顺层瓦斯抽采钻孔内负压分布规律研究

通过理论分析,假定钻孔孔壁瓦斯流入的3种形式,建立简单的数学模型,得出了顺层瓦斯抽采钻孔内负压分布的规律,推导出顺层瓦斯抽采钻孔的极限长度并进行了实例的计算。针对传统抽采方法,结合瓦斯抽采钻孔内负压分布规律提出了改进的建议并进行比较,阐述了新式抽采方法的优越性。     

顺层瓦斯抽采长钻孔内负压分布规律研究

通过对瓦斯在钻孔内流动产生的压损进行分类并计算,建立了钻孔周围煤体瓦斯流动模型和钻孔内瓦斯流动模型,分析了顺层长钻孔孔内负压分布规律并在现场实践中验证,得到了钻孔内负压分布公式,并扩展得到了羽状长钻孔主孔和支孔内负压分布公式。     

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。     

基于示踪技术的地面钻孔抽采卸压瓦斯影响范围研究

为准确考察地面钻孔抽采煤层卸压瓦斯的影响范围,为合理布置地面钻孔提供可靠依据。通过相似模拟实验研究了沿工作面倾向方向在13-1#煤层中应力分布情况,基于示踪技术综合考察和得出了地面钻孔抽采卸压瓦斯影响范围。结果表明:在保护层开采条件下北中央3采区地面钻孔抽采范围在倾斜方向在160 m以上,在走向方向上在240 m以上。     

顺层钻孔周围煤体透气性演化规律分析

基于景福煤矿钻孔测定瓦斯参数实践,运用数值模拟、理论分析结合煤体应力分布特征和煤层内瓦斯运移规律对钻孔内瓦斯运移规律进行了分析,结果表明:钻孔周围煤体可划分为卸压增透区(距钻孔中心0.095 m)、增压减透区(距钻孔中心0.139 m)和原始渗透区;在钻孔自然排放瓦斯初期,增压减透区为瓦斯排放的瓶颈;在钻孔排放瓦斯过程中,煤体骨架收缩变形,有效抽采区域增大至增压减透区以外;计算得出景福煤矿可进行瓦斯抽采。     

瓦斯抽采顺层钻孔封孔新工艺研究

采用速封注式注浆囊袋封孔技术对顺层钻孔进行封孔,并对封孔效果进行分析。研究表明:利用高压注浆充填钻孔周围裂隙,消除了钻孔的漏气通道,使钻孔得到可靠支护,杜绝了钻孔因扰动而产生新的漏气通道,有效提升抽放浓度;与原封孔工艺相比,单孔浓度提高了2倍,单孔纯流量提高了3倍,显著提升了钻孔的利用率与瓦斯抽采率。     

钻孔煤体破坏渗流模型及在煤层卸压抽采中的应用研究

为对比分析顺层钻孔在护孔和未护孔条件下的抽采效果,考虑煤体扩容特性,采用煤体孔隙率和渗透率动态数学模型,结合D-P屈服准则,建立了钻孔煤体破坏—渗流的流固耦合模型。以超化煤矿2煤层相关物理参数为基础,开展了钻孔卸压破坏范围及抽采瓦斯数值模拟,结果表明：钻孔发生卸压破坏后,虽然未护孔钻孔卸压范围是护孔钻孔的1.3倍,其周围煤体渗透率和孔隙率均大于护孔钻孔,但钻孔更易塌孔堵孔,当抽采90 d时,护孔钻孔有效抽采半径为未护孔钻孔的1.3倍。现场瓦斯抽采测定数据表明,护孔钻孔平均抽采瓦斯浓度为未护孔的1.6倍,平均抽采瓦斯纯流量为未护孔的1.4倍,并有效缩短了钻孔抽采时间。     

极薄煤层穿层钻孔抽采卸压瓦斯技术研究

针对小煤矿极薄煤层开采过程中工作面瓦斯超限频繁的问题,该文以四川白鹤煤矿为例,采用顶底板穿层钻孔技术进行了卸压瓦斯抽采试验,结果表明:顶板穿层钻孔抽采卸压瓦斯效果理想,瓦斯抽采率达到了33%;底板穿层钻孔抽采卸压瓦斯的单孔瓦斯流量较小,浓度较高。通过顶底板穿层钻孔对邻近层进行瓦斯抽采,工作面瓦斯超限问题得到了有效解决,保障了安全生产,为相似条件下的瓦斯抽采提供了依据。     

顺层钻孔瓦斯有效抽采半径测定方法研究

为进一步提高煤层瓦斯有效抽采半径的精准度,实现高效率抽采,分析了建新煤矿4207工作面煤层瓦斯压力、瓦斯含量及抽采负压等参数对瓦斯有效抽采半径的影响,结合数值模拟与现场实测研究了煤层顺层钻孔有效抽采半径。研究结果表明：有效抽采半径与抽采时间呈正相关,随时间的推移不断扩大,但扩大的速率与抽采时间呈负相关,且有效抽采半径存在上限;通过计算百米钻孔瓦斯抽采纯量和自然衰减系数,进一步得到抽采衰减关系,推导出有效抽采半径的公式;通过抽采衰减关系可获得抽采半径为上限值时所使用的抽采时间,并将现场实测与数值模拟结果进行对比,发现二者基本吻合。     

顺层瓦斯抽采钻孔定点定长封孔应用研究

针对矿井煤层实际赋存情况,通过数值方法定量表征了煤岩体巷道应力分布情况;结合现场考察对上述模拟结果进行了验证,同时采用不同深度单位长度钻孔冲粉量指标的变化规律划定巷道两帮“三带”的范围,进而确定顺层钻孔的合理封孔深度。通过钻孔抽采瓦斯浓度和瓦斯纯流量随时间的变化规律表征不同封孔深度的钻孔密封性能,结合经济科学抽采的基本原理表明了最理想封孔长度;结合围岩异常应力分布特征和破坏模式,提出针对围岩低渗区的定点定长封孔方法来提高钻孔密封性能。现场实验表明,该方法是一种实现煤层瓦斯高效抽采的可行技术方法,对于实现煤层瓦斯安全经济高效抽采有积极作用。     

顺层钻孔抽采瓦斯影响因素分析

为了研究影响顺层钻孔抽采瓦斯的因素,采用理论分析和数值模拟的方法,分析了煤体有效应力,建立了顺层钻孔抽采三维几何模型,数值模拟了不同抽采时间下顺层钻孔周围瓦斯含量分布情况、不同抽采负压下顺层钻孔周围煤体孔隙率变化规律以及不同钻孔直径下顺层钻孔周围瓦斯含量分布情况。研究为顺层钻孔抽采瓦斯的钻孔设计提供技术支持。     

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。     

突出煤层石门揭煤区域瓦斯抽采效果分析

为了保证冯营矿2415车场安全揭煤,确保矿井的安全生产,根据《防治煤与瓦斯突出规定》要求,对石门揭煤区域抽采钻孔进行了设计,车场揭煤区域钻孔设计总工程量为5 047.8 m,运用“两堵一注”的封孔方式对钻孔进行封孔,然后进行突出煤层石门揭煤区域瓦斯抽采效果分析。研究得出,经采取措施后,煤层瓦斯含量大幅降低、钻屑解吸指标明显下降以及瓦斯浓度显著降低。研究为类似工程条件的石门揭煤区域瓦斯抽采提供了理论基础。     

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。     

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。     

三软煤层顺层瓦斯预抽钻孔变形规律研究及其控制

为防止三软煤层顺层预抽钻孔塌孔,提高瓦斯预抽效果,需合理确定抽采钻孔封孔方法,全程下筛管施工工艺防止塌孔。通过分析可知:二₁煤层强度低,且埋深大,埋深产生的地应力远远大于煤体强度是导致钻孔塌孔的主要原因。通过数值模拟可知:顺层钻孔呈现径向变形的特征,钻孔直径明显减小。13051工作面本煤层钻孔成孔后,采用“封孔管+封孔筛管+注浆管+专用封孔器”进行封孔,塌孔减少,抽采达标时间缩短了约35 d,残余瓦斯含量为4.69 m³/t,13051工作面瓦斯抽采达标。     

基于FLAC和Fluent数值模拟的煤层瓦斯运移规律研究

为了研究煤层瓦斯运移规律,确保矿井的安全生产,采用FLAC和Fluent数值模拟相结合的方法,分析了多孔介质瓦斯运移特征,研究了回采工作面瓦斯来源,主要由开采层瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出2部分组成,得到了煤层初始瓦斯含量与残存量的关系以及回采工作面瓦斯涌出量预测结果,模拟分析了不同钻孔直径下的周围煤体塑性区分布以及不同钻孔直径下抽采钻孔抽采影响范围。研究为实现煤与瓦斯共采提供了借鉴。     

隐伏性突出煤层群保护层开采卸压瓦斯抽采技术研究

保护层开采是对于煤与瓦斯突出矿井开采煤层群时首选的经济有效的区域防治突出措施,但开采保护层时既要治理本煤层涌出的瓦斯,还面临着被保护层卸压瓦斯涌入保护层工作面。为有效抽采上保护层开采后的卸压瓦斯,利用保护层开采“卸压增透效应”,结合新田煤矿井下生产实际情况,以新田煤矿1402保护层工作面为例,介绍保护层工作面开采期间的瓦斯治理技术。     

循环往复式水力压裂技术在顺煤层瓦斯治理中的应用

水力压裂增透是提高煤层瓦斯抽采效率的常用措施之一,在常规水力压裂原理的基础上,提出了循环往复式水力压裂作用于煤层的增透技术,在红阳三矿705回采工作面进行了顺煤层循环往复式水力压裂现场试验。试验结果表明,循环往复式水力压裂与常规水力压裂相比,压裂影响范围及透气性等均得到大幅度提升,同时瓦斯抽采浓度及纯量均得到提高,压裂增透效果改善明显,与原始煤层及常规压裂的瓦斯抽采方法相比,循环往复式水力压裂措施减少了瓦斯抽采钻孔数量,提高了瓦斯抽采纯量总量,提升了瓦斯抽采效率。循环往复式水力压裂技术可以作为改善常规压裂增透效果的一种方法。     

松软煤层瓦斯抽采钻孔高压气体循环修复增透技术研究

针对松软煤层瓦斯抽采钻孔煤粉堵塞煤层裂隙、煤渣堵塞抽采管路等瓦斯运移通道不畅问题,研究高压气体循环修复增透机理,合理确定循环修复增透气体压力,改造完善高压气体循环修复增透装置,并在赵家寨煤矿进行了现场试验。结果表明:高压气体作用下,煤体解吸收缩产生的拉伸应力是煤体新裂纹生成的主要原因;高压气体对煤体的破壁冲刷作用打通了瓦斯流动通道,实现了抽采钻孔的修复增透;确定了循环修复增透的气体压力的最小值,即解吸收缩产生的拉伸应力应大于煤体的最大抗拉强度;试验钻孔实施修复增透措施后,瓦斯抽采钻孔的瓦斯浓度为修复增透前的1.92倍,瓦斯纯流量为修复增透前的3.24倍,瓦斯抽采效果提升显著。