水力压裂在酸刺沟煤矿初次放顶中的应用

针对酸刺沟煤矿4号煤与6号煤顶板岩层与工作面初采特点,分析顶板岩层水力压裂的分层弱化与初次垮落特点。通过观察顶板岩层结构和监测水力裂缝扩展、水压变化以及顶板垮落情况,确定钻孔与压裂参数。研究结果表明:采用单孔多次压裂方法可有效弱化、分层顶板,顶板分层、分区域、分次及时垮落,保证工作面初采安全;对于4号煤顶板,压裂钻孔间距为10m,水压为10~20MPa;对于6号煤顶板,压裂钻孔间距为8~10m,水压为13~30.8MPa。与爆破强制放顶方法相比,水力压裂初次放顶法更为安全、合理。     

水力压裂技术在野川煤矿初次放顶中的应用

针对野川煤矿3^#煤顶板岩层与工作面初采特点,分析顶板岩层水力压裂的分层弱化与初次垮落特点。通过观察基本顶及老顶岩层结构和强度,确定水力压裂钻孔长度和单孔压裂次数。研究结果表明:采用S孔和L孔分别多次压裂方法可有效弱化、分层顶板,顶板分层、分区域、分次及时垮落,保证工作面初采安全;压裂钻孔间距10 m,水压10~20 MPa。与爆破强制放顶方法相比,水力压裂初次放顶法更为安全、环保、健康、友好。     

东周窑煤业综放工作面顶煤水力压裂技术研究

针对东周窑煤业C5号煤层厚度大、顶煤冒放性较差的问题,提出采用水力压裂的方法提升顶煤冒放性。通过理论分析及现场试验,确定对工作面130~168号液压支架范围内的顶煤进行水力压裂,水力压裂孔与水平方向夹角为70°,深度为7.5~8.7 m,直径为50 mm,压裂切槽在水力压裂孔6.5 m及7.5 m位置,水力压裂时高压注水压力为17~20 MPa。在8207工作面现场试验后,结果表明:水力压裂后,支架后方顶煤块度明显降低,水力压裂范围内,每米放煤量提升了23.4%,顶煤回收率提升了19.27%.     

不同扩孔半径下的钻孔水力压裂数值模拟研究

利用RFPA数值模拟软件构建了钻孔水力压裂数值物理模型,分析了应力平衡状态对钻孔水力压裂的影响,研究了不同扩孔半径下的钻孔水压裂纹的发展演化规律。研究得出:破煤压力在钻孔开挖完待应力平衡后加载水压明显降低;随着钻孔扩孔半径的增加,破煤压力、分支裂纹初现水压、最终水压及平均范围角都将降低,水压主裂纹的长度将增加。研究为煤矿井下现场实施水力压裂技术提供了一定的理论支撑。     

水力压裂控制综放工作面初次垮顶试验研究

为了解决综放工作面基本顶初次垮落步距较大的问题,理论分析了综放工作面基本顶初次垮顶步距影响因素,并在漳村煤矿2306工作面采用水力压裂技术进行初采预裂现场试验,通过监测煤体钻孔应力、超前支撑段巷道变形、工作面支架活柱压力及工作阻力及对比分析压裂前后钻孔围岩结构,得出以下结论:压裂后,顶板围岩破碎度及裂隙发育明显扩大,压裂破坏了顶板围岩的完整性,有效弱化了顶板岩层;钻孔应力计监测得出,水压预裂效果良好,能够有效减小工作面超前支承应力;表面围岩监测发现巷道变形量很小,两帮及顶底板移近量无变化;支架活柱压力及支架工作阻力连续监测得出压裂后工作面基本顶初次垮落步距为15.6 m,比类似条件工作面爆破预裂效果提前6 m。水力压裂控制综放工作面初次垮顶技术具有工程量小,安全性高,施工速度快,控顶效果好等特点,能有效解决坚硬顶板综放工作面基本顶初次垮落步距较大、支架压力大的问题。     

采动影响下邻空定向钻孔整体水力压裂瓦斯抽采技术北大核心

针对采动影响下邻空定向钻孔所面临的顺煤层成孔难度大,常规措施无法实施水力压裂的难题,以黄陵二号煤矿2号煤层邻空水力压裂钻孔为研究对象,提出了“先入顶板后进煤层”钻孔布置思路,以及开孔点与见煤点距离的综合确定方法,得出开孔点与见煤点距离的最小值为71.6 m;并确定了配套的封隔器类型和孔内压裂工具组合。在209工作面回采影响区域开展了工程实践,成功实施3个“先入顶板后进煤层”钻孔的定向钻进和整体水力压裂施工:定向钻孔长度240~270 m,岩孔段开孔点与见煤点距离为105~117 m,单孔压裂段长度126~165 m,泵注压力15.2~19.0 MPa,压裂液用量248~315 m^(3)。实测水力压裂影响半径达36~54 m,压裂钻孔平均瓦斯抽采体积分数与瓦斯抽采量较压裂前提升了4~16倍和3~8倍,压裂区域内瓦斯预抽钻孔百米瓦斯抽采量是未压裂区域的2倍,且抽采体积分数大于60%的钻孔数量是未压裂区域的5.1倍。     

王峰煤矿3#煤顶板水力压裂裂缝扩展模拟研究

针对王峰煤矿3^#煤层瓦斯含量高、煤层碎软的特点,开展了王峰煤矿顶板定向长钻孔水力压裂裂缝发育规律研究,利用FLAC^3D数值模拟分析了顶板水力压裂裂缝扩展演化特征,讨论了压裂孔直径和压裂压力对裂缝发育的影响规律。研究得出:当压裂压力为5~8 MPa时,裂缝首先在水平方向产生,垂直方向上均未产生裂隙;当压裂压力大于10 MPa时,随着压裂压力的增大,裂缝在竖直方向逐渐延伸,且裂缝宽度沿水平方向逐渐扩展;裂缝延伸方向主要沿最大主应力方向,在最大主应力方向上裂缝扩展的增长速度与压裂压力基本呈正相关。相同压裂压力条件下,压裂孔孔径越大,塑性区扩展长度越大,裂缝扩展越大;当压裂压力大于10 MPa后,垂直方向上的裂缝扩展速率大于水平方向,裂缝沿最大主应力方向扩展速度最快。综合得出,王峰煤矿3^#煤的顶板水力压裂的钻孔直径为φ120 mm,压裂压力为10 MPa,可有效地指导工程实践。     

桑树坪二号井顶板梳状孔水力压裂瓦斯强化抽采技术

桑树坪二号井本煤层钻孔施工困难,煤层透气性差,瓦斯抽采浓度低,流量小。通过在桑树坪二号井北区3号煤层顶板砂岩中实施顶板梳状长钻孔并进行分段水力压裂,以提高矿井瓦斯防治效果,探索适合矿井的瓦斯防治技术手段。采用前进式分支孔工艺施工完成1个钻孔,主孔长度588m,施工8个分支孔,总进尺1 188m,其中,煤层段227m,岩层段961m,钻孔主孔距煤层顶部0～3.28m。共分4段进行水力压裂,累计注水2 012m3,最大泵注压力8.74 MPa。施工完成后3个月内钻孔日均抽采瓦斯纯量约1 500m3,压裂钻孔百米钻孔瓦斯抽采纯量是水力割缝钻孔的1.2倍,是常规钻孔的4.0倍。初步证明了顶板梳状长钻孔水力压裂技术在煤矿瓦斯防治领域的适用性。     

定向长钻孔水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用

针对高瓦斯松软破碎煤层通透性差,导致瓦斯抽采效率低这一问题,以王坡煤业3号煤为工程背景,进行了长钻孔水力压裂技术研究,分析了水力压裂机理过程,并在3301底抽巷进行了水力压裂施工,通过监测压裂过程水压变化情况,对水力压裂过程进行了详细跟踪,最终通过对比压裂前后煤层物理参数变化以及瓦斯抽采效果,得出了长钻孔水力压裂技术对松软破碎煤层的增透效果显著,瓦斯抽采效率得到了显著提高。     

水力压裂增透技术在兴安煤矿的应用

为了解决煤层透气性较低的问题,提高本煤层钻孔瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出危险性,在兴安煤矿井下进行水力压裂增透现场试验。为确定合理的注水压力,对煤层水力压裂进行了力学分析,并利用数值模拟的方法计算出该煤层裂纹起裂临界水压为12.4 MPa。水力压裂现场试验结果表明:煤层压裂后瓦斯抽采浓度和流量均有明显提高。     

综放工作面冒落顶煤放出控制

近年来我国综放开采技术取得了长足的进展。提高综放工作面采出率是备受关注的技术问题。研究顶煤冒落形态和顶煤放出控制,是进一步提高顶煤采出率的关键。分析了顶煤冒落形态的影响因素和冒落顶煤体的物理力学特性,在此基础上提出了顶煤放出的控制方法。     

坚硬顶煤水力致裂控制技术在崔家沟煤矿的应用

陕西省崔家沟煤矿二水平三盘区2303综放工作面坚硬顶煤难冒落,导致顶煤放出效果不佳,放煤高度和回采率低。为解决此问题,根据坚硬顶煤水力致裂控制技术原理,在综放工作面架间向煤壁前方顶煤施工直径为32mm的水力致裂钻孔,进行坚硬顶煤水力致裂试验。试验结果表明:水力致裂技术成功弱化了顶煤,有效降低顶煤块度;改善了顶煤冒放性,减少了综放工作面顶煤由于破碎不够充分导致放煤期间顶煤形成拱结构的可能性,提高了工作面放煤高度和回采率;同时有效降低了工作面的粉尘浓度,改善了工人的作业环境。对今后处理坚硬顶煤难垮落问题,具有重要的借鉴价值。     

大倾角厚煤层综放工作面放煤工艺及顶煤运动特征试验

为研究大倾角工作面放煤工艺及顶煤运动特征,采用相似材料模拟,依据放煤步距、放煤顺序、放煤方式、煤层倾角的不同构建了15种放煤模型,对比分析了不同放煤条件下对回采率、顶煤与矸石运动规律的影响。结果表明:工作面倾向采用由下向上单轮顺序放煤、回采方向采用一采一放的组合方式放煤,工作面回采率最高;随着煤层倾角增大,回采率逐渐降低。受煤层倾角影响,放煤漏斗呈非对称圆锥形,由上向下放煤漏斗为倒圆锥,由下向上放煤漏斗为正圆锥;而放煤漏斗轮廓受煤层倾角影响不大。由上向下放煤顶煤有滞留现象,而由下向上放煤则无顶煤滞留现象,下端头可尽可能多放煤,上端头要控制放煤。     

特厚煤层放顶煤开采的试验

放顶煤回采工艺参数的合理选取，对顶煤的有效回收起着重要的作用。采用实验室相似模拟的方法，从采放比、放煤步距等决定顶煤垮落空间的因素和顶煤块度等方面分析了其对顶煤垮落的影响，为特厚煤层综放开采顶煤回收率的提高提供理论依据。     

Analysis of the dialectical relation between top coal caving and coal-gas outburst

According to the different engineering mechanical states of top coal caving and normal stoping of gaseous loose thick coal seams, the dialectical relation between this caving method and dynamic disasters was analyzed by simulating the change of stress states in the process of top coal initial caving with different mining and caving ratios based on the ANSYS10.0. The variation of elastic energy and methane expansion energy during first top coal caving was analyzed by first weighting and periodic weighting and combining with coal stress and deformation distribution of top coal normal stoping as well as positive and negative examples in top coal caving of outburst coal seam. The research shows that the outburst risk increases along with the increase of the caving ratio in the initial mining stage. In the period of normal stoping, when the mining and caving ratio is smaller than 1:3 and hard and massive overlying strata do not exist (periodic weighting is not obvious), it is beneficial to control ground stress leading type outburst. Thus, it is unreasonable to prohibit top coal caving in dangerous and outburst prone areas.     

综采放顶煤采放参数优化研究

根据顶煤的放出规律,研究了放煤参数与煤层赋存条件之间的关系,通过分析认为可以依据煤层厚度和煤层松散系数来确定合理的采放比、放煤间距、放煤步距等开采工艺参数,从而解决了采放工艺参数靠经验类比,缺乏科学依据的问题。     

平朔矿区综放开采顶煤放出规律试验研究

文章对平朔矿区综放开采的顶煤放出规律进行了研究,针对平朔4#煤、9#煤进行了顶煤放出的相似性模拟试验,得出了不同采放比、使用不同开采方式下顶煤放出含矸率及顶煤放出率的相对关系。通过实验数据分析,得出了平朔矿区综放开采的合理放煤工艺为一采一放。在现场实际放煤过程中,可将煤流中的矸石比例达到1/5作为终止放煤的依据。     

特厚煤层智能化综放开采理论与关键技术架构

综放开采方法是我国特厚煤层矿区实现高产高效的主要技术途径,智能化综放开采是未来综放开采技术发展的重要方向。在分析千万吨级特厚煤层智能化综放开采技术和问题的基础上,围绕安全、高效、智能这一主题,综合考虑特厚煤层顶煤体和上覆岩层的相互作用,以掌握特厚顶煤冒放理论,实现综放工作面放煤智能化,降低含矸率、提高顶煤采出率为主导,提出要解决的关键科学问题和技术构想。针对综放开采存在的煤矸智能识别、智能放煤控制、“采-支-放-运”系统智能协调等主要难题,凝练出特厚煤层智能综放开采大尺度顶煤体破碎与冒放机理,特厚煤层智能化采放协调控制机理与方法,特厚煤层智能综放开采群组放煤过程控制原理三大科学问题。攻克特厚煤层群组协同智能放煤工艺决策技术,特厚煤层顶煤厚度与放煤量实时监测技术,冲击振动和高光谱融合的煤矸识别技术,多模式融合的智能化放煤装备及控制技术,综放工作面“采-支-放-运”系统智能协调控制技术五项关键技术。突破特厚煤层智能化综放开采技术与装备瓶颈,研发煤矸识别装置、开发智能放煤控制系统及软件,解决采放协调、煤矸识别、群组放煤等难题,创建年产1 500万t智能化综放开采示范工程。最终实现特厚煤层智能化综放开采,为我国特厚煤层的安全、高效开发提供可靠的技术支撑。     

ZZF5200/19/32S型坚硬特厚煤层放顶煤液压支架的研制

该支架是针对靖远矿务局红会一矿坚硬、特厚煤层综放开采技术的需要研制而成的。试用结果表明，支架的结构合理，支护性能良好，与其它设备配套性能良好。     

放顶煤工作面顶煤破碎机理及放煤高度的确定

主要阐述了放顶煤工作面顶煤破碎机理及放煤高度的合理确定;针对放顶煤工作面的顶煤厚度和煤质软硬程度,正确认定顶煤是否具有可放性,为工作面能否一次采全高提供科学依据。