高瓦斯矿井长切眼综放工作面开采技术

针对三元煤业一采区边界剩余块段赋存情况,创造性地布置长切眼工作面,初采段采用本煤层瓦斯强化抽采,采中采用高位钻孔抽采临近层裂隙带卸压瓦斯,上隅角埋管抽放,邻近采空区抽采等多种方法,实现了工作面安全高效开采。     

高压水射流割缝对煤体扰动影响规律研究及应用

基于高压水射流割缝层内卸压增透技术,运用ANSYS软件建立模型,模拟了高压水射流割缝后不同割缝宽度条件下煤体位移、应力的变化,根据模拟结果分析了割缝煤体受扰动影响的变化规律;同时在平煤集团十三矿进行了现场的试验和应用,并对割缝钻孔和普通钻孔进行了单孔抽采流量考察。ANSYS模拟研究表明,割缝宽度不同造成周围煤体位移和应力显著变化,割缝宽度增大煤体受扰动影响范围增大,加大了煤体裂隙扩展,提高了割缝煤体的卸压效果;经现场试验和应用,煤体进行高压水射流割缝后,割缝钻孔起始瓦斯抽采量是普通钻孔的2.5倍,且在考察时间内割缝孔的抽采流量远大于普通孔,提高了瓦斯抽采效率。     

高瓦斯矿井采空区瓦斯抽采方案设计

根据矿井高瓦斯的煤层特征,通过分析矿井瓦斯来源的构成情况,针对其2个工作面采用的不同采煤方法,分别提出埋管抽采、高位巷抽采、高位钻孔抽采等抽采设计,应用于不同的回采工作面,并通过监测瓦斯涌出量和风排瓦斯浓度的变化,确定出该瓦斯抽采方案合理可行。     

高压水射流煤层切槽卸压效果的数值模拟

应用数值模拟方法验证了高压水射流切割技术能够克服地质条件等诸多因素的限制,实现本层煤的卸压,卸压范围可达到5m以上,卸压效果较好。     

高压水射流环切割缝自卸压机制与应用

为解决深部矿井低透气性煤层瓦斯抽采难题,针对穿层钻孔提出了高压水射流环切割缝煤层自卸压增透技术。通过瓦斯流动理论分析普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动模式,分别建立了普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动微分方程,获得了高压水射流环切割缝自卸压技术改善煤层瓦斯流动机制;采用FLAC3D软件建模分析高压水射流割缝后钻孔周边煤体应力演化规律,基于煤体卸压程度及塑性区分布特征,确定了穿层钻孔合理化割缝参数;通过底板穿层钻孔高压水射流环切割缝技术现场考察,环切割缝后煤层变形量达到0.136%,煤层透气性系数较原始状态提高了42倍,瓦斯抽采纯量相较普通钻孔提高3.44~5.32倍,同等条件下煤层抽采半径提高了1倍以上。理论研究与现场试验均表明,采用高压水射流切割在煤层内部形成环形缝槽,能有效改善钻孔煤体应力状态,增加煤层渗透性,提高瓦斯抽采效率。     

立体抽采在单一厚煤层高瓦斯综放工作面的应用

余吾煤业公司S2107工作面为高瓦斯工作面,经预测回采时瓦斯涌出量可达78.37 m3/min,单纯地利用通风或任何一种瓦斯治理方式不能解决瓦斯问题。为此提出了立体抽采模式,将本煤层顺层钻孔、裂隙带抽采、采空区抽采、高抽巷抽采及地面抽采井抽采结合起来,形成全方位立体式的抽采模式,解决了S2107工作面的瓦斯涌出问题。     

双巷掘进技术在高瓦斯矿井掘进中的应用

针对高瓦斯矿井掘进过程中瓦斯涌出量大,影响正常掘进的情况,通过对双巷掘进技术的研究,提出了一套双巷掘进通风和瓦斯抽采新工艺,解决了长距离掘进工作面的瓦斯问题。     

高压脉冲水射流切缝技术在石门揭煤中的应用

分析了平煤股份四矿三水平副井己15专回通路煤层赋存条件,编制了石门揭煤方案,设计了高压水射流钻孔切缝实施工艺。现场试验表明,高压脉冲水射流切缝技术的钻孔数减少35.5%,石门揭煤时间缩短35%以上,实现了安全快速揭煤的预期目标。     

大采高高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理技术

介绍了红菱煤矿1201大采高高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理措施,结果显示工作面风流、上隅角、回风流瓦斯超限现象消失.     

高瓦斯矿井本煤层定向钻孔瓦斯抽采技术应用

为解决高瓦斯矿井工作面瓦斯治理问题,新源煤矿在12213工作面采用本煤层定向钻孔瓦斯抽采技术,选取适合矿井现场实际条件的钻孔参数进行瓦斯预抽钻孔施工,取得了良好的瓦斯抽采效果。证明定向钻孔瓦斯抽采技术在高瓦斯矿井本煤层瓦斯治理中具有明显优势。     

高压水射流割缝增强瓦斯抽采及防喷孔技术研究

针对平顶山矿区地质构造复杂、瓦斯含量高及煤层透气性系数低等赋存特性,提出利用高压水射流割缝实施钻孔割缝,使煤体卸压、增透,以达到增强瓦斯抽采能力的目的.结果表明,水力割孔比普通孔抽采瓦斯量大幅提高,割缝后邻近的普通孔的瓦斯抽采浓度分别为割缝前的1.1倍和1.9倍,可见采用高压水射流割缝时瓦斯抽采平均浓度较割缝前急剧上升,且割缝还“激活”了邻近的普通瓦斯抽采钻孔,致使瓦斯抽采浓度发生突跃.另外为抑制水力割缝诱发的喷孔现象,避免施工巷道瓦斯超限,还提出一种防喷孔装置,该防喷孔装置使巷道内最高瓦斯体积分数由0.61％降至0.3％以下,全尘质量浓度由75 mg/m3降至8 mg/m3左右,呼吸性粉尘质量浓度由20 mg/m3降至2 mg/m3以下,可见此装置不仅大幅降低了巷道内瓦斯浓度,还起到了显著的降尘效果.     

煤和瓦斯突出机理的流变假说

基于煤与瓦斯突出能量理论,建立了突出煤体三维结构应力模型,并利用弹塑性力学相关知识和数学求解方法推导了突出煤体的瓦斯弹性势能和瓦斯内能方程,为钻孔造穴诱突技术应用提供理论依据和实现路径。现场试验了钻孔水力造穴诱突、爆破诱突2种诱突技术措施,结果表明,钻孔造穴诱突过程的能量耗散机制符合推导的瓦斯能量方程和结构应力模型。针对试验矿井实际条件,2种诱突技术措施应用时存在一个阈值,当试验矿井煤层瓦斯含量大于9 m³/t时宜采用水力造穴诱突技术,反之宜采用爆破诱突技术。实践表明,2种诱突技术措施均能使试验矿井瓦斯治理效果显著提高。

     

煤巷掘进水力掏槽防治煤与瓦斯突出技术

通过理论研究和工业试验,确定了水力掏槽新掘进防突措施,并提出了适合焦作矿区的防突措施参数,系统评价了水力掏槽防突措施的有效性、适应性和安全性.研究结果表明：水力掏槽防突措施是高压水通过水枪产生高流量的稳定射流破碎前方煤体形成槽硐,槽硐周围煤体得到充分卸压,释放出大量瓦斯,煤体物理力学性质发生改变.当卸压槽具有足够面积时,在巷道周围形成卸压和排放瓦斯的煤带,解除突出危险性.2 000 m严重突出地区巷道掘进表明：正常掘进期间未发生一次突出,巷道安全掘进速度提高2倍以上.     

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。     

深部突出煤层超高压水射流割缝工艺参数研究与应用

超高压水射流割缝技术能显著改善深部煤层的应力状态、减少抽采钻孔工程量。针对割缝作业工艺参数选取缺少依据、易导致割缝误穿透相邻钻孔、卸压增透效果差等问题,开展了大埋深条件下的突出煤层超高压水射流割缝工艺参数研究。首先,理论分析了水射流压力、割缝时间、水射流旋转速度等工艺参数对超高压水射流割缝效果的影响;然后,通过不同参数下水射流割缝卸压增透效果现场考察,获得最佳水射流割缝工艺参数组合;最后,在赵固二矿西胶带大巷进行现场工艺验证。试验结果表明：优化后的煤层割缝钻孔抽采瓦斯纯量为对比钻孔的3.8倍,割缝钻孔有效瓦斯抽采半径为对比钻孔的2倍,割缝后穿层钻孔设计参数由4 m×5 m优化为8 m×5 m布置,在钻孔工程量减少50%的基础上,抽采达标时间由12个月以上缩短为7个月,抽采达标时间缩短了约40%。     

瓦斯抽采漏气失效钻孔修复技术研究

针对瓦斯抽采钻孔周围煤岩体裂隙贯通和封孔材料失效导致漏气,造成钻孔抽采瓦斯浓度和纯流量大幅度下降并无法达到抽采预期目标的问题,分析了造成钻孔漏气的主要原因,提出一种具有普适性的失效钻孔修复技术,即通过数值模拟分析得到应力增高区和原岩应力区的交界位置,并在此处施工环形缝槽,辅以“两堵一注”带压注浆封孔工艺,对失效钻孔进行修复处理。现场试验结果表明：失效钻孔修复后,平均抽采瓦斯浓度提高3倍以上,平均抽采瓦斯纯流量提高50%以上,并有效延长了钻孔服务寿命。     

煤巷工作面突出预测钻孔动力现象演化机制及关联性探讨

为提高煤巷工作面突出预测的准确性,对突出预测钻孔常见的喷孔、卡钻等动力现象演化机制进行了研究。首先基于钻孔孔壁位移理论公式探讨了可能导致钻孔失稳破坏的影响因素,进而分析了导致喷孔、卡钻现象出现的原因。然后描述了喷孔现象发生的力学条件及演化过程,并分析了发生卡钻现象的可能类型,利用自主设计的一套能够模拟煤巷现场突出预测的打钻装置,在实验室利用不同煤阶的煤样,使其吸附不同压力的CO_2和N_2模拟具有不同突出危险性的煤层,并在模拟煤层中施工突出预测钻孔,对喷孔、卡钻等常见动力现象与突出危险性的联系及他们之间的关联进行了研究。结果表明在同等瓦斯压力上升梯度条件下,煤体吸附CO_2发生突出的可能性比吸附N_2大。随着煤层突出危险性程度的增加,钻屑量会发生突然的增大,同时发生喷孔、卡钻现象的频率增多。预示有突出危险性的卡钻现象往往和喷孔现象是相伴而生的,他们之间构成了联动体系,是相继触发的。     

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。     

我国煤矿瓦斯灾害防治对策

由于钻孔排渣空间狭小、煤体颗粒易堆积等原因,顺层钻孔在水力割缝过程中容易出现喷孔、堵孔及抱钻等现象,严重影响顺层钻孔割缝施工成功率及安全性。针对以上问题,研究了顺层割缝钻孔钻进时的钻孔形态,通过分析钻孔下沉现象,将割缝钻孔分为加速下沉段、倾斜下沉段及开孔段3个阶段,分析了各阶段钻孔堵孔模型及堵孔现象。研究得到割缝钻孔各阶段煤渣的运移情况：加速下沉段钻孔煤渣运移以水流升力及拖拽力为主,煤水混合两相流体通过钻杆旋转的扰动作用充分混合;倾斜下沉段则以钻杆外螺旋旋转动力为主带动煤渣运移。通过大量现场试验,得到了不同煤层坚固性系数条件下的割缝压力及钻杆转速参数。研究发现,随着煤层坚固性系数的增大其最优割缝压力随之增大,但合理钻杆转速随之减小,形成了包括合理选择割缝压力及钻杆转速参数、控制压力调节梯度、孔口返水返渣情况观测,以及延长割缝后低压洗孔时间等4个方面措施的顺层钻孔割缝排渣工艺技术。现场试验结果表明,割缝排渣工艺技术能有效避免割缝堵孔风险,保障顺层钻孔割缝安全实施,提高割缝成功率,大幅提高钻孔瓦斯抽采效率,有效推进了顺层钻孔水力割缝卸压增透技术的应用。

     

新型煤与瓦斯突出预测指标确定及应用

针对现有煤与瓦斯突出预测指标存在的不足,探讨了一种新的突出预测指标,即流量面积矩,该突出预测方法能对掘进巷道前方煤体的突出危险性实施动态连续测定,是一种线性预测方法.对该预测指标在理论上的可行性进行分析并在现场进行试验,得到流量面积矩指标的突出临界值为81.47 (L· m2)/min,在现场打钻过程中,当测得的流量面积矩数值大于突出临界值时都会发生煤与瓦斯突出动力现象,说明该预测指标的预测结果与现场实际情况具有较好的一致性,这对矿井预防煤与瓦斯突出工作起到了很好的指导作用.