大倾角突出煤层群高位巷与高位钻孔瓦斯抽采技术研究

基于大倾角突出煤层群顶板岩层瓦斯抽采困难问题和保护层工作面回风隅角瓦斯超限问题,以湖南省蛇形山煤矿2344工作面为例,根据矿山压力及其控制理论,确定了保护层工作面顶板"三带"的合理高度,初步试验了大倾角突出煤层群岩层高位巷与高位钻孔瓦斯抽采技术。揭示了保护层工作面顶板岩层中采用高位巷与高位钻孔瓦斯抽采技术的区别,其中高位钻孔抽采的瓦斯浓度可达99. 9%,高位钻孔优于高位巷,同时,在工作面顶板岩层中采用钻场钻孔的布置方式,不影响保护层工作面的正常生产,改变了大倾角煤层群保护层工作面瓦斯在本煤层抽采的模式。     

大倾角煤层区段煤柱合理留设宽度研究

 在现有煤柱宽度理论计算公式的基础上,针对大倾角煤层围岩应力特点,综合考虑煤层倾角、顶板垮落对采空区充填以及在采动时对煤体引起的损伤等多方面影响,推导出大倾角煤层区段煤柱合理留设宽度理论计算公式,并应用于胜利煤矿,取得了良好的技术与经济效果,该研究对确定大倾角煤层区段煤柱合理留设宽度具有参考作用。     

煤层倾角对煤层气水平井产能影响的数值模拟

对于含倾角的煤层,由于重力势能的影响,不同煤层倾角下水平井表现出不同的产能规律。在考虑煤层气藏与水平井筒流动耦合的基础上,以煤田煤层实际资料为例,通过数值模拟的方法研究了不同煤层倾角下水平井生产过程中的压力和气相饱和度分布情况,并对U型水平井的后期生产方式给出了建议。模拟结果表明,水平井跟端位于煤层倾角低部位时排水效果更好,产气量更高;随着煤层倾角的增大,煤层气水平井累积产气量与产水量均减小;不同煤层倾角下,受气水重力分异的影响在生产过程中会出现气体在倾角高部位聚集的情况,且倾角越大这种现象越显著;利用U型井开采倾斜煤层时,在开发后期可使其两端同时生产,以达到顶部产气底部产水的效果,使倾角高部位聚集的气体也得到有效开采。     

不同倾角煤层下水力压裂影响分析

根据穿层钻孔水力压裂作用机理,运用数值模拟试验方法,对不同倾角煤层对水力压裂的影响进行模拟分析,结果表明:煤层的主要破坏都是沿着煤岩交界面的,裂隙沿着煤层倾向发展延伸。不同的煤层倾角,达到最佳裂隙发育的注水压力也不相同,随着煤层倾角增大而减小,达到一定值后又随着煤层倾角的增大而增大。对于倾角大的煤层最小应力趋于平缓,煤层破裂裂隙分布较广。     

利用模糊数学探究煤层大倾角范围

利用模糊数学原理,通过确定大倾角煤层的隶属函数和隶属度,对大倾角煤层的倾角范围进行了数值化处理,提出了煤层大倾角范围的建议,有助于大倾角概念的统一和大倾角煤层理论的专门研究,有利于我国大倾角煤层开采理论与技术的发展和国内外学术交流。     

大倾角沿底掘进综放面区段煤柱合理参数研究

结合平煤集团十三矿大倾角煤层开采的具体条件，采用钻孔煤粉量的变化和围岩松动圈测试研究大倾角煤层开采后支承压力分布规律，据此确定区段煤柱参数，在工业性试验过程中分析研究了区段煤柱的稳定性，给出合理的区段煤柱尺寸为8m。     

煤层倾角对综采工作面底板卸压规律的影响

为了研究煤层倾角对综采工作面底板卸压规律影响,通过力学理论分析得出随着煤层工作面倾角的增大,其底板泄压深度呈减少趋势;运用FlAC3D数值模拟软件模拟了0°、15°、30°、45°时的工作面底板应力分布特征,以卸压系数达35%为界,得出了不同底板卸压深度,并根据不同倾角工作面底板煤岩体垂直应力及位移分布曲线,分析了底板应力释放与变形规律。以瓦斯突出煤层矿井为实际工程背景,验证了理论及数值模拟分析的正确性。     

钻杆直径及钻进速度对钻屑量影响试验研究

钻杆直径和钻进速度不统一造成钻屑量差异显著,使得现场钻屑量指标测定准确性无法保证。考虑深部开采条件下水平地应力作用不可忽略,建立了钻孔周围平面应变力学模型,引入有效应力推导得到单位长度钻屑量理论公式,经与现场钻屑量对比分析,验证了理论公式正确性,提出现场钻杆直径42 mm为宜。利用自主研制的三维应力煤体钻屑量检测试验装置,进行了不同钻杆直径及钻进速度钻屑量试验,得到钻杆直径及钻进速度与钻屑量间关系规律。结果表明:钻杆直径由12 mm增加至18 mm时,钻屑量均值和极大值均随钻杆直径增加而增大,均呈抛物线规律递增。对钻屑量均值与理论值进行对比分析,确定最优钻杆直径为16 mm。基于最优钻杆直径,钻进速度为2,2.5,3,3.5 mm/s时,钻屑量极大值为10.8,11.6,12.3,13.0 g,增加了7.4%,6.0%,5.7%,其增加幅度逐渐减小;同时钻屑量均值分别为9.34,10.14,10.8,11.20 g,增加了8.57%,6.51%和3.70%,呈幂函数递增规律。利用钻屑量指标法预测煤矿动力灾害时,应统一设定钻进速度及钻杆直径尺寸,提高预测准确性和可靠性。     

高瓦斯煤层液态CO_2致裂消突巷道快速掘进技术

针对高瓦斯煤层煤巷掘进工作面钻屑敏感指标值较大、掘进困难等问题,利用高压液态CO_2致裂器掘进头短钻孔预裂消突技术,通过理论分析和现场试验手段研究发现:采用高压CO2致裂器在掘进头进行短钻孔预裂爆破,可以促进煤层裂隙发育,提高煤层透气性,降低瓦斯解吸指标,提高钻孔瓦斯抽采量,达到掘进头消突的目的。现场试验数据显示:致裂后钻屑瓦斯解吸指标△h2最大值为150 Pa,钻屑量S值也相对减小,达到消突目的。致裂后4 h内钻孔瓦斯抽采量超过未进行致裂时抽采量的2倍,短时间内煤层瓦斯含量降低,有效保证了煤巷掘进头安全快速掘进。     

考虑采面和巷道倾角的钻孔设计

通过几何分析得出考虑采面倾角和巷道起伏角后的煤层、顶板钻孔设计参数计算公式，分析了采面倾角及巷道起伏角对参数的影响。最后给出了钻孔内基点实际位置的求解公式。     

立井揭穿突出煤层的实践

淮北矿业集团桃园煤矿在新副井井筒揭穿8煤过程中,为消除突出隐患,制定并实施了新副井井筒揭露煤层方案。当井筒工作面施工至距煤层垂距15 m时打前探钻孔,查明煤层赋存情况,测定煤层瓦斯压力,根据测定结果进行瓦斯抽放。当工作面掘进距煤层垂距5.5 m时,再次施工测压钻孔,采用钻屑瓦斯解吸指标法预测工作面有无突出危险性。当指标均小于临界值具备震动爆破揭煤条件时,工作面掘进距煤层垂距2 m时采用震动放炮揭过煤层。按照上述施工方案与工艺顺利完成了探揭煤施工,确保了井筒揭煤安全。     

张双楼煤矿深部特厚煤层掘进防冲技术研究

张双楼煤矿74104带式输送机道掘进工作面采深位于-1 000 m以下,属深部开采。煤层厚11 m,跟顶掘进。该区域为中等冲击地压危险。通过钻屑法检测,煤粉量超过临界值,采用顶板深孔预裂爆破、大直径钻孔卸压、底板预卸压、煤层高低压注水等综合措施卸压。分析发现,三四角门处应力集中,遂采取二次补强卸压。综合措施实施后,检验效果合格。该综合防治措施对深部特厚煤层掘进冲击地压防治提供了借鉴。     

超前钻探在瓦斯隧道实践中误差产生因素分析

超前钻孔是目前使用较为广泛的一项瓦斯隧道施工阶段补充地质勘察、瓦斯防突排放的主要技术措施。以兰州至海口国家高速公路重庆至遵义段（贵州境）扩容工程松坎隧道为实例,针对瓦斯隧道出口右洞煤层,采用超前钻孔技术,探测煤层具体数值信息,再把所测的数值信息用计算机进行数据处理,计算出瓦斯隧道的煤层产状和厚度,然后将所测的煤层产状、厚度与实际值进行对比,分析误差与钻孔深度的关系,以及煤层厚度误差和煤层产状误差产生原因。最终得出,仪器误差与人为操作误差是引起煤层倾角误差的主要原因。     

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。     

露-井联采下煤层倾角对边坡稳定性影响规律研究

随着我国煤矿井下支护技术和设备的快速发展,利用井工开采露天煤矿端帮呆滞煤技术也日渐完善,为了研究不同煤层倾角条件下,露-井联采叠加扰动对露天煤矿端帮边坡稳定性的变化规律,依据煤层赋存条件及开采方式将端帮边坡下煤层倾角分为水平、水平、顺倾、逆倾3种类型,采用理论推导分析井工开采对端帮边坡的破坏原理,根据安家岭露天煤矿的岩体力学参数建立数值模型,通过数值模拟方法从端帮边坡的高应力区分布、变形破坏程度和破坏范围3个方面进行研究,得出露天煤矿端帮相同开采工艺、不同煤层倾角条件下边坡稳定性变化规律。结果表明:煤层倾角越大,工作面两侧高应力区影响范围越大,合理控制开切眼位置与边坡面的距离,可避免井采高应力区对边坡稳定性的影响;端帮下煤层倾角越大,井工开采后边坡的破坏范围越大;煤层为顺倾赋存状态时的对边坡的破坏程度大于水平赋存状态,而逆倾赋存状态破坏程度小于水平赋存状态;端帮下煤层顺倾状态不利于边坡稳定,煤层逆倾状态有利于边坡稳定。     

基于煤层突出特征的工作面预测指标确定

为了确定突出煤层工作面突出预测敏感指标及合理临界值,以四季春煤矿6号煤层为例,通过总结矿井及邻近区域6号煤层的煤与瓦斯突出特征,构建了6号煤层工作面突出预测指标敏感性考察标准,基于敏感性考察标准统一对比了各工作面突出预测指标比值敏感程度,确定了6号煤层敏感指标钻屑瓦斯解析指标和辅助预测指标钻屑量。采用实验室测试和历史数据拟合计算、现场考察修正、扩大应用确定三步递进式敏感指标临界值确定方法,确定了6号煤层工作面突出预测敏感指标钻屑瓦斯解析指标临界值为0.51 mL/(g·min^1/2),辅助预测指标钻屑量临界值为6 kg/m。     

富水煤层巷道掘进探放水技术应用研究

陕北地区矿井煤层内大量出水较为罕见,榆横矿区袁大滩煤矿在2号煤层巷道掘进过程中,发生了大量煤层出水。根据矿井及巷道水文地质条件分析,确定主要充水水源为2号煤层的煤层水,充水通道为巷道掘进的塑性区和煤层内原生裂隙;结合现场实际和施工设备等因素,提出了“长短结合、长钻探查、短钻疏放,保证安全”的探放水思想,对该水害进行探放水工程设计;依据科学的技术与研究,保障了矿井的安全生产,同时也为未来矿井防治水工作提供一定的数据支撑和理论基础。     

顺煤层钻孔抽采半径与预抽期动态耦合规律

针对煤层瓦斯预抽钻孔盲目布置引起矿井采掘安全隐患凸显及瓦斯治理成本激增的问题,基于瓦斯流量法,对不同钻孔间距下青岗坪煤矿4~(-2)顺煤层瓦斯流量、瓦斯抽采总量与抽采时间对应关系进行考察。结果表明:不同间距(2m、3m、4m、5m)下瓦斯流量均随抽采时间成负指数衰减,抽采总量均随抽采时间成负指数增加,间距越小则初始流量越小而衰减系数越大,间距越大则抽采总量极限值越大;不同间距下瓦斯抽采率均存在极限值,间距越小则极限抽采率增幅越大,间距2m时抽采率达到最大值79%;瓦斯抽采半径与预抽期存在动态耦合关系,综合考虑合理预抽期和瓦斯治理成本,科学确定了现行采掘和抽采条件的有效影响半径,为青岗坪煤矿4-2煤层采掘工作面瓦斯抽采设计提供理论依据。     

单体兀放开采大倾角特厚煤层的应用

富力煤矿2008采煤队在回采-380南部11号层初采期间,由于该煤层倾角较大(切眼倾角35°),根据上级文件及该煤层特点,不适合兀型钢放顶煤。针对这种情况,对该工作面的开采工艺进行了技术改造。由原来的倾斜开采变成现在的俯伪斜开采方式,以解决大倾角特厚煤层单体兀型钢放顶煤存在的问题。