低透煤层采空区覆岩高位瓦斯富集区微震探测及应用

为了提高低透气性煤层采空区覆岩卸压瓦斯的抽采效果,采用微震监测技术,对工作面推进过程中采空区覆岩微震事件的演化过程进行了监测,进而分析了采空区覆岩的空间破裂特征,并依据微震监测分析得到的采动裂隙带位置及周期来压步距,设计了高位钻孔瓦斯抽采参数,检验了瓦斯抽采效果。结果表明:工作面回采期间周期来压步距在16 m左右,形成的采动裂隙带高度在50 m左右,据此设计的高位瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采量和抽采体积分数分别提升了100%和150%,表明微震监测技术可准确探测采空区覆岩高位瓦斯富集区的空间位置,为瓦斯抽采钻孔设计提供了依据。     

高瓦斯煤层覆岩空间破裂微震探测及应用

为了解决主焦煤矿2308工作面开采过程中瓦斯隐患,利用理论计算方法对采动过程中冒落带及裂隙带高度等进行计算,并结合微震监测技术手段对采面回采过程中覆岩微震事件进行监测记录,以此分析采动裂隙带的空间位置,进而得到上覆岩层瓦斯富集区的空间位置,研究发现微震监测手段得到的采动裂隙带高度与理论计算的结果相近,即采动裂隙带高度在38m左右,工作面回采期间周期来压步距在14m左右。据此对高位瓦斯抽采钻孔进行优化设计,并对其抽采效果进行检验,发现优化后的高位钻孔瓦斯抽采量提升了162%,瓦斯抽采体积分数提升了210%,表明利用微震监测技术探测瓦斯富集区是可靠的。     

大倾角高瓦斯煤层采动覆岩“三带”微震监测及瓦斯抽采效果

为了明确大倾角高瓦斯煤层采动覆岩裂隙发育情况,提高卸压瓦斯抽采效果,运用了微震监测技术对新疆硫磺沟煤矿（4-5）06工作面推进过程中采动上覆岩层的微震事件进行实时记录,据此分析了采动上覆岩层的裂隙发育形态特征和演化趋势,且运用经验公式对微震监测结果加以验证,并结合监测结果对高位钻场瓦斯抽采参数进行了优化,检验了卸压瓦斯抽采效果。结果表明:（4-5）06工作面周期来压步距约15 m,采动覆岩断裂带高度约60 m,裂隙发育形态整体呈不对称椭抛带,其中心对称轴向回风巷一侧偏移。以此为依据,对高位钻场瓦斯抽采钻孔参数进行优化,设计高、中、低3个层位钻孔,且全部布置于靠近工作面一侧的瓦斯优势运移通道带以内区域。通过分析现场瓦斯抽采监测装置记录的数据发现,高位钻场中高、中、低3个层位钻孔瓦斯抽采浓度及抽采流量均呈现先增大后减小的趋势,且中层位钻场瓦斯抽采浓度明显高于其余层位。优化后高位钻场瓦斯抽采流量为63～85 m³/min,钻场瓦斯抽采体积分数为6.22%～10.94%,井下回风巷及上隅角瓦斯浓度均低于阈值1%,有效保证了工作面的安全推进。实践表明微震监测技术可有效运用于...     

高强综放开采覆岩破断与瓦斯涌出微震响应规律及应用

为了解决高强度综放开采条件下的工作面卸压瓦斯治理问题,以王家岭矿12302综放工作面为研究对象,采用微震监测技术对工作面推进过程中产生的微震事件进行监测记录,配合工作面瓦斯涌出量监测,对工作面在推进过程中上覆岩层的破断情况和裂隙演化进行了分析,得出了微震事件发生与瓦斯涌出定量的表征关系,然后对工作面高位钻孔布置参数进行了调整,并对调整后的钻孔抽采效果进行了检验。结果表明:12302工作面周期来压步距在21 m左右,采动覆岩裂隙带主要分布在采空区顶板两侧,高度在55m左右。工作面瓦斯涌出量和微震事件的频次呈线性相关,拟合公式为y=4.82+0.0037x,可以根据此公式和监测所得的微震事件频次来预测工作面的瓦斯涌出量。调整布置参数后的高位钻孔瓦斯平均抽采浓度和抽采纯量为7.9%和1.16 m3/min,抽采效果较好。     

综采工作面高位裂隙瓦斯抽采钻孔优化设计

为了改变目前黄陵二号煤矿207工作面高位裂隙瓦斯抽采现状,提高钻孔抽采效率。在掌握顶底板及本煤层瓦斯赋存情况下,得出207工作面瓦斯富集区分布的基础上,首先通过工作面裂隙带的界定,找准了裂隙带分布;接着进行钻孔施工设计优化,将钻孔控制垂高增大;随后,继续增加大角度(夹角)钻孔,增加钻孔数量并向工作面中间布置。通过对高位裂隙瓦斯抽采钻孔优化前后抽采效果对比,得到了高瓦斯区域内综采工作面高位裂隙钻孔优化的实践方法和钻孔控制理想范围,提高了高瓦斯区域内工作面上隅角瓦斯治理效果,对后期相邻工作面同类型钻孔抽采、参数优化及效果分析具有借鉴意义。     

主焦煤矿21141采面高位抽放设计优化研究

论述了高位钻孔瓦斯抽放技术原理,给出了冒落带厚度和裂隙带高度的确定方法,对高位钻场和高位钻孔进行了合理设计,采用独立抽放系统进行高负压抽放,并在实践中优化高位钻场和钻孔瓦斯抽放参数,取得了理想的抽放效果,保证了采面的安全高产.     

采空区上覆岩层裂隙发育及瓦斯流动规律分析

针对煤矿采空区上覆岩层裂隙发育,采动裂隙瓦斯流动规律等对合理确定高位钻孔抽采区域的重要性,对采空区上覆岩层的裂隙发育规律和采动裂隙场的瓦斯流动规律进行分析,从采空区覆岩"竖三带"裂隙分布特征、采动裂隙"O"形圈以及U型通风采动裂隙瓦斯流动规律出发,找出采空区对工作面上隅角瓦斯超限影响较大的区域,得出高位钻孔的理论最佳抽采区域大致为工作面后方50 m区域,这个区域的覆岩裂隙发育情况是高位钻孔层位优化设计的关键,为高位钻孔抽采参数优化提供了理论基础。     

综放工作面高位定向钻孔布置优化分析

为了研究综放工作面高位定向钻孔合理布置参数,以王家岭矿12318工作面采空区为研究对象,利用数值模拟软件建立了覆岩数值模型,分析了采空区覆岩应力和裂隙分布特征,定量化指出了采空区覆岩裂隙带分布范围,对高位定向钻孔的合理布置参数进行了优化设计,并考察了优化后高位定向钻孔的抽采效果,验证了分析结果的可靠性。结果表明:高位定向钻孔经优化后平均抽采瓦斯浓度提高1.0倍,平均抽采瓦斯纯量提高1.1倍,工作面上隅角及回风流瓦斯浓度明显降低,有效提高了采空区瓦斯抽采量。     

瓦斯抽采地质异常区微震响应规律研究

瓦斯抽采活动会使得煤岩体应力分布发生变化,导致煤岩体内裂隙扩展发育直至破坏,出现微小量级的高频率微破裂信号。利用微震监测技术可有效识别这种微破裂信号,对抽采过程进行实时动态监测,可探查地质异常区、隐伏构造等。九龙矿15240工作面在瓦斯抽采活动影响下,在距离采线较远的某一空间区域内,单日微震事件数量成倍增长(2～12倍)且时间序列连续,该区域则识别为瓦斯抽采地质异常区。通过分析微震数据时空序列演化、垂向发育、能量等信息并总结其响应特征,结果表明：随着瓦斯抽采时间序列的延续,地质异常区微震事件活动性由强到弱,空间分布呈现“集中式-分散式”演化趋势。顶板0～5 m占比明显高于正常回采阶段,底板5～15 m占比较大。微震事件能量呈不规则U型分布,整体能量相比回采数据增长38倍,应注意加强水文地质观测。     

倾斜煤层卸压瓦斯导流抽采技术研究与工程实践

为了研究倾斜煤层条件下,采动覆岩裂隙分布规律与卸压瓦斯抽采技术,采用理论分析和数值模拟的方法,对采场覆岩应力、位移以及裂隙分布情况进行了分析,并依据研究结果,对试验工作面高位导流钻孔布置参数进行了优化设计。结果表明:工作面上端头顶板卸压区域范围大于下端头区域,关键层的卸压段靠近工作面上部,覆岩垮落破断后,工作面上部垮落岩体位移明显大于下部;裂隙网络中,下部冒落岩体裂隙处于相对闭合状态,沿工作面向上,裂隙开度逐渐增大;卸压瓦斯运移通道在倾斜方向上具有不对称性;沿工作面回风巷侧冒落带轮廓线布置高位导流钻孔,并配合相邻钻场之间的有效搭接抽采可使抽采效果保持稳定;单一钻孔全生命周期可分为远距离、有效和近距离抽采3个阶段,随着钻孔层位的增加,抽采效果逐渐变优,远距离抽采阶段长度减小,有效抽采阶段长度增加。实践结果表明,瓦斯抽采效果良好,验证了依据此方法布置高位导流钻孔的合理性。     

突出危险煤层微震区域动态监测技术

为弥补煤与瓦斯突出区域预测方法抽检、定点式指标存在的弊端,实现煤层突出危险性的区域连续监测,提出了突出危险煤层微震区域动态监测新方法,研究了微震监测技术实现区域监测的理论基础,建立了相应指标评价体系,并在突出矿井进行了应用试验。结果表明:利用微震频次指标、能量指标监测煤层采掘扰动、地质异常具有良好效果,利用震动波CT探测得出的区域应力场分布特征与理论分布相一致。这验证了微震监测技术实现突出危险煤层区域监测的可行性,为煤与瓦斯突出区域监测方法研究提供了新思路,可突破传统区域预测手段在时、空维度上的局限性,实现突出危险煤层区域动态、连续监测。     

石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数自动优化设计及应用

高瓦斯或突出矿井石门揭煤前,需要设计抽采钻孔并将钻孔位置立体展现在巷道与煤层交互面上。为解决普通AutoCAD等绘图软件无法满足大量计算的问题,本文结合煤矿瓦斯抽采的相关规定,基于Matlab软件编程,采用匈牙利算法和模拟退火算法,开发了石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数的自动优化设计软件。应用结果表明:①自动优化设计软件可以解决基于任意煤层、巷道空间位置、抽采输入条件下的钻孔参数自动优化设计和方案对比问题,极大提高了计算效率和准确率;②图像绘制功能可以实现钻孔轨迹立体化呈现;③在确定抽采钻孔参数基础上同步设计验证钻孔布孔参数,实现抽采设计、验证的闭环控制;④实现任意补孔参数设计功能,大大提高了自动优化设计软件的实用性,解决了井下补孔参数设计问题。应用石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数自动优化设计可以获得最优化抽采钻孔参数,极大提高了煤矿现场技术人员工作效率,为煤矿智能开采提供了重要支撑。     

煤矿震动波CT反演技术的应用与分析

为解决3105工作面矿压显现的安全隐患,基于震动波CT反演技术对3105工作面进行震动波CT探测,通过实时监测3105工作面区域的震源分布,形成高密度射线穿过煤层,生成大范围、高分辨率的波速反演云图,结合煤(岩)体内震动波速与应力的耦合关系,确定了3105工作面区域内的应力分布情况。经过微震法、钻屑法验证,震动波CT反演技术能准确反映3105工作面的应力分布,有针对性地指导工作面卸压工程。     

综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术

为研究综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域空间分布规律,及时预防耦合灾害事故发生,研究了综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术。在对遗煤自燃与瓦斯爆炸耦合灾害致灾特性研究的基础上,分析了耦合灾害发生原因、判定原理和判定方法。以试验工作面为例,对采空区各气体浓度场测量、重建与分析,考虑其他可燃性气体对CH4爆炸界限的影响,叠加确定了各空间高度上耦合灾害危险区域平面范围,利用三维场重建程序结合空间插值技术,重建出耦合灾害危险区域空间立体分布情况,并对灾害空间参数进行了提取。最后,对采空区高位钻孔瓦斯抽放、隅角注防灭火材料技术方法进行了改进,使之满足耦合灾害防治需要,保证工作面的安全开采。     

微地震监测技术在回采工作面矿压显现规律中的应用

工作面回采导致上覆岩层破坏,上覆岩层的破坏与煤矿顶底板突水、冲击地压、煤与瓦斯突出等事故发生密切相关,对回采工作面矿压显现规律的研究是保障煤炭安全开采的关键之一。回采工作面在覆岩破坏过程中,由于应变能的释放,产生相应强度较弱的地震波（微地震波）。微地震监测技术能够实现实时动态三维空间的整体监测。对鲁西煤矿3_上107工作面回采过程中覆岩破坏产生的微地震事件进行了监测,通过对监测到的微地震事件定位计算,证实微地震发展演化与采场覆岩破坏密切相关。鲁西煤矿3_上107工作面矿压显现规律的微地震监测分析表明,顶板来压时微地震事件数达到高峰,顶板的来压完成时微地震事件数下降,据此得出3_上107工作面基本顶来压步距为23.3 m。与通过现场实测得出的基本顶来压步距24.3 m基本吻合,说明采用微地震监测技术研究回采工作面显现规律是可行的,从而为回采工作面矿压显现规律的研究提供了一种新的技术途径。     

煤矿回采工作面瓦斯治理技术分析

以某回采工作面为例详细介绍了高瓦斯煤层的治理技术方案。对矿井和工作面的基本情况进行了介绍,计算获得工作面的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量分别为25.58 m3/min和9.21 m3/t。结合矿井实际情况,同时利用高位钻场钻孔瓦斯抽采技术、顶板岩层定向长钻孔瓦斯抽采技术和地面钻孔瓦斯抽采技术对工作面的瓦斯进行治理,对不同技术方案的钻孔参数进行了详细介绍。上述3种瓦斯抽采方案在整个回采期间抽采获得的瓦斯总量分别为130.01万m3、56.36万m3和227.9万m3。对容易聚集瓦斯的上隅角和回风巷部位的瓦斯浓度进行持续监测,发现2个部位的瓦斯浓度平均值分别为0.21%和0.19%,远低于安全基本要求,说明所述工作面瓦斯治理技术效果良好。     

基于微震监测技术的矿区断层活动研究

利用高精度微震监测技术,对寿王坟南六号特大空区附近断层活动及该采空区围岩稳定性进行监测。通过对微震事件定位及其时空分布特征分析,得到断层活化的空间位置。利用微震事件b值趋势分析,实现未来一段时间内微震事件能量强度的预判。利用微震事件释放的P、S波能量比值(Es/Ep),研究断层附近区域诱发微震事件的震源机理。该实践表明,在断层附近区域布设微震监测系统,能够为分析断层活动趋势、评价采空区围岩稳定性及发展趋势等提供有效的预判信息,为保证矿山安全发挥重要的作用。     

基于波速反演微震监测系统的设计与应用

为了进一步提高微震监测系统的定位精度,提出并设计了一种基于波速反演的微震监测系统。通过频率可调、激振力可控的自激震源及配套的波速反演算法,实现微震定位前波速场的反演与校正,之后用校正后的波速场定位煤岩体破裂产生的微震事件,文中介绍了系统的组成,分站、传感器、自激震源的设计及波速反演的算法。通过煤矿井下定点爆破对比试验结论表明:基于波速反演的微震监测系统的三个方向的定位误差均小于10m,且均优于波兰ARAMIS微震监测系统与加拿大ESG无波速反演功能的传统微震监测系统,为进一步提高微震系统的定位精度提供了新的思路及实现方案。     

瓦斯抽采高位钻孔参数优化研究

 为研究开滦矿区高位钻孔瓦斯抽采技术,论文对国内外高位钻孔抽放手段现状进行了分析,并以此在开滦矿区选取工作面进行了高位钻孔抽采的实践工作,研究了抽放前后工作面关键地点的瓦斯浓度变化,验证了高位钻孔的可行性,最后优化了终孔点高度、超前抽放平距、钻场间距等关键参数。研究结果表明高位钻孔参数的优化能有效防止工作面瓦斯超限。研究结果对改进开滦矿区瓦斯抽采技术,提高瓦斯抽采率方面具有十分重要的意义。