穿层钻孔“孔底一注”封孔提浓技术应用研究

针对深井低透气性强突出煤层瓦斯预抽钻孔封孔后易漏气、抽采浓度低、抽采量小的问题,提出了"孔底一注"带压封孔新工艺,降低了预抽瓦斯穿层钻孔漏气率,提高了钻孔密封性,钻孔瓦斯抽采浓度、抽采纯量大幅提升。结合现场工程试验,对该封孔技术的应用效果进行了对比分析,分析结果表明:穿层钻孔单孔瓦斯抽采浓度达80%以上,单孔抽采纯量为0.035 m~3/min,采取"孔底一注"封孔新工艺较普通的封孔工艺抽采浓度提高近4倍,抽采纯量提高近9倍,有效地改善了矿井松软低透气性煤层瓦斯抽采封孔工艺存在的问题,显著提高了煤层瓦斯抽采效果,缩短了抽采达标时间。     

瓦斯抽采钻孔“钻-割-封”技术研究及应用

为提高煤层透气性、改善抽采钻孔封孔质量,强化瓦斯抽采效果,消除煤层突出危险性,依据高压水射流破煤机理,提出"钻-割-封"技术,即对瓦斯抽采钻孔及封孔段周边煤体切割径向环形缝槽,然后注浆封孔。通过现场试验,验证采用"钻-割-封"技术钻孔的瓦斯抽采效果。现场试验结果表明:采用"钻-割-封"技术的抽采钻孔瓦斯浓度提高20%～30%,瓦斯抽采纯量相较于常规钻孔提高约1倍,实现煤层的卸压增透,提高了钻孔密封性。     

基于钻孔漏气位置检测的二次注浆堵漏提浓技术研究

为了提升瓦斯抽采钻孔密封效果,研发了钻孔漏气位置检测与孔内二次注浆堵漏装置,并在余吾煤业本煤层掘进预抽钻孔进行试验研究,在检测钻孔漏气位置的基础上明确了合理的孔内注浆深度,然后对孔内进行二次注浆堵漏,并对二次注浆堵漏钻孔的瓦斯浓度(甲烷体积分数,下同)变化情况进行了分析。结果表明:抽采钻孔中漏气位置对瓦斯浓度影响较大,瓦斯浓度由钻孔底部至孔口呈现出下降的趋势,瓦斯浓度越小,表明漏气越严重;在距孔口16～17 m位置漏气最为严重,距孔口18～19 m位置漏气相对减少,综合考虑将孔内二次注浆深度定为16～19 m;孔内二次注浆堵漏试验钻孔中瓦斯浓度在30%以上的钻孔占58.8%,抽采瓦斯浓度达到15%～30%的钻孔占23.5%,表明孔内二次注浆堵漏技术能够有效提高钻孔抽采瓦斯浓度。     

功率超声波技术在低透气性煤层增透试验中的应用

为了增加低透气性煤层渗透率,提高预抽煤层瓦斯抽采效率,提出了一种安全高效的新型功率超声波技术来实现对煤层的增透,超声波增透煤层时通过破裂和声波扰动的方式增加了煤层透气性,这些方式的加载使得其原先裂缝不断地扩展、延伸,最终达到增透整个煤层的作用。将功率超声波技术应用于2130矿24312采煤工作面,采用回风巷顺层布孔的方式进行作业,现场试验结果表明:功率超声波增透技术显著提高了煤层瓦斯抽采浓度和抽采纯量,同时降低了瓦斯抽采钻孔的工程量。现场证明功率超声波技术作用于低透气性煤储层,提高了瓦斯抽采效率,对于矿井瓦斯高效抽采具有广阔的应用前景。     

青龙煤矿11615工作面高位定向长钻孔瓦斯抽采分析

为解决青龙煤矿11615回采工作面上隅角瓦斯浓度超限难题,结合该工作面实际瓦斯赋存情况,采用高位定向长钻孔瓦斯抽采技术方法开展瓦斯抽采。对比了瓦斯抽采效果与钻孔距回风巷距离远近的关系,研究了瓦斯抽采效果与回采里程的关系,总结了高位定向长钻孔的瓦斯抽采规律。研究结果表明:回采过程中,通过高位定向长钻孔抽采采空区上覆岩层瓦斯,回采工作面上隅角瓦斯浓度降低到0.25%～0.35%,解决了该采空区上隅角瓦斯浓度超限问题;钻孔距回风巷距离为40m时,抽采瓦斯浓度基本稳定在18.5%左右,抽采效果最佳;随着回采里程的增加,钻孔抽采效果呈上升趋势,但在抽采末期有所下降。说明高位定向长钻孔对降低采空区及回采工作面上隅角瓦斯发挥了一定作用,提高了回采过程中瓦斯治理效率。     

青龙矿11615工作面高位定向长钻孔瓦斯抽采分析

为解决青龙煤矿11615回采工作面上隅角瓦斯浓度超限难题,结合该工作面实际瓦斯赋存情况,采用高位定向长钻孔瓦斯抽采技术方法开展瓦斯抽采。对比了瓦斯抽采效果与钻孔距回风巷距离远近的关系,研究了瓦斯抽采效果与回采里程的关系,总结了高位定向长钻孔的瓦斯抽采规律。研究结果表明：回采过程中,通过高位定向长钻孔抽采采空区上覆岩层瓦斯,回采工作面上隅角瓦斯浓度降低到0.25～0.35%,解决了该采空区上隅角瓦斯浓度超限问题;钻孔距回风巷距离为40 m时,抽采瓦斯浓度基本稳定在18.5%左右,抽采效果最佳;随着回采里程的增加,钻孔抽采效果呈上升趋势,但在抽采末期有所下降;说明高位定向长钻孔对降低采空区及回采工作面上隅角瓦斯发挥了一定作用,提高了回采过程中瓦斯治理效率。     

深埋松软煤层全孔深异径封孔技术研究

为了解决深埋松软煤层钻孔全孔深封孔技术难题,提高钻孔瓦斯抽采效果,通过对郑州矿区某煤矿瓦斯抽采钻孔护孔和封孔施工工艺以及钻孔瓦斯抽采实际情况进行分析,提出了异径护孔和"软连-短接"封孔改进技术措施及施工工艺。试验结果表明:采用异径护孔技术,通过优化孔径管径比,减少了护孔管下管阻力,全孔深护孔成功率显著提高;采用"软连-短接"封孔技术,提高钻孔有效抽采长度,增强封堵材料的可塑性,减少了封孔管和封堵材料的破坏,提高了钻孔密封效果。经测试102 m深钻孔瓦斯抽采参数,在测试周期内平均单孔甲烷抽采浓度提高了93%,抽采量提高了119%。     

瓦斯抽采浓度自动化调控系统的研究与应用

通过对钻孔瓦斯涌出量、漏气量影响因素进行分析,认为在瓦斯抽采过程中存在一个最佳抽采负压值。通过探寻最佳负压值可以调整钻孔瓦斯抽采浓度,在保证最高抽采浓度的同时尽可能的降低漏气量,有效提高瓦斯抽采纯量。自主研发了瓦斯抽采管路浓度自动调控系统,在九里山矿进行了井下工业性试验,得到了最佳抽采负压,显著提高了抽采管路瓦斯抽采浓度及抽采纯量。     

单一松软低透气性煤层带压封孔成套技术及工艺研究

绿水洞煤矿瓦斯抽采钻孔采用水泥浆机械封孔,基于抽采钻孔预抽效果差的问题,通过对封孔工艺改进,采用"两堵一注"带压封孔工艺,在矿井530瓦斯巷、3131瓦斯巷、3251机巷对小角度和裂隙段、大直径钻孔等顺层、穿层钻孔封孔质量进行试验。研究结果表明,相比原来封孔工艺,采用"两堵一注"带压封孔的钻孔平均抽采浓度为35%以上,单孔流量提高了2倍以上;每排抽采钻孔的单孔瓦斯抽采浓度提高了30%,该技术能有效改善矿井松软低透气性煤层瓦斯抽采封孔工艺存在的问题,显著提高煤层瓦斯抽采效果。     

高瓦斯煤层瓦斯预抽钻孔动态封孔技术

针对钻孔周围煤体裂隙受采动影响动态变化的特点,为了提高瓦斯抽采钻孔的封孔效果,开发了瓦斯预抽钻孔动态封孔技术,采用渗透性好、自适应钻孔变形的新型柔性膏体材料封堵钻孔,并根据瓦斯浓度变化进行重复补浆,实现了瓦斯抽采钻孔动态封孔。该技术在平煤十三矿己15-17-13031工作面应用表明:瓦斯平均抽采浓度从10%提高到39%,提高了2.9倍,单孔平均瓦斯抽采纯量为0.075 m3/min,比原来提高了150%,有效瓦斯抽放期显著延长。该技术解决了常规材料和工艺封孔难的问题,可以有效地提高高瓦斯煤层的瓦斯抽采率,控制工作面瓦斯浓度。     

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。     

液态CO_2预裂爆破增透技术试验研究

针对低透气性高瓦斯煤层,开发了液态CO2深孔预裂爆破技术及装备。阐述液态CO2预裂爆破的机理并开展现场试验。试验表明,预裂爆破后影响半径可达12m以上,抽采负压最大达到13998.8Pa;预裂钻孔及其影响范围内的抽放钻孔瓦斯浓度都有明显上升,部分钻孔抽采浓度能提高50%以上;预裂后钻孔瓦斯抽采流量显著提高,单孔最大抽采量达385.8m3/d,累计瓦斯抽采量能达到普通钻孔累计瓦斯抽采量的2~6倍;预裂后日均瓦斯抽采量长时间维持在一个较高水平,衰减系数不到普通钻孔的1/2。     

斜交高位钻孔采空区瓦斯分布规律研究

以山西某矿为试验矿井,采用FLUENT软件对高位钻孔抽采时采空区瓦斯分布规律进行了研究,研究结果发现:大量瓦斯向抽采口流动,随着模拟角度的不断增大,现象越不明显,随着Z轴的数值越大,其瓦斯密度曲线越密集;当角度相同时,瓦斯纯量、瓦斯浓度、混合量随着距离的减少呈直线上升趋势,当距离相同时,角度越大,抽出的瓦斯浓度也变大,混合量减少;现场测试值与数值模拟值在数值上呈现出一致的趋势,高位钻孔抽采效果最佳仰角为30°,夹角为26°。     

抽采钻孔水力修复及二次增透技术在郑煤集团的试验应用

告成煤矿主采煤层赋存不稳定、透气性差,采取水力冲孔增透措施后,抽采过程中依然存在瓦斯流量衰减快、钻孔塌孔、堵孔的现象,瓦斯抽采效果较差。通过试验应用水力修复及二次增透技术,对抽采效果不好的钻孔进行透孔修复及二次对煤层进行增透,单孔瓦斯抽采浓度由5%提高到100%,单孔抽采量提高了200～500 m³,钻孔有效抽采时间延长了15～30 d,取得了良好的抽采效果。     

胡底煤业13091巷瓦斯抽采钻孔密封工艺研究

为解决现有瓦斯抽采钻孔封孔工艺的封孔效果较差、导致瓦斯抽放效果不佳的问题,研究提出了新的瓦斯抽采钻孔密封关键工艺,在胡底煤业13091巷进行了瓦斯抽采现场试验.试验结果显示,应用该工艺后瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采量均有大幅提高,取得了显著的瓦斯抽采效果和经济社会效益.     

下行瓦斯抽采穿层钻孔排水技术及装置研究与应用

针对下行瓦斯抽采钻孔"排水难度大、易沉渣、封孔质量差、抽采浓度低"的问题,采用理论分析和现场试验的方式,研究下行瓦斯抽采穿层钻孔排水技术及装置。把下行穿层瓦斯抽采钻孔排水分为3个阶段:在施工过程中,通过理论计算,优化供水参数、供水管径,减少打钻过程中的沉渣量;在封孔前,采用潜入式排水装置,排水效率达到20 L/min以上,钻孔注浆量提高40%;在抽采过程中,采用正压排水装置,排出抽采空间内的积水,排水效率达到10 L/min以上,排水后瓦斯抽采浓度达到30%以上,保证了下行穿层瓦斯抽采钻孔的瓦斯抽采效果。     

梁北煤矿定向高位长钻孔瓦斯抽采技术研究

采空区瓦斯涌入工作面易造成瓦斯超限，在特定条件下甚至会引发瓦斯爆炸，威胁煤矿安全高效生产。梁北煤矿在采用传统抽采方式治理采空区瓦斯时，存在成本高、抽采效率低、影响生产接替等问题。为此，结合矿井开采及地质条件，利用定向钻孔能精准控制钻孔轨迹、使钻孔有效延伸至裂隙带指定层位的特点，在32051工作面设计施工2个定向高位钻孔抽采工作面采空区瓦斯，同时对实际钻孔轨迹和瓦斯抽采效果进行分析评价。研究结果表明，钻孔瓦斯抽采浓度3.3%～18.6%,瓦斯抽采纯量0.11～0.49 m³/min,回采工作面上隅角瓦斯浓度由原来的0.3%～0.4%降低至0.1%以下。该技术降低了工作面上隅角瓦斯浓度，提高了抽采效率与瓦斯抽采钻孔的经济性，促进了煤矿安全高效开采。     

新型瓦斯抽采钻孔保压封孔技术

封孔工艺与封孔参数是制约钻孔瓦斯抽采效果的关键因素,通过分析巷道和钻孔围岩应力与裂隙分布特征,给出了瓦斯抽采钻孔封孔位置与封孔压力的基本原则。结合"两堵一注"封孔装置存在漏浆"三角区"的缺陷,设计了1款新型保压注浆封孔装置,通过将注浆管、回浆管以及瓦斯抽采管进行一体化设计,提高了封孔囊袋的气密性与注浆压力。现场工业性实验表明:与传统聚氨酯及"两堵一注"封孔工艺相比,在钻孔投抽30 d后,瓦斯抽采浓度分别提高32.98%和11.94%,钻孔瓦斯抽采纯量分别提高47.1%和19.05%;钻孔投抽60 d后,抽采浓度分别提高105.96%和50.30%,钻孔瓦斯抽采纯量分别提高120.0%和37.5%。     

无煤柱开采采空区瓦斯分布特征及抽采技术研究与应用

平煤集团为煤层群开采条件，为了更好地开展瓦斯治理工作，采用FLUENT数值分析软件模拟在无煤柱开采条件下，抽采前后戊8煤层采空区瓦斯分布特征，从而为高抽巷抽采钻孔的布置提供参考。研究表明：随着回风横贯距离工作面距离的增加，回风隅角处的瓦斯体积分数逐渐减小，且根据数值模拟结果及现场实际情况，综合确定高抽巷抽采钻孔应布置在垂高14.75倍处最佳，抽采后采空区体积分数明显减小；优化设计了高位瓦斯抽采钻孔的布置，分析钻孔抽采效果，发现高位裂隙带瓦斯浓度基本稳定在23%～45%，瓦斯抽采纯量稳定在12～18 m³/min。表明高位裂隙带瓦斯抽采浓度和纯量基本稳定。     

顺层瓦斯抽采钻孔全程下筛管技术和装置的研究与应用

针对顺层长钻孔深孔"留不住、封不严、抽采效率低"的问题,采用理论分析和现场试验的方法,研究顺层瓦斯抽采钻孔全程下筛管强化抽采技术。通过建立煤岩瓦斯气—固耦合模型,模拟分析了筛管长度、抽采负压、筛管直径对顺层钻孔瓦斯抽采效果的影响,表明:抽采负压(13～40kPa)和筛管直径(32～50mm)对瓦斯抽采效果影响较小;筛管长度是提高瓦斯抽采效果的关键因素,全程下管120m时,筛管长度100m的钻孔比筛管长度40m的钻孔瓦斯抽采效果提高3倍。通过改进了钻头"一"字型横梁的连接与固定方式、配合无焊接整根大通径钻杆、封孔管孔底悬挂装置,实现"钻多深下多深";全程下筛管后,单孔平均浓度可提高29%以上,有效抽采期可提高1. 9倍。