淮南矿区软煤气动定向钻进技术与装备研究及应用

针对淮南矿区利用顺层定向钻孔对工作面和邻近巷道条带煤层瓦斯消突(简称“一孔两消”)的需求,提出了利用气动定向长钻孔实现“一孔两消”的技术思路。在前期气动螺杆定向钻进工艺试验基础上,开发了一款宽度仅为1.1 m、主轴倾角可在±90°范围内无级调整、具备50 m最大遥控距离的窄体全断面遥控定向钻机;优选了杆体直径73 mm、螺旋翼片外径82 mm的?73/82 mm螺旋气动螺杆钻具,最大转矩可达256 N·m;研制了集除尘系统、压风监测系统和油雾润滑系统为一体的多功能除尘车;改进了电磁波随钻测量系统供电电池,提高了系统使用时间和稳定性;开发了碎软煤层双动力复合强排渣技术和定向钻孔长距离筛管完孔技术。利用成套装备与技术在淮南矿区潘三煤矿1682(1)运输巷开展软煤气动定向钻进技术与装备的试验,先后完成16个孔深为240 m以上钻孔,试验总进尺4 548 m,煤层钻遇率达93.1%,所有定向孔全程下筛管,最大钻孔深度423 m。试验过程中即开始连抽,统计期间,抽采平均浓度(体积分数)60%,最大达到81%,抽采混合量基本维持在1.5 m3/min,平均抽采纯量0.9 m3/min,最大抽采纯量...     

淮南张集矿区煤中微量元素的含量分布特征分析

在采用ICP-AES对张集7个煤层144个样品微量元素含量测试分析的基础上,探讨了元素在不同煤层中的变化规律及其在煤层对比中的应用。结果表明:张集矿区煤中元素B、Se和As含量偏高;不同煤层中微量元素含量变化较大,但具有一定的规律性,其中在9煤层中元素Ba和Cr含量最低,Mn、Zn、As和Se含量相对较高,可以利用这些元素分布特征来区别和划分相邻煤层。     

黔北矿区煤层顶板水平井钻井关键技术

煤层气顶板水平井是解决松软煤层煤层气开发的主要途径之一。针对贵州黔北矿区复杂的地质和储层条件,为解决煤层顶板水平井漏失、井眼轨迹控制和固完井困难等问题,开展并形成了以轨迹精细控制为核心,以防漏堵漏、偏心连通和固完井等技术配合的成套黔北矿区煤层顶板水平井钻井关键技术。结合现场钻井实践,成功解决了水平井钻井施工中诸多问题,钻井周期明显缩短,经济效益明显提高。研究成果为贵州煤层气钻井和开发提供了新途径,也为高瓦斯矿井地面治理开辟了新的方向,具有显著的应用和推广价值。     

南屯煤矿下组煤开采水文地质条件

分析了兖州南屯煤矿下组煤开采的水文地质条件,绘制了下组煤灰岩厚度等值线图、单位涌水量等值线图、灰岩含水层渗透系数等值线图、14灰至奥陶系间距等值线图,分析了隔水层、断裂导水的可能性,总结了南屯煤矿下组煤水害特征以及对安全生产产生的影响特性.     

红山煤矿石门揭突出煤层综合防突技术

煤矿井下石门揭煤诱发的煤与瓦斯突出是一种十分复杂的矿井地质动力灾害,严重威胁着煤矿安全高效生产。选取辽宁红山煤矿为工程背景,运用FLAC^3D模拟分析矿井南翼瓦斯突出危险区石门揭12煤过程中围岩力学响应特征,揭示石门揭煤突出机理,提出瓦斯预抽措施配以改进金属骨架的综合防突技术方案。研究结果表明：石门揭12煤期间,工作面超前支承压力随石门掘进动态前移,距煤层6 m范围内,工作面前方围岩掘进扰动强烈,煤体出现明显应力集中现象,垂直应力为15~19 MPa,已超过煤体强度。同时,石门工作面围岩变形量急剧增大,顶板下沉位移为15~92.22 cm,煤体弹性变形能积聚;工作面围岩塑性区范围也迅速扩展,在石门中线垂直剖面上的面积为10~50 m²,裂纹贯通形成碎煤射流通道。综合模拟结果可知,石门揭12煤过程中煤体承载较高集中应力和瓦斯压力,且储存大量弹性变形能,极易诱发突出。基于此,在传统瓦斯预抽防突措施的基础上,对现有金属骨架防突技术进行改进,使其同时具备瓦斯预抽、煤体固化和超前支护的综合防突作用,并通过现场应用取得了良好效果,为类似条件石门揭煤防突研究提供重要借鉴和参考。     

宁武煤田平朔矿区9号煤中锂的富集机理

从宁武煤田平朔矿区的9号煤中共采了58个煤样,通过光学显微镜、逐级化学提取、SEM-EDX分析、X射线粉末衍射和ICP-MS技术对这些样品进行分析。结果表明9号煤中Li的平均含量达到152 mg/kg,9号煤的点储量为36.7亿吨,Li O2的量达119.5万吨,也就是说煤层中锂的储量约为55.8万吨;逐级化学提取过程的结果表明,Li的富集主要与无机物有关,只有约5.5%的锂具有有机亲和力,这些无机矿物是高岭石、勃姆石、绿泥石族矿物、石英、方解石、黄铁矿以及无定形粘土状矿物等,在含锂煤层中,锂可能被粘土矿物吸附;根据古地理研究,9号煤中锂的最初来源可能是阴山古陆,盆地北部本溪组中的铝土矿可能是锂的直接来源。     

淮南煤田煤矸石中环境意义微量元素的丰度

淮南煤田矿区开采历史长,煤矸石累计堆存量大,从环境意义角度研究该矿区煤矸石具有其典型性和现实性.根据煤矸石来源、矿区主采煤层和岩性特征,在井下煤系地层系统采集原始煤矸石样品44件,运用现代环境微量元素分析技术(INAA和ICP-MS)测定了煤矸石中46种微量元素,并用冷原子吸收法分析Hg、选择性电极法分析F.进而筛选出11种具有环境意义的有害元素:10种金属元素(Cd、Cu、Ni、Sn、Hg、Mn、As、Cr、Pb、Zn)和1种非金属元素F.并以总量法初步预测和评估这些元素的含量水平和潜在的环境影响.与淮南煤及其土壤、世界煤、华北泥岩的对比可知,煤矸石中Cd、Cu、Mn、Ni、Pb、Sn等超出土壤背景值,有必要对这些元素在矿区环境污染迁移性和累积件的环境效应进行深入调查研究.     

两淮煤田煤层底板灰岩水害区域超前探查治理技术

煤层底板灰岩水害区域超前探查治理技术是近几年刚刚兴起的一种灰岩水害防治新技术,具有探查治理时间超前、探查治理空间范围大、水害隐患整体消除效果好等特点。分析了两淮煤田煤层底板灰岩水害基本特征,研究了煤层底板不同类型灰岩水害区域超前探查治理的技术方法和工程工艺。提出针对淮北煤田煤层底板存在高压复合强富水薄层灰岩含水层水害威胁的矿井,应采用定向水平井钻探和\     

坚硬顶板薄煤层条带开采技术在杨庄煤矿中的应用

杨庄煤矿村庄下压煤具有典型的坚硬顶板薄煤层特点，具有控制地面沉降，保护地面设施的有利条件，在矿井地质与水文地质条件较为复杂的情况下，对村庄下压煤选择了条带开采技术，成功地解决了村庄下大量压煤和村庄下不搬迁开采问题，为该村庄下压煤开采积累了经验。     

急倾斜A组煤层开采底板岩溶水水害防治研究

孔集井田A组煤层不仅隐伏于含水砂层组之下,而且处于灰岩含水层之上,水文地质条件极复杂,受水害威胁大.为安全开采A组煤层,对底板灰岩岩溶水采取疏水降压,疏干底板移动角以上C3Ⅰ组灰岩水的防治方法,获得了非常好的效果.     

高分辨率三维地震在淮南煤矿采区勘探中的应用

介绍了在地震地质条件较好的情况下,高分辨率三维地震勘探在淮南煤田的应用.成果表明,所得地质资料可靠程度较高.     

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。      

煤与瓦斯突出过程中的瓦斯压力效应

为探讨煤与瓦斯突出过程中的瓦斯压力效应,利用自行研制的煤岩瓦斯动力灾害模拟试验系统和配比而成的中硬度的大型煤样,在煤样的含水率、配比方案、煤样成型压力等参数均恒定的条件下,恒定3种轴向载荷时,开展了5种不同瓦斯压力梯度的煤与瓦斯突出的相似模拟实验。实验表明,煤与瓦斯相对突出强度存在一个瓦斯压力阈值,超过此阈值时,随着瓦斯压力的增大则相对突出强度大大增强,且相对强度与瓦斯压力呈现正指数的关系;瓦斯压力作为突出发生的动力并对突出煤粉有一定的粉碎和搬运作用,可形成腹大口小的倒梨形突出孔洞;轴向应力对中硬度的含瓦斯煤岩体的突出具有正作用。     

Mining thin sub-layer as self-protective coal seam to reduce the danger of coal and gas outburst

In response to the severe situation of coal mine gas disaster in China, a new method of reducing the danger of coal and gas outbursts and improving gas drainage and utilization in coal mines was introduced in this paper. The main idea of this method is to mining thin sub-layer as self-protective coal seam to eliminate or reduce the danger of coal and gas outburst. This method can be implemented by drills along seam and hydraulic jet when the mined seam with a relatively weak risk of coal and gas outbursts is soft or has a soft layer. This method was first applied in the Yian mine to verify its effectiveness. The results of application showed that mining thin sub-layer as self-protective coal seam can effectively eliminate the danger of coal and gas outburst and improve gas drainage and utilization. As this method needs less time and lower cost than conventional protective layer mining, it is of great significance for mining coal seam with the danger of coal and gas outburst.     

新密矿区低临界值瓦斯动力现象及机理

本文从区域构造演化及构造特征、\     

煤层底板水害超前区域治理理论框架与关键技术

特厚煤层采场空间大、扰动范围广,强烈大变幅荷载易导致底板断层破裂加剧并诱发水害。数值模拟是揭示特厚煤层底板断层活化与突水机理的重要方法,准确反映大变幅加卸载下岩体破裂与裂隙水耦合特征是其合理性的关键。构建损伤变量与塑性应变、应力之间的相关关系,得到完整岩块的拉、加压卸载损伤演化方程;以平方拉剪应力与Benzeggagh-Kenane为初始、完全断裂准则,建立塑性位移与强度劣化关系,建立加卸载韧性断裂本构关系;基于实验数据建立贯通裂隙加卸载剪切本构关系。以基本方程与状态方程为基础,结合浸没边界方法,形成裂隙岩体水力学模拟理论。由此编制流体动力学−有限离散元CFD-FDEM耦合程序,模拟研究特厚煤层底板断层活化突水过程。结果表明：CFD-FDEM耦合程序可数值实现特厚煤层底板断层从(准)连续体到离散体转化,以及断层带裂隙水运移过程。底板断层采动破坏包络线呈W形,最深位于断层及其上盘(48.6 m),最浅位于断层下盘(23 m)。特厚煤层采场底板断层及其上盘受到较大超前集中应力,而后在采空区内大幅卸载,导致该位置出现显著二次破坏,并形成主要导水通道。研究成果为特厚煤层工作面底板断层水害防治提供理论支撑。

     

煤层底板水害超前区域治理理论框架与关键技术

随着我国华北型煤田浅部煤炭资源开采殆尽,深部煤炭资源受底板灰岩岩溶水害威胁严重,常规井下直孔注浆方式存在施工位置受限、钻遇含水层孔段短、注浆盲区大、目标位置不准确等问题。为此,提出了基于顺层定向钻孔进行注浆改造的超前区域治理技术,系统研究了顺层近水平注浆孔浆液运移规律、底板水害超前注浆模式、注浆参数控制工艺、隐伏导水通道超前判识探查与注浆效果检验与评价等。通过系统研究,构建煤层底板水害超前区域治理理论框架与技术体系,具体包括5方面内容:提出煤矿底板水害超前区域治理模式分类和选择准则,概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式;形成隐伏导水通道水平定向钻超前判识治理技术;建立超前区域治理关键注浆参数控制工艺体系;提出了注浆全过程的多指标定性、定量效果检验与评价技术。上述研究成果在煤层底板水害超前区域治理工程中成功应用,对底板水害超前区域治理起到重要的理论和技术支撑作用,为我国华北型煤田深部煤炭资源安全开采提供保障。     

Geological characteristics of the main aquifer coal seam in the Ordos Basin coalfield,China

The main aquifer coal seam within the Ordos Basin (OB) coalfield, China, is an extremely rare example of a hydrogeological feature that is found relatively recently during basin development. Mine water gushed from this coal seam during the construction and production phases of the coalfield. However, because this seam has traditionally been considered as an aquifuge, the special geological conditions it creates have led to a range of new challenges in mine water disaster prevention, control, and management as characteristics of both confined and unconfined aquifers are evident. The aim of this paper is to reveal the causes underlying the formation of this main aquifer coal seam by analyzing hydrodynamic conditions, hydrogeological structures, and the surrounding lithological association. In addition, the particular geological conditions created by the presence of this feature are discussed, with emphasis on their influences on mine construction and production. This study provides an important theoretical basis for the future study of mine water disaster prevention as well as a potential method for disaster control that can be applied in the case of particular hydrogeological conditions.