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。     

高瓦斯面顶板走向钻孔抽放数值模拟与试验

高瓦斯矿井"U"型通风工作面采空区上隅角容易积聚瓦斯。以渗流理论为基础,根据气体扩散定律和质量守恒定律,建立了顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯流场数学模型,并用6点隐式有限差分法进行了求解。以VB6.0为平台,利用工程软件SURFER模拟了抽放钻孔周围瓦斯压力场,并在现场进行了工业试验。理论研究与现场实践均表明:顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯是解决高瓦斯工作面上隅角瓦斯积聚的一种行之有效的措施;顶板裂隙程度和状态是影响瓦斯抽放量的主要因素,将钻孔布置在适当的裂隙带中,瓦斯抽放浓度可达30%～90%,抽放负压可达50～55 kPa;数值模拟方法研究采空区瓦斯运移等工程实际问题是可行的。     

顶板近水平长钻孔替代闭式高抽巷进行瓦斯抽放的试验研究

介绍了顶板近水平大直径长钻孔瓦斯抽放的试验情况,论证了长钻孔抽放瓦斯的可行性,认为采用“以孔代巷”抽放瓦斯这一新技术是合理的,并总结出了合理的钻进工艺参数。     

抽放瓦斯顺煤层长钻孔施工技术

介绍了抽放瓦斯顺煤层长钻孔试验情况。在试验中使用定向钻进技术施工了3个钻孔,有1个试验孔深度达509.03m,是目前国内最深的全煤层长钻孔,平均纯钻进时效24.4m/h。这些抽放孔的瓦斯涌出量均达到2.0~2.5m³/min。     

抽放瓦斯定向钻孔施工技术的研究

介绍了抽放瓦斯定向钻孔施工技术的主要设备、钻具及仪器，组合钻具及钻进工艺参数，并通过几个工程实例，说明了该项技术的应用效果。     

煤矿瓦斯抽放的计算机优化和管理平台

服务于高瓦斯矿井的现代化抽放系统应该至少具备 3个条件:合理的抽放技术;先进的抽放设备;以及为完成设备操作和实施抽放技术而制定的各项操作规程、作业规程和相关管理制度。三者之间通过优化实现最佳配置。本文论述了利用计算机技术实现抽放技术优化和抽放管理强化的基本方法,讨论了实现高效瓦斯抽放的技术途径。      

煤矿井下大口径瓦斯抽放孔钻探工艺

大口径瓦斯抽放孔抽放效果已接近高抽巷,而投资却是高抽巷的1/3,且施工简单,周期短。大口径井下钻探设备已具备,结合阳泉矿区的井下条件,探讨了钻头、钻杆的选择,扶正器的使用和钻进参数的选择等大口径钻进工艺问题。     

阳泉矿区瓦斯抽放方式及优选原则

针对阳泉矿区瓦斯赋存特点,通过对比分析各类瓦斯抽放方式指标,从而得出经济、技术可行的最优抽放方式;阳泉矿区单一煤层采用U+L型通风方式的工作面,大口径钻孔抽放方式是最佳选择和发展方向;15#煤层综放工作面采用U型通风方式和走向顶板岩巷抽放方式比较优越。      

大直径高位钻孔瓦斯抽放技术在特厚煤层矿区的应用

针对郭家河煤矿1303工作面瓦斯涌出量大、上隅角及回风流瓦斯超限的问题,通过对高位钻孔瓦斯抽放原理及参数进行分析计算,并结合工作面生产情况,应用实践了常规高位钻孔及大直径高位钻孔瓦斯抽放技术。实践结果表明,大直径高位钻孔抽放效果远胜于常规高位钻孔,并有效地解决了瓦斯超限问题,改善了工作面的安全生产状况。     

煤矿井下瓦斯抽放钻孔孔内事故的预防及处理

随着井下瓦斯抽放孔钻孔深度和施工总进尺逐年增加，钻进过程中遇到砂质泥岩、页岩等松软遇水膨胀复杂地层的情况经常出现，又因施工地层多为瓦斯富集地层，容易造成喷孔、塌孔、卡钻、埋钻等孔内事故。阐述了复杂地层施工瓦斯抽放钻孔经常遇到的一些孔内事故的预防及处理措施。     

高瓦斯矿井采空区瓦斯排放的数值模拟应用

以寺河矿采空区瓦斯抽放设计为例,建立了非均质采空区渗流-扩散的有限元数值模型,直观地描绘了采空区瓦斯涌出过程、瓦斯分布规律及其在采空区回风隅角瓦斯积聚的流体力学原理。模拟结果表明,在工作面后方利用回风联络巷依次进行漏风导流和瓦斯抽放,可大幅度降低采空区回风隅角瓦斯浓度;同时漏风导流可以充分抑制采空区瓦斯涌入工作面,并能够降低抽放巷道的配风量。针对高瓦斯矿井采空区瓦斯排放问题,提出了“边采边抽动排”的综合治理采空区瓦斯的设计方案,给出了瓦斯抽放最佳位置范围、抽放流量和导流风量最低临界限。     

双层地基水平排水砂垫层位置优化研究

针对吹填土地基内水平排水砂垫层位置的优化问题,考虑双层地基内设置单一砂垫层的情况,采用分离变量法求出了地基超静孔压和平均固结度的解析解答,通过解答退化和有限元方法验证了解答的正确性,并讨论了下层与上层地基的渗透系数之比a、体积压缩系数之比b和厚度之比c对砂垫层最优位置的影响,最后通过算例对比了砂垫层设置在不同位置时地基的固结效率。结果表明:同一时间因数下,下层与上层地基的渗透系数之比a<1时,砂垫层的最优位置随着a的增大逐渐向下移动,a>1时,则相反;下层与上层地基的体积压缩系数之比b<1时,砂垫层的最优位置随着b的增大逐渐向下移动,b>1时,则相反;下层地基的固结系数较大时,在固结前期,砂垫层的最优位置随着下层与上层地基厚度之比c的增大逐渐向上移动,在固结后期则相反。算例计算结果显示:地基固结度达到90%时,砂垫层设置在最优位置相比未铺设砂垫层能节省大量时间。     

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。     

煤层气羽状水平井开采数值模拟研究

建立了煤层气定向羽状水平井开采的数学模型,该模型考虑了地层非均质和各向异性的影响、渗透率的压力敏感性和主支、分支井筒内压降影响;本文给出了数值模拟方法,实现了数值模拟计算;并分别对理论模型和樊庄区块煤层气试验区所设计的羽状水平井进行产能预测,证明了模型及算法的正确性。     

地下工程渗流排水孔数值模拟的隐式复合单元法

根据渗流基本原理,提出了排水孔在地下工程中渗流数值模拟的隐式复合单元法。将排水孔隐含于模型网格中,得到排水孔在模型中的数据信息。判断所有排水孔与单元的相对位置,通过修正排水孔所穿过单元的渗透传导矩阵来模拟排水孔的强排水效果,并通过实例对排水子结构法和隐式复合单元法进行了比较。运用编制的三维有限元计算程序对某地下水电站厂房渗流场及排水孔进行了模拟,结果表明,采用隐式复合单元法对排水孔进行模拟是可行的。     

煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,引入煤体孔隙变形与透气性演化的耦合作用方程,建立了考虑煤层吸附、解吸作用的含瓦斯煤岩固-气耦合作用模型。应用该模型模拟研究了不同压力影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,其结果对于深入理解瓦斯抽放作用机制并采取相应的瓦斯预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义。     

边坡水平排水孔幕的渗流计算

为了简化边坡水平排水孔幕的渗流计算,根据排水孔两侧水位曲线对称的特征,选取隔离体来模拟研究边坡中地下水的运动规律。将排水孔视作强透水的管状渗透介质,建立隔离体的渗流模型,采用数值法模拟分析水平排水孔幕工作时渗流场的分布特征。实例表明,该方法合理有效,可用于边坡水平排水孔幕系统的排水效果评价及边坡水平排水孔幕系统的合理设计。      

水平井网状裂缝储层双侧向响应特性研究

网状裂缝型储层具有良好的油气储集能力且广泛存在。双侧向测井能够有效地识别裂缝。采用三维有限元素法对水平井网状裂缝型储层的双侧向响应进行数值模拟,并重点对网状裂缝中流体电阻率、基岩电阻率及裂缝倾角等因素变化所引起的响应特性进行了研究。数值结果分析表明,随着裂缝中流体电阻率增加,视电阻率值相应增加,但增加幅度不大;随着基岩电阻率的增加,视电阻也会随着增加,当基岩电阻率较小时,基岩电阻率的影响会降低;两组裂缝为低角度裂缝时,形成的网状裂缝对电流的阻碍能力较强。所得结论可为水平井网状裂缝型储层测井评价提供理论参考。