煤矿井下顶板梳状长钻孔分段压裂强化瓦斯抽采实践

为了解决碎软煤层本煤层钻孔施工困难,瓦斯抽采浓度低,抽采效果差,无法实现大面积区域预抽的问题,在现有煤矿井下定向钻进技术和水力压裂技术的基础上,结合前期研究成果,提出了顶板梳状长钻孔分段水力压裂技术,并在韩城矿区桑树坪二号井进行了现场试验。现场施工顶板梳状长钻孔主孔长度588 m,包含8个分支孔,钻孔总进尺1 188 m,主孔距煤层0~3.28 m,平面上覆盖约12.5 m。采用不动管柱分段水力压裂工艺,分4段进行水力压裂施工,累计注水2 012 m3,最大泵注压力8.74 MPa。压裂后最大影响半径大于30 m,且裂缝主要位于钻孔下方,向煤层延伸。压裂钻孔稳定抽采阶段瓦斯抽采纯量1.18 m3/min,抽采瓦斯体积分数平均43.54%。顶板梳状长钻孔分段水力压裂钻孔瓦斯抽采纯量是水力割缝钻孔的1.2倍,是本煤层顺层钻孔的4.0倍。试验结果表明,顶板梳状长钻孔分段水力压裂技术可有效避免本煤层常规钻孔施工过程中存在的塌孔、卡钻、喷孔等问题,实现了碎软低渗煤层大面积区域瓦斯预抽,为碎软低渗煤层区域瓦斯预抽提供了新思路和新方法。      

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。      

基于MEMS与LwIP的煤矿三分量地震数据采集系统

针对当前煤矿地震数据采集传输系统中数据传输实时性差,数据传输量有限的问题,以及数据采集需要满足多波宽频的要求,设计了基于MEMS与LwIP的煤矿三分量全波地震数据采集系统。该系统由MEMS三分量检波器、数据采集单元、高性能防爆路由器、高性能嵌入式主机及采集控制软件、主机监控软件构成。采用MEMS加速度芯片VS1002作为检波器芯体,利用其高灵敏度、宽频带响应等特点;主机监控软件完成对全波采集单元监控、管理及简单的数据处理功能;全波数据采集单元实现了三分量地震信号的数据拾取、转换、存储和数据输出;系统采用分布式控制方式,可实现系统的灵活组合与拆分,提高了采集信号的质量,增强了在煤矿中的适用范围。实验结果表明:与常规地震采集系统相比,本系统具有抗干扰力强,响应频带宽的特点,可在恶劣环境条件下捕捉到频带较宽的地震信号。      

负角度定向长钻孔瓦斯抽采完孔工艺研究

定向长钻孔预抽煤层瓦斯是实现煤矿瓦斯区域超前治理的有效技术手段,受采掘部署影响,负角度钻孔（下向孔）在生产中应用广泛。中硬煤层成孔性好、通常无需护孔,但针对负角度长钻孔积水问题,现有常规方法均无法有效解决。以贵州龙凤煤矿9号中硬煤层下向长钻孔为研究对象,在同一区域施工2组定向长钻孔,钻孔平均倾角–8°,钻孔孔深240~363 m、垂深40.0 m,对比分析了长距离、大垂深定向长钻孔护孔和未护孔2种完孔工艺的瓦斯抽采效果差异。结果表明:在抽采前期,采取护孔工艺的负角度定向长钻孔平均瓦斯抽采量为2.09 m3/min,未采取护孔工艺的为1.87 m3/min,二者差别不大;但护孔工艺定向长钻孔瓦斯抽采量衰减系数是未护孔的61.54%,以抽采400 d为例,护孔工艺定向长钻孔瓦斯抽采总量是未护孔的1.40倍;经理论计算,采取筛管护孔工艺钻场抽采达标时间比未护孔钻场缩短了157 d。从长期抽采效果来看,在缺乏有效排水措施的前提下,采取护孔工艺能够有效提高负角度定向长钻孔的瓦斯抽采效果。      

我国煤矿区矿井水污染问题及防控技术体系构建

煤炭开采必然产生大量的矿井涌水,我国目前的矿井水整体上表现出水质相对较差、水处理成本较高等问题。首先明确了我国典型矿区矿井水水质的主体特征:常规离子是造成矿井水水质差的主要化学组分;矿井水中有毒有害物质占比小,且基本优于地下水Ⅲ类水质量标准。其次,详细探讨了我国矿井水水质形成、演化的几个科学问题,包括不同水文地质结构下物理–化学作用所起的主导作用,时间效应对水质演化的影响,微生物群落结构特征及其与环境因素的相关关系,水动力场–化学场–微生物场–温度场的多场耦合问题等。接着重点介绍矿井水污染防控的技术方法,以减少矿井突(涌)水量和水资源保护为前提,以实现煤–水双资源协调开采、煤炭绿色开采为目标,以矿井水“阻断、减量、保护”为主要防控思路,围绕煤矿区矿井水阻断技术、污染负荷减量技术、污染区修复治理等科学问题展开分析;通过各种现有技术、方法、工艺,最大可能地降低吨煤矿井水处理成本,如采用井下预处理、地面深度处理、超深回灌封贮、生态资源化利用等。最后,提出研发煤矿区地下水及污染物的阻断材料和吸附材料、注浆装备、监测设备、投料设备、原位取样检测设备等,形成我国煤矿区矿井水污染防控技术体系。该技术体系的构建可对煤矿绿色开采、煤矿区深层地下水污染防控、闭坑矿井水污染防控、矿区地下水资源及生态环境保护利用等提供理论及技术支撑。      

煤矿区碳排放的确认和低碳绿色发展途径研究

开展煤矿区碳排放的系统评价和减排路径的综合分析,是落实我国碳达峰与碳中和愿景的具体行动。针对煤矿区碳排放源边界不清、核算模型缺乏及碳中和背景下发展方向等问题开展分析。通过文献查阅、资料收集等方法,厘清煤矿区碳排放源边界,并建立碳排放量核算模型,明确煤矿区低碳绿色发展方向。结果表明:煤矿区碳排放(CH₄和CO₂)来源可划分为自然排放和人为排放两大类,并细分为5种类型,针对不同碳排放源提出相应的数学模型;同时煤矿区要加大节能和低碳技术的投入,提高综合资源的利用程度和瓦斯的监测力度,加强绿色矿山修复和建设,积极参与碳市场和碳排放权交易及培育适应市场的管理模式等一系列措施,逐步实现低碳、绿色产业体系;此外,煤矿相关单位应高瞻远瞩,深入分析并发挥政府的低碳环保政策的作用,与相关高校加强合作,在我国碳减排目标下,大力推动煤制氢技术的发展,突破CO₂-ECBM和CCUS关键技术中的运输、封存选址、安全稳定性评价、成本降低等瓶颈问题,以期在双碳背景下碳减排过程中实现经济、环保双重效益。      

自由球止回阀高压注浆管路混合装置的研发与应用

为解决煤矿防治水注浆工程中多泵注浆情况下,注浆管路在高压状态下能够随时实现增加或减少注浆泵的难题,提高注浆质量和效率,研制了自由球止回阀注浆管路混合器,并在冀中能源东庞矿西庞井防止水注浆工程中成功应用,与传统混合器相比表现出诸多优点,具有巨大的应用价值和推广空间.     

中国省域煤矿事故时空分异特征及影响因素研究

煤矿事故给国家和人民带来巨大的生命财产损失,科学把握煤矿事故发生的宏观规律及区域煤矿安全的影响因素有助于促进煤矿安全生产。本文尝试采用GIS空间分析方法开展区域煤矿事故的研究,基于空间自相关性、时空演化规律方法研究了2006-2015年中国省域煤矿事故的时空分异特点,并分析了省域煤矿安全的影响因素及相对风险度。主要结论：①中国各省区之间煤矿事故存在明显的空间自相关性,但随着各省区煤矿安全生产形势改善情况的不同,其自相关性在不断下降;②以空间重心转移曲线分析中国煤矿事故发生的时空演化规律,10年间煤矿事故空间重心向东北方向转移。③重特大事故频发的省区由于监管措施的有力执行往往具有较低的煤矿百万吨死亡率;平均煤矿生产能力低的省区具有较高的煤矿百万吨死亡率;④建立基于解释变量的贝叶斯空间模型,以煤炭百万吨死亡率为指标评估中国各省区煤矿事故相对风险度,中国煤矿安全生产相对危险度存在明显的空间分布规律且各省区差异较大,相对危险度较高的省区主要集中在南方地区,包括湖北、福建等,危险度较低的省区主要集中在中东部地区,包括山西、内蒙古等。     

煤矿区地灾预警研究通过国家评审

日前,河南理工大学邹友峰教授承担的《煤矿区地质灾害与环境信息协同处理及预警基础研究》通过专家评审。     

山西强制"煤老板"化零为整

7月23日,山西全省11个地级市的兼并重组整合方案全部通过审查。省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室称,各成员单位还将采取联合办公的方式,加快审批进度。到8月底,所有整合主体全部到位,进入实施阶段。