤层顶板24.95m和35.25m,并得出高抽巷与回风巷内错距离为20m。     

水压预裂工作面瓦斯抽采高位钻孔参数优化及与应用

为降低高瓦斯坚硬顶板倾斜近距离多煤层U型通风工作面上隅角瓦斯浓度,提高瓦斯抽采效率,本文以新疆东沟煤矿低渗透性、高瓦斯煤层143综采工作面高位钻孔为研究对象,在理论上分析水压预裂对瓦斯抽采效果影响的基础上,实施了上隅角悬顶水压预裂试验,总结了工作面瓦斯变化特征与控制措施,分析顶板垮落裂隙带瓦斯运移积聚的主要区域,并根据钻孔有效长度及利用率、钻场合理间距、钻孔数量、布置层位、压茬间距和倾向、控制范围等参数的理论计算结果,结合覆岩裂隙发育规律,优化高位钻孔的布置层位、终孔位置、终孔间距和钻孔数等抽采工艺参数。现场实践表明：抽采工艺参数优化后,钻场位置在回风巷底板高度的基础上提高1 m左右、终孔高度控制在15～25 m、终孔距回风顺槽1～41 m、终孔间距为8 m且钻孔数为6时,高位钻孔抽采效率和能力显著提高,上隅角瓦斯浓度降低至0.1%～0.3%范围内,治理效果较好。     

布孔间距影响瓦斯预抽效果的模拟及应用研究

依据小庄矿40205综放工作面煤层瓦斯实际赋存条件,同时考虑吸附游离两态瓦斯,建立了煤层瓦斯预抽理论模型,利用COMSOL Multiphysics模拟了不同布孔间距下的煤层瓦斯压力分布情况,确定了合理的顺层预抽钻孔布孔间距,并应用于现场实际抽采工作。数值模拟显示:布孔间距在1.8~2.5 m时,两孔中心最大瓦斯压力的增长速率较大;布孔间距在2.5~3.5 m时,其增长速率有所降低;当布孔间距为3.0 m时,预抽0~90 d时煤层瓦斯压力下降速率较大,预抽90~210 d时煤层瓦斯压力下降速率逐渐减缓;抽采过程存在最佳抽采时间;40205综放工作面顺层预抽孔布孔间距设置为3.0 m,预抽90 d时,钻孔间最大瓦斯压力降至182.435 kPa;预抽210 d时,钻孔间最大瓦斯压力降至178.230 kPa,可将煤层瓦斯压力降至50%以下,保障预抽达标。现场应用显示:40205工作面回风巷瓦斯抽采纯流量大且较为稳定,基本稳定在1.50 m³/min左右,预抽效果较理想。     

工作面分段高位钻孔瓦斯抽采技术应用

为解决工作面回风隅角及回风巷瓦斯超限问题,结合矿井现有技术装备以及煤层赋存不稳定的因素,优选采用分段施工高位钻孔的方法进行采空区和邻近层的瓦斯抽采。高位钻孔的最佳布置层位为裂隙带的中上部。高位钻孔抽采瓦斯浓度高达60%以上、抽采纯量达到1. 5 m3/min以上、且能保证抽采的可持续性。     

上覆巨厚油页岩近距离煤层群瓦斯防治技术

针对上覆巨厚油页岩近距离煤层群瓦斯逸散困难、煤层间距近、煤层瓦斯压力和含量大、存在煤与瓦斯突出危险可能性、首采煤层瓦斯涌出量较大的特点,以依兰矿区为例,采用确定煤层开采顺序、消除首采工作面的突出危险、解决回采工作面瓦斯超限的瓦斯治理总体思路;提出利用底抽巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯+顺层钻孔抽采回采区域瓦斯的消突方法,采用定向钻孔以孔代巷(或高抽巷)+采空区埋管+底抽巷钻孔抽采回采区间采动影响瓦斯的抽采方法的抽采方法,从消突和防超限2个角度解决上覆巨厚油页岩近距离煤层群瓦斯防治问题。     

穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯在赵庄矿的应用

针对煤层透气性差、抽采效果不理想的问题,赵庄矿应用了底板岩巷穿层钻孔预抽措施。通过对底抽巷的层位选择、穿层钻孔的布置、封孔工艺等影响瓦斯抽采效果的各个环节的分析研究,验证了采用底抽巷实施穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯掩护巷道掘进的可行性和良好的瓦斯治理效果,为矿井的长远发展提供了安全保障。