高瓦斯煤层间岩巷瓦斯异常区物探及化探探查

在高瓦斯煤层间掘进的岩巷,有时会揭示局部瓦斯异常区,导致岩巷内瓦斯含量突然升高甚至出现瓦斯超限现象。瓦斯异常区通常为相对无水裂隙区,与周围岩层相比存在电阻率、波阻抗等物性差异,适合采用地球物理勘探手段探查其赋存范围;同时瓦斯气源主要产自煤的形成和变质过程,因此不同煤层的瓦斯具有不同的地球化学特征,特别是碳同位素比值差异明显,适合采用地球化学手段确定瓦斯气源。淮南矿业集团谢桥矿1252(3)工作面底抽巷位于两个高瓦斯煤层中间,在巷道掘进过程中,迎头段锚杆孔涌出大量瓦斯,导致巷道瓦斯超限。依据瓦斯异常区在三维电阻率剖面上表现为较高视电阻率值,在地震反射波时间剖面上表现为相位错动及长尾状波形等特征,确定了气源裂隙带的发育方向为底抽巷顶板至13-1煤层,并圈定了异常范围。通过对岩巷瓦斯异常区、13-1煤、11-2煤层的瓦斯气样进行地球化学分析,发现瓦斯异常区中碳同位素δ13C与13-1煤层具有很高的相似度,即认为该瓦斯异常主要来源于13-1煤层;另外地球化学分析结果表明利用气体组份不易区分来源煤层。     

突出煤层CO2气相压裂高效抽采防突掘进技术

我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重影响煤矿安全生产。尽管近10年来这一灾害事故大幅度减少,但恶性事故依然发生,给矿工生命和煤矿安全生产造成严重损失。国内外现阶段的防治瓦斯突出技术,如水力压裂、水力割缝、水力冲孔、深孔爆破、密集钻孔等,不同程度地解决了防突安全掘进,但对于一些高瓦斯低渗透突出煤层,上述技术还难以从根本上解决消突安全快速掘进。所以,防突技术仍然是我国煤炭领域亟待攻关的重大科技难题。选取山西寿阳县新元煤矿31002工作面为试验案例,介绍CO₂气相压裂技术方法,并探讨其防突掘进效果。新元煤矿开采的山西组3号煤层为低渗透突出煤层,前期主要采用密集钻孔预抽瓦斯防突措施,抽采达标时间长,掘进速度慢。高效抽采瓦斯,防止煤与瓦斯突出,保障煤巷安全快速掘进,是新元煤矿安全高效生产的重大技术难题。在新元矿采取的气相压裂措施概况如下:在掘进工作面前方实施双钻孔气相压裂;完成9个瓦斯抽采钻孔以覆盖巷道两侧各15 m安全范围;全部11个钻孔联网抽采3~5 d,防突参数K₁值达标后恢复掘进。试验数据表明,气相压裂抽采防突技术措施的强化抽采效果显著,抽采效率大幅度提高,煤炮等动力现象减少,K₁值降低,掘进割煤时巷道瓦斯浓度得以降低和均化,保障了连续安全掘进。实践证明,CO₂气相压裂技术能够实现连续安全快速掘进理技术,在全国类似瓦斯地质条件煤矿中具有推广应用意义。      

代替高抽巷瓦斯地面水平井抽采技术

针对余吾煤矿待采工作面煤层瓦斯超限问题,为解决高抽巷掘进工程量大、投入大、成本高等问题,采用了煤层顶板水平井代替高抽巷抽采瓦斯技术,利用ZJ40石油钻机和E-link电磁波无线随钻测量定向仪器,在煤矿N2202工作面实施了2口多分支水平井。成井后,地面建立负压泵站抽吸瓦斯混合气。结果表明,工作面平均产量达到1.0万t/d,抽采瓦斯混合气5.00万m3/d。研究成果实现了地面水平井抽采代替高抽巷瓦斯,为瓦斯抽采提供了新的技术方法,不仅降低了费用,而且还提高了生产过程中的安全系数,具有巨大的经济效益和生产价值。     

巷道对煤层瓦斯含量的影响范围探讨

为了煤矿安全生产,许多矿建立了井下瓦斯抽放系统。为了设计瓦斯抽放最佳方案和准确预测抽放区煤层瓦斯含量的分布情况,需要进行井下瓦斯抽放数值模拟。但是,由于井下巷道的存在使模拟模型的边界条件发生了不均匀变化,要确定模拟边界就必须考虑井下巷道的影响范围问题。从数值模拟角度,利用COMET2模拟软件,针对两种不同渗透率的储层模型,通过巷道存在180 d、360 d和730 d后对煤层瓦斯含量影响情况的模拟分析,探讨了巷道对煤层瓦斯含量的影响范围,得到了一些初步认识。      

沿空留巷综合支护技术研究

用沿空留巷技术保留的巷道要经历掘进和两次强烈的采动影响,对所需留巷的巷道,应该从掘进期间的支护设计与施工到留巷期间的巷旁支护方式选择,及下个工作面回采期间的加强支护均应统筹考虑,这样才能保证沿空留巷技术的成功实施,故沿空留巷技术是一项系统工程。据此,在淮北岱河矿Ⅲ3215工作面机巷进行了沿空留巷实践,巷内采用了锚网索支护,巷旁采用了工字钢密集支柱及矸石（碎煤）带联合支护,并在矿压观测的基础上,得出了所留巷道矿压显现规律,工业试验和应用实践表明,取得了良好的技术、经济效果。     

掘进工作面瓦斯流动规律数值模拟分析

研究煤层巷道掘进过程瓦斯流动规律对认识掘进巷道瓦斯涌出规律和瓦斯治理具有重要的理论意义和现实意义。本文通过建立流固耦合模型,考虑煤与瓦斯流固耦合作用,进行了不同掘进长度,掘进工作面瓦斯压力分布规律,瓦斯压力梯度改变以及瓦斯流动规律的数值模拟研究。研究表明,掘进巷道周边煤层瓦斯压力随煤壁暴露时间的增长逐渐降低,采掘活动对工作面前方煤体的影响范围达30m。并且越靠近煤壁瓦斯压力梯度越大,在距离巷帮5m范围内,瓦斯压力变化幅度最大。煤壁瓦斯流速随巷道掘进长度的增加先增加后减小,最后瓦斯流速趋于稳定。掘进工作面瓦斯流动规律的研究为矿井瓦斯治理提供安全可靠的依据,保证矿井安全生产。     

气动定向钻进技术在松软煤层条带瓦斯预抽中的应用

针对淮北矿区松软煤巷条带消突采用“底板巷—穿层钻孔”成本高且效率低现状,采用顺层气动定向钻进技术,按钻孔设计精准控制钻孔轨迹于预抽条带煤层中,通过钻孔抽采瓦斯实现煤巷条带消突。根据淮北矿区松软煤层特性,开展煤巷条带预抽瓦斯定向孔设计、气动定向钻进装备选型、软煤定向孔成孔与护孔工艺、抽采效果评价等研究。该技术成功应用于淮北某矿Ⅲ635工作面煤巷条带消突,试验7个孔深均大于300 m钻孔,且全程下筛管,创造两淮软煤矿区顺层钻孔372 m最深记录,成功保障煤巷掘进,减少底板巷和穿层钻孔,为软煤矿区煤巷条带瓦斯高效治理探索出新方法。      

贵州青龙煤矿碎软煤层区域瓦斯递进式抽采技术

针对碎软煤层瓦斯抽采钻孔存在轨迹不可控、成孔深度浅和瓦斯抽采效果差的问题,分析了现有瓦斯抽采钻孔回转钻进技术瓶颈,集成了基于长距离顺层钻进技术和双动力复合排渣技术的压风定向钻进技术,在此基础上提出了利用压风定向钻进技术,开展碎软煤层区域递进式瓦斯抽采技术。选取黔北煤田中部青龙煤矿21606运输巷道进行现场试验,在坚固性系数为0.37碎软煤层中,施工完成253个顺煤层压风定向钻孔,95%钻孔达到设计孔深,累计进尺超过3万m,单孔瓦斯抽采纯量是普通回转钻孔的10倍以上,单孔瓦斯抽采甲烷体积分数提高约50%以上。试验表明,采用压风定向钻进技术钻进碎软煤层钻孔轨迹可控,成孔率在95%以上,区域递进式瓦斯抽采技术具有无抽采盲区的显著优势,有效缓解了采掘接替紧张局面,提升了矿井瓦斯治理技术水平,为碎软煤层瓦斯治理提供了新的技术途径。      

大坪子井田含水与充瓦斯岩溶洞隙赋存规律

打通二矿大坪子井田开拓系统的大巷和抽放瓦斯巷均布置在煤系下部的茅口灰岩中。到目前为止,这类巷道长度已近10万m。经地质勘探钻孔查明,茅口灰岩内存在含水与充瓦斯的岩溶洞隙,如326钻孔揭露灰岩溶洞时,瓦斯压力达2MPa,因此我矿在掘进灰岩巷道时,全程采取探掘措施,以防止岩溶水和岩溶瓦斯突出危害。笔者根据搜集到的资料,对大坪子井田茅口灰岩岩溶特征进行了分析,初步探讨了岩溶水和岩溶瓦斯的赋存规律。      

石壕煤矿岩巷掘进中的瓦斯灾害特征及预防对策

石壕煤矿在茅口组石灰岩中掘进巷道时,时有瓦斯灾害事故的发生。从地质构造和水文地质方面研究了瓦斯的聚集条件,认为石灰岩中早期的溶洞、裂隙等是瓦斯的储藏空间,断裂构造切割煤系与石灰岩地层时,为煤层和围岩中瓦斯进入创造了条件;茅口组灰岩深埋地下,地下水交替循环差,对瓦斯的富集起到了封闭作用。研究表明：井田内煤岩瓦斯突出一方面是由于在岩巷掘进时,当地层走向发生变化时,对其方向没有进行及时调整,导致岩巷掘进层位距突出煤层的垂直距离太近,放炮或垮落引起的;另一方面是由于在掘进与煤系地层联通的较大张性或张扭性瓦斯富集的隐伏断裂带时,没有采取专门的预防措施,放炮引起的。按岩巷掘进中瓦斯异常涌出量的快慢及大小,将瓦斯异常涌出表现形式分为缓变型、突变型、突增渐缓型三种,并对各自的特征进行了总结。预测矿井现开拓的南三区和北三区瓦斯灾害严重,以南三区更为突出,提出了进行超前探测,钻孔抽放等预防措施。