易自燃特厚煤层综放工作面瓦斯涌出量预测研究

工作面瓦斯涌出量是采面通风设计及制定采面瓦斯防治措施的主要依据。为了预测常村煤矿2120工作面的瓦斯涌出量,通过现场测定、收集整理常村煤矿综放面瓦斯资料,分析了易自燃特厚煤层综采放顶煤工作面瓦斯涌出特点、来源、构成及影响因素。结果表明:风排瓦斯量、采空区瓦斯涌出量和钻场抽放瓦斯量的比例分别为41.1%、50.8%和8.1%;综放面瓦斯涌出量与产量、采面推进距离、生产工序、大气压等因素有关;建立了易自燃煤层综放工作面瓦斯涌出量预测模型,以对未采区域采面瓦斯涌出量进行预测,以便为制定瓦斯防治措施提供科学依据。     

大直径高位定向长钻孔瓦斯抽采技术及实践

针对高强开采井田王家岭煤矿综放工作面瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯积聚问题,基于岩层控制关键层理论,对顶板垮落走向与倾向采动裂隙发育进行研究。采用数值模拟的方法研究采空裂隙随工作面推进的演化过程,分析顶板裂隙发育高度,确定大直径高位定向长钻孔最佳布孔层位及钻孔结构,并进行工程实践。结果表明,依据关键层理论计算及采动裂隙数值模拟预测层位布设大直径高位定向长钻孔,抽采效果较好,单孔最大抽采纯量2.10 m3/min,最大抽采体积分数31.39%,4个定向长钻孔累计抽采瓦斯纯量28.99万m3,工作面上隅角瓦斯体积分数最低下降至0.46%,瓦斯治理效果显著,解决了上隅角瓦斯超限问题,保障了工作面的安全回采。      

陈家山煤矿采面瓦斯涌出量影响因素及建模预测

工作面瓦斯涌出量是采面通风设计及制定采面瓦斯防治措施的主要依据。在收集陈家山煤矿大量瓦斯地质资料基础上,分析了矿井主采4-2号煤层采面瓦斯涌出规律及其影响因素,研究认为,采面瓦斯涌出量为矿井主要瓦斯来源,其涌出量与煤层埋藏深度、煤层瓦斯含量、顶板含油气小街砂岩厚度及工作面日产量等主要控制因素呈正相关关系;采用数学建模方法建立了采面瓦斯涌出量预测模型,编制了采面瓦斯涌出量预测图,结果显示4-2号煤层采面绝对瓦斯涌出量总体呈现出由井田浅部向中部迅速增大,再由中部到深部逐渐减少的变化趋势。     

软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯数值模拟及试验

水力冲孔是煤层瓦斯增透抽采的主要技术措施,其主要以出煤量考察卸压效果,但是也存在出煤量大、卸压不均一、应力易集中等问题。因此,提出软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯技术,考虑瓦斯压力压缩和煤基质吸附瓦斯膨胀对本体变形的影响,建立应力场、裂隙场、渗流场耦合条件下的多物理场理论模型,并结合COMSOL数值模拟软件对软煤夹层水射流分支数、卸压影响范围内煤体的瓦斯压力和瓦斯含量变化规律进行了研究。研究表明:当水射流分支长半轴为2 m,短半轴为0.22 m时,水射流分支数为6个时较为合理;在相同出煤率情况下,相同时间内瓦斯压力和含量均随着与钻孔距离的增加而减小,抽采180 d,水射流层状卸压有效抽采半径约为常规水力冲孔有效抽采半径的2.14倍,且在有效影响范围2 m时,水射流层状卸压瓦斯含量降低量为7 m3/t,而常规水力冲孔瓦斯含量降低量为4.1 m3/t,水射流层状卸压瓦斯降低量为常规水力冲孔的1.71倍;在新义煤矿现场试验中发现,当水射流层状卸压出煤率为常规冲孔出煤率的0.29~0.71倍,抽采较高浓度瓦斯时长仍是常规水力冲孔的2倍。软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯技术的提出,对未来煤矿井下软煤夹层水力冲孔技术的发展有着重要的意义,为井下瓦斯的治理提供了新的方法和方向。      

厚表土层深井卸压开采地面钻井变形破坏及其预防——以淮南顾桥矿为例

以顾桥矿工程实践为基础,结合物理模拟实验和现场监测结果,研究了厚表土层深井卸压开采地面钻井变形破坏及其预防。结果表明:钻井破坏是地面卸压瓦斯抽采失败的关键,采动影响下地面瓦斯抽采井破坏以变形和错断为主,破坏深度不一,主要集中在松散层中下部和基岩中上部;在钻井完好情况下,将钻井终孔位置布置于断层附近、“O”型圈范围内更有利于卸压瓦斯抽采。采动引起的上覆岩层离层、应力集中、竖向破断以及厚表土层“杠杆效应”造成地面瓦斯抽采井破坏,其由下至上多次出现是导致地面井多处变形破坏的主要原因。煤层采动对工作面前方巷帮应力、顶板应力的影响范围分别可达320 m、350 m,对轨顺相对位移影响范围可达工作面前方50m和后方200m,采场中部覆岩与地表之间的相对位移量远大于采场边缘附近,更容易导致井孔破坏。采用“抗”和“让”相结合的井身结构、“上止下泄”固井–完井施工工艺以及合理的井位布置等措施,可有效防止卸压开采地面钻井变形破坏,实现瓦斯稳定高效抽采。      

高瓦斯特厚煤层下分层千米钻孔瓦斯抽采技术

针对高瓦斯特厚煤层开采上分层时工作面瓦斯频繁超限的问题,依据上分层开采时,下分层在采动应力作用下的破坏程度及卸压瓦斯运移规律,以亭南煤矿205工作面为试验背景,对下分层千米钻孔瓦斯抽采进行研究。采用理论计算和FLAC3D数值模拟,确定下分层塑性破坏最大深度约为13 m,千米定向钻孔布置的最佳区域在工作面底板以下6~9 m。通过对不同位置千米钻孔在工作面推进过程中的瓦斯抽采量进行现场监测,结果表明,6~9 m的千米钻孔抽采效果最为明显,钻场瓦斯抽采量随工作面推进成指数上升,最终增长到68%左右。千米钻孔瓦斯抽采技术实现了对高瓦斯特厚煤层下分层卸压瓦斯长时间、高浓度抽采。      

高位定向钻孔在综放工作面上隅角瓦斯抽采中的应用

针对王家岭煤矿综放工作面瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯超限的问题,使用定向钻机及机具,利用定向钻进技术进行高位定向钻孔瓦斯抽放。在分析工作面回采过程中瓦斯运移规律的基础上,通过大量现场实践,得出适用于该矿区的高位定向钻孔轨迹布设参数,有效地解决了上隅角瓦斯超限问题,实现高瓦斯矿井工作面安全高效开采。     

定向钻进技术与装备在穿层定向长钻孔中的应用

针对硫磺沟煤矿工作面常规施工单孔深度不足、有效孔段短、钻进施工效率低、钻孔孔径小等诸多问题,提出采用窄体式ZDY4000LD（C）型履带钻机、第二代随钻测量系统（YHD2-1000（A）型）等附属定向设备进行穿层定向长钻孔成孔技术,以提高钻孔成孔精度、钻孔深度,增大钻孔孔径等参数,减小煤层因受采动影响,导致工作面瓦斯涌出量增大的问题。现场试验施工了4个大直径穿层定向长钻孔,孔深300 m以上钻孔成孔率达到100%,孔深最深399 m,最大钻孔孔径193 mm,钻进总进尺1581 m,平均孔深395.25 m,钻孔抽采效率显著增加。其中3号钻孔最大抽采混合流量8.3 m³/min,最大抽采纯量1.6 m³/min,瓦斯抽采浓度51%,瓦斯抽采效果显著。     

高位瓦斯抽放钻孔在降低综采工作面瓦斯浓度中的应用

林南仓属于低瓦斯矿井,但存在高瓦斯区域。煤层和采空区是瓦斯的主要来源,尤以采空涌出量大,给煤矿生产和安全带来了极大隐患。通过在1129综采工作面风道施工高位瓦斯孔,把钻孔打到采空区一侧煤层顶板以上冒落裂隙带内,用钻孔进行瓦斯抽放,使采空内的瓦斯通过裂隙带沿钻孔抽出,有效降低综采工作面瓦斯浓度,保证综采工作面正常回采和安全生产。     

煤油气共生矿井的采面瓦斯涌出预测

以煤系含油气的陈家山煤矿综采工作面瓦斯地质资料为依据,应用灰色系统理论中的关联分析方法,在研究影响采面瓦斯涌出量主控地质与生产因素的基础上,借助人工神经网络理论中的BP网络方法,建立了综采工作面瓦斯涌出量预测的BP网络模型。通过误差分析及实际应用,证明将关联分析与BP网络结合起来开展采面瓦斯涌出量预测是一种可行的方法。      

厚砂砾含水层下特厚煤层综放开采防治水技术研究

水帘洞煤矿地表水系发育,煤系地层上覆的白垩系洛河组和宜君组巨厚层状砂砾岩含水层,含水丰富,对矿井的安全开采构成了威胁。在详细分析矿区顶板含水层特征、隔水层岩性组合特征及隔水性能基础上,采用比拟法计算了综放条件下顶板导水裂隙带发育高度,并用数值法研究了不同采宽条件下顶板导水裂缝带发育规律,预计了工作面涌水量,为评价煤矿综放条件下工作面安全回采可行性提供了科学的依据。     

山东济宁三号煤矿上组煤水文地质条件分析

济宁三号煤矿目前开采的煤层为上组煤的3煤(3上、3下煤),自投产以来,发生多次涌水,如13下01综放面侏罗系底部含水层最大涌水量达533.84m3/h,63下01综放3煤顶板砂岩最大涌水量527m3/h,曾一度出现工作面局部被淹而导致停产,对矿井的安全高效生产构成了极大的威胁。在综合分析研究上组煤顶板各含水层的水文地质特征和充水条件的基础上,认为上组煤(3上、3下煤)开采时的直接充水水源为3煤顶板砂岩含水层;间接充水水源是侏罗系含水层水以及局部地区对侏罗系含水层起补给作用的第四系含水层;部分地区侏罗系含水层被采动裂隙导通而成为直接充水水源,大部分地段第四系底部均为粘土,有效的阻隔了第四系与下伏侏罗系含水层的水力联系,对下伏含水层补给微弱;充水通道主要有断层、采动裂隙、封闭不良钻孔和破坏的井筒。为指导下一步煤矿生产预防水害事故提供了依据。     

孤岛综放面冲击地压前兆信息识别及多参数预警研究

孤岛综放工作面强烈的动压显现使得其发生冲击地压的可能性大大增加,通过运用微地震和电磁辐射综合监测手段分析孤岛综放工作面两次强动压显现事件,获得了工作面煤体发生冲击地压前后能量积聚与释放规律及相应微震和电磁辐射监测数据变化规律,认为工作面煤体发生冲击地压前一般存在一个短暂的能量积聚期,在能量积聚期内微震系统监测到的微震事件的次数和总能量均较少,同时能量积聚期内煤体电磁辐射强度值和脉冲数均持续升高。将工作面微震事件的沉默期以及煤体电磁辐射强度值、脉冲数的持续升高期作为冲击地压的综合前兆信息,并将其转换为量化的预警参数和指标,建立了工作面冲击地压多参数预警方法。现场实践表明,危险识别与灾害预警效果良好。     

易自燃煤层综放工作面采空区自然发火防治数值模拟

本文针对古山矿065-2大倾角易自燃综放工作面上部有小煤窑火区和上分层火区、且自然发火期仅为15d、工作面火灾防治极其困难的问题,采用在采空区埋设束管、取样化验采空区气体成分的方法,得出采空区气体浓度场分布,划分工作面采空区的自燃＂三带＂,计算出工作面日最小推进度为2.54m。运用Comsol软件,通过对采空区氧浓度进行数值模拟,并与实测采空区氧浓度进行对比验证,结果证明基于Comsol模拟采空区氧浓度分布是可行的,为易自燃煤层综放工作面采空区自然发火防治提供了可靠的理论指导。     

大水头煤矿综放工作面瓦斯综合防治技术研究

大水头煤矿为高瓦斯矿井,地质构造复杂,煤层具有自然发火特征,煤尘具有爆炸性。结合煤矿矿井瓦斯地质,确定了适合本矿的综放面瓦斯综合防治技术。在工作面采用一进二回"B"型、一进一回"U"型通风系统以及采前预抽、边采边抽、采空区埋管抽采等综合抽采方法,保证了工作面上隅角、回风顺槽等瓦斯浓度不超限,防止了瓦斯事故的发生,实现了矿井的安全生产。     

大采高综放开采覆岩破坏特征和裂隙演化规律

工作面回采过程中,覆岩破坏特征对于煤矿水灾害和瓦斯防治具有重要意义,为了进一步研究综放开采覆岩破坏特征。以山西某矿5.82m大采高工作面为试验面,采用分段注水、钻孔电视、地质雷达、微震监测探测覆岩破坏高度,对破坏过程进行了数值模拟研究,并对裂隙演化进行了相似模拟试验,同时对传统经验公式进行了修正,研究结果表明:综放开采垮落带发育高度为43.1m,断裂带发育高度为86.7m;垮落带、断裂带、导水断裂带各测试方法之间相差分别小于4.5%、7.1%、9.0%;工作面采动前,裂隙发育度低,而采动后,裂隙数量明显增多,发育度增加;近煤壁区域为裂隙聚集区,密度曲线呈“蛇”型分布;得到新的适合该矿地质条件下的覆岩导水断裂带发育高度经验公式。     

158kHz工作频率在煤层工作面坑透探测中的应用

目前使用的坑透仪工作频段主要集中在300kHz～1 500kHz,该频段对于工作面较宽的煤层或地质条件比较复杂的煤层存在穿透效果较差的缺点。对于大面宽综采工作面（〉200m）,需采用较低频率的坑透仪探测。在淮北某矿366综采工作面的无线电波透视中,选择工作频率158kHz进行测试。应用结果表明该工作频率可以成功圈出工作面存在的地质异常区域。通过与巷道已揭露地质质构造位置进行对比分析,158kHz频率比365kHz频率的探测成果对断层影响区的划分更加准确可靠,说明158KHz坑透对于较宽的工作面和地质条件复杂的煤层工作面探测效果较好。