基于双动力协同钻进的穿层钻孔防突技术应用

煤层卸压增透是治理矿井瓦斯灾害的主要技术手段,为此,研究了双动力协同钻进技术的卸压增透机理,双动力协同钻进技术对于煤层卸压增透具有明显的实际效果,可以在一定程度上缓解矿井采掘接替紧张,起到良好的瓦斯防治作用,具有明显的现实意义。     

顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度

为确定顺层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度,基于实际地质条件,运用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对薛湖煤矿2306运输巷侧帮卸压带范围及合理顺层钻孔瓦斯抽采封孔深度进行研究.研究结果表明:钻孔初始瓦斯流量与地应力、钻孔直径、钻进深度、钻进时间、煤体的物理性质以及瓦斯压力梯度密切相关,且当钻进方式和煤层确定时,影响钻...     

保护层开采卸压瓦斯抽采定向钻孔施工关键技术

为了解决下峪口煤矿上保护层开采过程中工作面瓦斯超限问题,提出了煤矿井下卸压瓦斯抽采定向钻进技术方法,分析了装备机具选型、钻孔设计方法、钻孔轨迹调控,研究了大角度开孔、稳压注浆固管、混合钻进、地层判别、快速回转穿异常区和预留分支点六个定向钻孔施工关键技术。工程试验结果表明：该技术具有开孔成功率高、能快速穿过破碎岩层塌孔区域、判别地层准确、钻进效率高、轨迹可灵活调整以及减少施工盲区等优势。定向钻孔的瓦斯抽采浓度平均为35.7%,解决了常规钻孔抽采效果差的问题,提高了保护煤层卸压逸散出的游离瓦斯抽采利用率,为实现卸压开采抽采瓦斯、煤与瓦斯共采的科学构想提供了技术支撑。     

煤层顶板硬岩大直径定向钻孔施工关键技术

根据顶板高位定向钻孔快速钻进成孔与工作面卸压瓦斯高效抽采治理需要,针对现有螺杆马达定向钻进技术与分级扩孔方法存在的问题,开展了顶板硬岩定向钻进与大直径扩孔钻进关键技术研究,开发了冲击回转定向钻进技术、扭冲回转定向钻进技术、扭冲旋转扩孔技术以及双级双速扩孔技术等钻孔提速新技术,研制了冲击螺杆马达、矿用小直径扭力冲击器、双级双速螺杆马达、组合式扩孔钻头等配套钻具。综合试验结果表明,硬岩定向钻孔平均机械钻进效率达到8.34 m/h,最高达到13.6 m/h,较常规螺杆马达定向钻进技术提升20%~30%;硬岩大直径扩孔终孔直径达到200 mm,机械钻进效率平均达到5.6 m/h以上,最高达到10.5 m/h。该技术提升了顶板硬岩定向钻进效率与大直径扩孔钻进效率,缩短了顶板高位定向钻孔的综合施工周期,为大直径高位定向长钻孔快速成孔与高效抽采治理回采工作面卸压瓦斯提供了可靠的技术手段。     

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。     

采动煤层瓦斯充分卸压应力判别指标理论研究

针对高瓦斯低透气性煤层群瓦斯卸压抽采时,瓦斯充分卸压范围的确定问题,运用断裂损伤力学理论,分析了煤岩层卸压过程中应力应变关系,提出以应力卸压比（卸压后应力值/原岩应力值）作为煤层是否充分卸压的判别指标;并结合阳泉矿区高瓦斯煤层赋存条件,对应力卸压比作为判别指标的可行性以及煤层充分卸压时应力卸压比的影响因素进行了研究。结果表明：阳泉三矿3号煤理论计算充分卸压时卸压比为0.445,与实际吻合。充分卸压时的应力卸压比与被保护煤层埋深有关,埋深越大,卸压比越小;埋深100～500 m时,应力卸压比变化较大,而埋深大于500 m时,应力卸压比变化缓慢。     

双动力协同钻进高效卸压特性研究及应用

基于煤岩卸压效应,对双动力协同钻进高效卸压特性进行了研究;分析了双动力协同钻进的实现条件及螺旋式切煤卸压增透原理;采用FLAC 3D 软件,模拟分析了卸压槽周围煤体应力场演化规律;并进行了现场试验验证与应用。研究表明：超前自由面能够卸除围压,降低机械齿的钻进阻力,显著提高钻进速度;卸压槽促使煤体流变,集中应力向深部转移,瓦斯潜能释放,煤体卸压增透,促进了瓦斯的解吸和流动,有利于瓦斯抽采,消除了煤层瓦斯突出危险性。现场试验结果表明：采用此措施后,煤体扰动范围增大近40倍,卸压半径提高4倍,瓦斯抽采效率显著提高,消除了控制区域煤层瓦斯突出危险性,煤层巷道掘进月进尺提高了2倍。     

保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究

随着我国煤矿开采深度的增加,煤与瓦斯突出矿井和变出煤层的数量不断增加,利用保护层开采过程中的被保护层的卸压作用对卸压瓦斯进行强化抽采,使被保护层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层,从而实现煤与瓦斯资源的安全高效共采．系统介绍了基于分源原理的回采工作面瓦斯涌出预测方法,保护层开采及卸压瓦斯强化抽采技术的发展和工程应用．结合淮南潘一矿下保护层和谢一矿上保护层开采及卸压瓦斯强化抽采实例,将保护层工作面瓦斯涌出量预测结果与保护层工作面瓦斯涌出量实测结果进行了对比分析．研究结果表明,由于保护层开采的卸压作用,使被保护层卸压瓦斯抽采率远大于被保护层卸压瓦斯的自然排放率,导致保护层工作面瓦斯涌出量预测结果小于实际瓦斯涌出量．     

极薄煤层群卸压瓦斯抽采技术研究

针对极薄煤层群开采中隅角瓦斯超限频繁的问题,通过分析工作面卸压瓦斯的来源及卸压机理,采用顶底板穿层钻孔进行卸压瓦斯抽采,有效解决了隅角瓦斯超限问题,实现了极薄煤层开采中的煤与瓦斯共采。     

工作面前方煤体卸压区范围及瓦斯抽采应用

根据卸压区水平方向的应力平衡方程,结合Mohr-Coulomb准则,推导了包含孔隙瓦斯压力的卸压区宽度计算公式。由某矿N2105工作面相关参数值,理论计算了采煤工作面前方卸压区宽度。采用钻孔应力传感器实测了采煤工作面前方卸压区宽度,实测值与理论计算值基本吻合。在卸压区内,瓦斯涌出量大大增加,表现为卸压增透效应。根据卸压区范围和钻孔失效距离,给出了不同偏角下的钻孔卸压瓦斯抽采量计算公式。结合N2105工作面现场条件,考虑钻孔成孔率及盲区因素,确定了合理钻孔偏角。     

卸压瓦斯抽采技术研究及其效果

矿井瓦斯既是煤矿的一大危害,又是一种可以利用的能源。按采动影响下煤层瓦斯产生“卸压增流效应”的煤与瓦斯共采理论认识,提出了几种井下抽采卸压瓦斯的方法,并列举了煤与瓦斯共采产生的社会经济效益情况。     

单一低透气性煤层采空区卸压带防突范围确定

针对单一低透气性煤层具有瓦斯预抽难度大、防突效果差等特点,为准确确定卸压带范围,实现单一低透气性煤层卸压带内的快速掘进,以古汉山矿为例,采用多种方法综合考察法来考察卸压带范围。结果表明:通过测定其邻近采空区煤层内残存瓦斯含量、压力并结合数值模拟,综合确定该矿井有效防突卸压带范围为8 m,在该范围内,瓦斯涌出初速度、钻屑量和钻屑瓦斯解吸指标均小于临界值,说明卸压带内无突出危险性,可实现在单一低透气性煤层卸压带的安全快速掘进。     

低透气性煤层增透卸压研究现状及新技术

阐述了低透气性煤层外加载荷破坏煤岩体中孔隙的增透卸压机理;进一步分析了煤岩体内部结构的变形和传统的增透卸压方法,以及基于这些方法大范围增透卸压的困难,提出了一种新的增透卸压方法,即可控煤与瓦斯喷流技术。此方法就是利用煤与瓦斯突出动力瓦斯膨胀能破碎煤体,抛出煤与瓦斯,增大煤层内的空腔,达到使更大范围内的煤层卸压,同时采出煤与瓦斯的目的。     

穿层钻孔煤层段变孔径掏穴卸压增透强化抽采瓦斯技术

为提高预抽煤层瓦斯消突效果,文章提出了一种变孔径的钻孔卸压增透技术,并在下山揭煤钻孔中进行了试验研究。通过对已施工好的下向穿层钻孔实施掏穴扩孔后,实际钻进出煤量相应增加,钻孔的卸压影响范围增大,钻孔周围的煤体变形和透气性增大,抽采瓦斯效果显著提高,值得在低透气性高瓦斯突出煤层消突实践中推广应用。     

高瓦斯突出煤层采空区卸压区消突效果分析

为准确确定采空区卸压区范围,实现高瓦斯突出煤层卸压区快速安全掘进,以贵州三宝煤矿为例,通过井下实测临近采空区煤体残余瓦斯含量和残余瓦斯压力指标,确定采空区卸压区有效范围;在该范围内,实测瓦斯突出指标均小于临界值,说明卸压区内无煤与瓦斯突出危险性。现场应用结果表明,沿采空区卸压区掘进,瓦斯治理效果及消突效果都具有较大的提升,既提高了煤炭的回采率、节省了实施区域防突措施的时间,又为巷道安全掘进提供了有力的保障。     

特厚煤层综采面瓦斯涌出规律及优化治理技术研究

针对魏家地煤矿1号特厚瓦斯突出煤层在回采过程中瓦斯涌出易造成工作面上隅角瓦斯超限问题，开展了工作面瓦斯运移涌出、储集规律及定向钻孔瓦斯综合治理技术研究。通过分析定向长钻孔施工过程中存在的问题，对定向钻孔施工工艺和封孔工艺进行优化，实现了定向钻孔的快速、安全钻进。通过分析卸压瓦斯涌出及运移规律，得出1号煤层开采后，2号煤层处于底板裂缝带范围，卸压瓦斯大量上涌，采空区顶板上方40～65 m范围内发育大量离层裂隙，为卸压瓦斯的富集提供了储存空间；下覆2号煤层的部分瓦斯在扩散和升浮的作用下向上扩散，最后聚集在1号煤层上方的离层裂隙中，形成瓦斯富集区域。针对分析结果，在应用技术优化前提下开展了现场试验研究，结果表明：采用优化后的顶底板定向钻孔技术后，工作面瓦斯涌出量由原来的32 m³/min降至15 m³/min,瓦斯浓度由0.75%开始降低并稳定在0.23%,有效保障了工作面的安全高效生产。     

大直径高位定向孔一次钻扩技术及瓦斯抽采效果分析

针对“U”型通风回采工作面采动卸压瓦斯常规治理方式存在的综合效率低、治理成本高等问题,以山西晋城矿区某煤矿生产工作面为研究对象,提出采用φ200 mm大直径高位定向钻孔进行采动卸压瓦斯治理;基于该煤矿顶板大直径高位定向钻孔成孔技术难点分析,选型了关键钻进装备,包括ZDY20000LD型定向钻机、BLY460型泥浆泵车和多动力扩孔钻具;开发了复合强排渣定向钻进技术与多动力一次扩孔技术,实现了复杂地层条件下φ120 mm高位孔定向钻进与φ200 mm一次钻扩成孔,综合成孔效率较常规多次分级扩孔方式提高50%以上。瓦斯抽采效果表明：距煤层顶板30～40 m、距回风巷道40 m区域范围是采动裂隙密集发育区,钻孔平均瓦斯抽采体积分数保持在40%以上、最大瓦斯抽采纯量10.94 m³/min,效果显著。     

岩石与二氧化碳突出的防治措施

<正> 前言岩石与二氧化碳突出的防治措施,主要借鉴防治煤与瓦斯突出的一些经验和局部措施,如超前钻孔、卸压槽、水前冲孔等。由于种种原因,卸压槽、水力冲孔已先后停止使用;超前钻孔是目前唯一使用的局部措施。其作用是:1、预排一部分二氧化.碳降低气体压力;2、起部分卸压作用,但由于钻孔数目少、孔间变形很小,故卸压与降低气体压力作用也较小,对防突的有效性还有待进一步证实。从国内外防突经验来看,采用单一措施是不行的,     

长综放面采动上覆煤层的瓦斯卸压规律研究

针对阳泉三矿15#煤长综放面开采对上覆138.5 m处3#煤瓦斯卸压的影响,采用数值模拟和工程实测相结合的方法进行研究.结果表明:15#煤采面长为252 m的综放面开采能使3#煤充分卸压.沿工作面推进方向,3#煤充分卸压边界滞后15#煤工作面35 m,对应的走向充分卸压角为75.8°;沿工作面倾向方向,从工作面上端内侧12 m到其下端内侧29.2 m之间范围内的3#煤得到充分卸压,对应的倾向上部和下部充分卸压角分别为85°和78.1°.3#煤充分卸压区域内的瓦斯抽采率达到88.43%,且开采期间未发生过煤与瓦斯突出,表明15#煤的开采能够有效地消除或降低3#煤开采期间煤与瓦斯突出和瓦斯超限的威胁,实现了煤与瓦斯安全高效共采.     

单一突出煤层回采工作面瓦斯综合治理技术

针对位村矿14101工作面煤层与瓦斯赋存条件,采用本煤层平行布孔抽放、高位钻孔裂隙抽放、工作面浅孔卸压带抽放、扇形布孔卸压抽放、上隅角埋管抽放等综合瓦斯治理措施,有效解决了煤与瓦斯突出与瓦斯超限问题,保证了工作面顺利回采,可为类似工作面瓦斯治理提供参考。