底板巷水射流网格式割缝强化增透技术研究及应用

针对杨柳矿抽放巷普通穿层钻孔布置掩护煤巷掘进增透效果差、卸压不充分的问题,提出了水射流网格式割缝强化增透技术,并在杨柳矿1063机巷抽放巷实施现场试验,现场试验表明:高压水射流通过在煤层进行割缝形成卸压空间,促使煤体发生膨胀变形,煤体渗透性得到改善,促进瓦斯的解吸流动,提升瓦斯抽采效果;通过割缝孔网格式布置掩护巷道掘进能够实现强化增透及局部高效消突。     

煤巷穿层钻孔割缝组合强化增透技术的应用

针对普通穿层钻孔条带布置掩护煤巷掘进增透效果差、卸压不充分的问题,提出了穿层钻孔割缝组合强化增透技术,研究了其增透机制,并进行了现场应用。研究结果表明,穿层割缝钻孔和普通穿层钻孔的卸压带相互贯通形成整体卸压,显著降低控制区域内煤体应力,强化增透效果更为明显。现场试验结果表明,采用该技术措施后,抽采平均纯瓦斯流量提高了3.42倍,瓦斯涌出初速度平均降低了27.0%、钻屑量平均降低了3.2%,未出现超标现象,达到了消突的目的。     

钻割一体化技术在煤巷掘进消突中的应用

针对孟津煤矿二2煤层高瓦斯松软低透气性的现状,选择了钻割一体化增透措施。介绍了钻割一体化技术增透机理,研究了钻割抽一体化技术在高瓦斯松软低透煤层煤巷掘进中的消突效果。研究表明,在该矿二2煤层煤巷掘进中实施钻割一体化高压脉冲水射流割缝技术割缝有效影响半径达2.5 m,煤层残余瓦斯含量低于8 m3/t,起到理想的卸压消突效果,且采用钻割一体化技术与普通超前钻孔技术相比,单个循环钻孔数减少51.9%,消突措施执行时间缩短38.1%,单孔抽采量提高率达61.87%,有效缩短了煤巷掘进时间。     

双动力钻割卸压增透技术在杉木树矿的应用

为解决杉木树矿瓦斯抽采钻孔影响半径小、施工量大以及工作面瓦斯超限和突出时有发生的问题,提出了双动力钻割卸压增透技术,设计了双动力钻头,分析了双动力钻头中喷嘴及高压射流的特点和作用,在N2492风巷碛头实施了双动力钻割卸压增透技术,并进行了效果考察.结果表明,相对于普通抽采孔,割缝孔的抽采流量提高了1.86倍,割缝孔对煤体起到了很好的卸压增透作用,实施双动力钻割后,掘进工作面瓦斯超限问题基本解决.     

超高压水力割缝卸压抽采区域防突技术应用研究

为了有效解决丁集矿高地应力、低透气性突出煤层煤巷条带瓦斯区域预抽效率低、预抽达标后区域验证指标仍超标的问题,在该矿1351(1)运输巷煤巷条带穿层预抽钻孔进行了超高压水力割缝卸压增透技术应用研究,利用水力割缝卸压增透原理确定了超高压水力割缝设备组成,选型配套了超高压清水泵、超高压软管、超高压旋转水尾、水力割缝钻杆、高低压转换割缝器、钻头和超高压远程操作台等超高压水力割缝设备,考察了相同孔径未割缝钻孔、割缝钻孔瓦斯涌出量及割缝钻孔瓦斯抽采量,理论研究了百米煤孔初始瓦斯涌出量、瓦斯涌出衰减系数及不同预抽时间、预抽率条件下的有效抽采半径,现场检验了顺层钻孔预抽措施单元、穿层钻孔水力冲孔措施单元、穿层钻孔水力割缝措施单元的预抽瓦斯区域防突措施效果,统计了不同措施预抽单元局部补充措施执行情况、局部措施效果,分析评价了超高压水力割缝卸压增透效果。结果表明:针对丁集矿11-2煤层工程条件选型配套的超高压水力割缝设备参数是合理的,在1351(1)运输巷煤巷对11-2煤层条带进行穿层钻孔超高压水力割缝措施卸压增透效果显著,与未增透措施相比,煤层透气性系数提高了25.9倍、113 mm孔径的穿层钻孔百米煤孔初始瓦斯涌出量提高了5.5倍、瓦斯涌出衰减系数降低了73.4%、预抽15 d和30 d达35%预抽率的钻孔间距提高了84.3%和53.0%,与穿层钻孔水力冲孔相比,煤巷条带防突局部补充措施工程量降低了50.0%、煤巷平均掘进速度增加了1倍。     

穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术研究与应用

为了解决高瓦斯突出煤层巷道掘进过程中的煤与瓦斯突出问题,开发了将钻机钻进与射流割缝技术有机结合的穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术。采用数值模拟的方法对比分析了钻孔和射流缝槽卸压效果,研究结果表明:割缝卸压比单纯钻孔卸压要优越很多,割缝缝槽破坏了钻孔周围的"瓶颈效应",多个割缝钻孔形成的裂隙相互导通,煤体透气性增大,促进瓦斯释放。工业性试验结果表明本卸压增透技术效果明显,瓦斯抽采流量、煤体扰动体积都有较大幅度增加,提高了瓦斯抽采效率。     

大直径长钻孔定向水力割缝增抽瓦斯技术及应用

针对低透气性煤层瓦斯抽采量少,抽采时间长,煤层整体卸压增透效果差等问题,提出了大直径长钻孔定向水力割缝增透技术。以吉宁煤矿2107胶带运输巷为研究背景,分析了水力割缝增透机理,采用大直径长钻孔技术实现钻孔间煤体定向水力压穿,形成贯穿裂隙并通过高压水携带出大量煤屑,实现煤层卸压和增加煤层透气性。研究结果表明:采用水力割缝后平均抽采流量是普通钻孔的5.5倍,割缝孔平均瓦斯抽采纯量是普通孔平均瓦斯抽采纯量的8.06倍,平均浓度提高33.92%,水力割缝有效增加了煤层透气性,提高了瓦斯抽采率。     

高突煤层穿层钻孔“钻—冲—割”耦合卸压技术及应用

为了对高突煤层穿层钻孔的瓦斯的抽采效果进行提高,针对于单一水力卸压的增透技术局限性并结合水力冲孔以及水力割缝等技术的优势,研究提出了"钻—冲—割"的耦合卸压技术并进行现场应用。结果表明,穿层钻孔在通过"钻—冲—割"耦合卸压之后,周围的煤体均受强烈的扰动,同时卸压的范围、塑性区扩大,瓦斯的流动通道均增多;应用该卸压技术措施之后,预抽单位长度的煤巷瓦斯穿层钻孔数减少30.9%,同时钻孔的长度减少40.7%,且煤巷的掘进速度达到了100m/月。     

基于坚硬煤层条件的顺层钻孔增透技术研究

为了解决低透气性坚硬煤层顺层钻孔抽采影响范围小、抽采效果差等问题,分析了坚硬煤层高压水射流破坏过程,采用数值模拟的方法研究了超高压水射流环形割缝卸压增透机制,研制了新型超高压水力割缝成套装置,并现场考察了坚硬煤层煤巷条带顺层钻孔超高压水力割缝应用效果。结果表明:采用超高压水力割缝后,坚硬煤层透气性提升约20倍,钻孔平均抽采瓦斯纯量提高2.0~2.5倍,抽采达标时间缩短67%以上,月掘进速度提高约50%,掘进期间无瓦斯异常现象,实现了坚硬煤层煤巷条带安全、快速掘进。     

高突煤层穿层钻孔“钻-冲-割”耦合卸压技术及应用

为提高高突煤层穿层钻孔的瓦斯抽采效果,针对单一水力化卸压增透技术的局限性,结合水力冲孔与水力割缝的技术优势,提出了穿层钻孔"钻-冲-割"耦合卸压技术,采用数值方法研究了其耦合卸压效应,并在相关矿井进行了现场应用。研究表明:穿层钻孔"钻-冲-割"耦合卸压后,周围煤体受到强烈扰动,卸压范围增加,塑性区增大,瓦斯流动通道增多;现场试验结果显示,采用该技术措施后,预抽单位长度煤巷瓦斯的穿层钻孔数减少了32.5%、钻孔长度减少了42.9%,煤巷掘进速度提高到100 m/月以上。     

大直径地面钻井采空区采动区瓦斯抽采理论与技术

地面钻井抽采采空采动区瓦斯技术在世界范围内的应用越来越广泛,然而仍存在着瓦斯流量和浓度偏低以及钻井稳定性差的问题。基于淮南矿业集团和澳大利亚的应用实践,开展了大直径地面钻井提高瓦斯抽采效果的理论与技术研究。通过对围岩采动影响和瓦斯抽采效果的数值模拟,参考瓦斯高效抽采范围的高位环形体理念,进行了抽采管径分别为244.5 mm和177.8 mm的大直径地面钻井设计和抽采瓦斯试验。试验结果表明:大直径地面钻井在抽采效果、控制工作面瓦斯涌出以及钻井稳定性上均明显优于普通钻井,瓦斯抽采总量可达316.7万m3,瓦斯纯量达170万m3,服务时间达106 d,能够有效地控制工作面回风瓦斯浓度;地面钻井布置于回风巷一侧在抽采效果上优于进风巷一侧,前者瓦斯抽采量和浓度分别高于后者33.7%和75.3%。     

高位钻孔瓦斯抽放技术的研究及应用

以吕家坨矿5323 工作面为研究对象,针对工作面上隅角瓦斯超限问题,通过理论分析、现场实测与数值模拟的手段,分析了采空区瓦斯来源及运移规律,研究了采空区冒落带与裂隙带的高度范围,在此基础上确定了高位钻孔参数,实施了高位钻孔瓦斯抽放技术措施,有效的解决了工作面上隅角瓦斯超限问题,保证了工作面的安全生产.     

瓦斯抽采钻孔分等级管控研究

煤矿瓦斯灾害是煤矿安全生产的第一杀手,矿井瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理中最有效的手段。瓦斯抽采钻孔施工结束后,需要进行下管、注浆、连抽,钻孔封孔的质量、钻孔内部是否存在塌孔问题以及连接部位有无漏气现象,影响着治理效果。掌握抽采参数,能够及时发现在抽状态的“问题钻孔”,便于对在抽状态的“问题钻孔”采取措施。通过总结在抽钻孔抽采参数规律,将抽采钻孔实行分等级管控,构建了高效有序的钻孔参数测量机制,规范了钻孔瓦斯参数管理,从而识别“问题钻孔”,并采取处理措施,达到钻孔应抽尽抽的目的。     

密闭巷道-钻孔联合预抽技术的试验研究

国内大多数高瓦斯矿井采掘衔接紧张,预抽时间不充分,造成回采期间瓦斯涌出量大,治理困难.为解决这一问题,引入了密闭巷道-钻孔联合预抽技术.该技术通过在矿井的未采区域预先掘送预抽巷道,在煤层巷道内施工本煤层钻孔,密闭后作长期预抽.在山西焦煤西山煤电集团杜儿坪矿的预抽试验表明,密闭巷道-钻孔联合预抽技术能够显著地提高瓦斯浓度,可以实现真正意义上的"先抽后采",对提高瓦斯综合利用效率,促进安全生产和环境保护,具有十分重要的现实意义.     

钻孔周围瓦斯压力分布及抽放参数研究

为了分析钻孔抽采瓦斯运移规律,理论分析了煤岩体瓦斯运移规律计算方程,依据此建立了钻孔抽采瓦斯模型,然后数值模拟了不同抽采时间下瓦斯压力分布、不同理论下钻孔瓦斯有效抽采半径以及不同抽放时间下煤层渗透率变化规律。研究为矿井瓦斯抽放提供了借鉴。     

顺层钻孔瓦斯抽采钻孔合理布置的参数计算

钻孔有效抽采影响半径是确定钻孔布置参数以及预测瓦斯抽采消突时间的重要依据。确定顺层瓦斯抽采钻孔合理布置参数,采用数值计算的方式,对不同抽采时间下顺层钻孔瓦斯抽采有效影响半径进行计算,并现场考察验证。研究结果表明:相同抽采条件下,抽采钻孔直径为75 mm,抽采时间为120 d时,抽采影响半径达到了1.0 m;抽采时间为60 d时,抽采影响半径达到了0.5 m,与数值计算结果基本相同。在实际工作中应日常性收集煤层瓦斯赋存、瓦斯涌出等相关资料;经常分析瓦斯地质变化情况,在地质构造带或局部瓦斯富集区或煤厚变化地带进行采掘活动时,应采取安全技术措施。     

钻孔割缝网络化增透机制及其在底板穿层钻孔瓦斯抽采中的应用

针对底板穿层瓦斯抽采钻孔卸压不充分的主要问题,采用理论分析与现场试验相结合的方法,研究了钻孔割缝网络化卸压增透机制,提出了底板穿层钻孔割缝网络化增透技术,并且在国内相关矿井进行了现场应用。应用结果表明：采用该技术措施后,平均透气性系数提高了122倍,瓦斯抽采流量提高了3.5倍,瓦斯抽采浓度提高了2.3倍,预抽达标时间缩短50%以上。     

非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律研究

为了提高煤矿瓦斯抽采率，节约瓦斯抽采时间，分析了非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律，采用透气性系数研究了非均质煤层瓦斯压力分布特点；分析了非均质煤层单钻孔瓦斯压力分布、原始瓦斯压力、原始透气性系数对有效抽采半径的影响。研究对指导现场瓦斯抽采以及促进煤矿安全生产具有重要意义。     

压塞-粘液封孔工艺在浅孔抽采中的研究与应用

以浅孔抽采钻孔密封工艺为出发点,确定了煤岩作为等效连续介质注浆模型浆液的扩散半径,并基于Comsol multiphysics数值模拟软件对密封液在钻孔周围煤体裂隙中的渗透进行了模拟,分析了粘液在钻孔周围煤体中的渗流规律,开发了新型压塞-粘液封孔工艺,并在新丰煤矿25021回采工作面进行了现场试验,结果表明,瓦斯抽采浓度显著上升,抽采效率得到提高。     

双鸭山矿区高位仰角钻孔瓦斯抽放技术

双鸭山矿区局部区域煤层瓦斯含量较高,威胁到安全生产。采用高位钻孔和仰角钻孔抽放瓦斯技术,有效地防止了瓦斯超限。实践表明高位抽放与仰角抽放方法相结合,既可减少钻场施工,又有较好的抽放效果。