保护层保护效果分析与瓦斯抽采技术

针对长平矿3#煤层是高瓦斯、低透气性的较难抽采煤层问题.基于3#煤层条件、地质条件及瓦斯条件应用保护层开采理论,确定了3#煤层通过下保护层开采治理瓦斯灾害.通过数值模拟等方法分析了保护层开采对3#煤层的保护效果与煤层透气性变化.根据3#煤层与保护层开采的工程条件提出了3#煤层卸压瓦斯抽采方案,为长平矿3#煤层瓦斯治理提供技术支持.     

平顶山矿区远程保护层开采保护效果试验分析

保护层开采是区域性防治煤与瓦斯突出等动力现象的有效措施。针对平顶山矿区煤层群开采的现状,对远距离下保护层的开采问题进行探讨。依据平顶山矿区某矿丁、戊组煤(间距90 m)的开采现场,对下保护层开采后其上覆远距离煤层的卸压效果进行了研究。通过现场矿压观测及瓦斯参数测试,结果表明:平顶山矿区虽煤层有效间距较大,但卸压效果依然明显,矿压显现降低,煤层透气性系数显著增加1 000倍左右,也充分表现了煤层卸压增透的特征,并采取合理的卸压瓦斯抽采方法,可以消除煤层突出危险性。     

保护层开采瓦斯治理与保护范围考察

保护层开采是突出煤层开采最为经济合理的卸压措施.本文在对淮北矿业集团某矿82采区的保护层与被保护层工作面空间关系特征分析基础上,提出了对无突出危险性的保护层6_1煤瓦斯的"风排+采空区埋管抽采+高位钻孔抽采"和被保护层7_2煤瓦斯的"底板岩巷密集型穿层钻孔抽采+顺层钻孔抽采"相结合的瓦斯治理方案,并在保护层6_1煤开采过程中对被保护层7_2煤的有效卸压范围与残余瓦斯压力进行实地考察.通过保护范围与保护效果考察发现:被保护层7_2煤有效卸压范围与残余瓦斯压力均满足《防治煤与瓦斯突出细则》对保护层效果考察要求,为安全高效开采82采区煤炭资源提供了可靠保障.     

不同间距上保护层开采卸压效应UDEC数值模拟

为了对比研究不同间距上保护层开采时对被保护煤层的保护效果,利用UDEC软件对不同间距上保护层开采卸压效应进行了数值模拟,得到不同间距保护层开采时,被保护层在开采过程中的垂直应力和位移变化规律,结果表明:上保护层开采后,采空区下部的被保护层垂直应力随间距的减小而减小,垂直位移随间距的减小而升高.并且模拟得出开采后不同间距被保护层的卸压率、卸压角和变形膨胀率,为预防煤与瓦斯突出,优化卸压瓦斯抽采系统,提高卸压瓦斯抽采质量浓度、抽采量以及抽采率提供了一定理论依据.     

近水平远距离下保护层开采卸压边界的研究

运用固流耦合理论对某矿东四采区11-2煤远距离下保护层开采过程中的被保护煤层(13-1煤层)卸压保护边界进行数值模拟分析,以数值分析结果为基础对被保护层边界范围内的煤岩及瓦斯动力参数现场测试,通过研究结果发现,在目前大规模运用底板穿层钻孔情况进行抽采的条件下,沿用的前苏联细则规定关于近水平煤层卸压角的数据偏保守。该研究结果能为类似近水平煤层条件下保护层开采确定被保护煤层的边界提供参考。     

保护层开采效果测评方法研究

为深入分析保护层开采的实施效果,依据煤岩卸压变形理论和瓦斯运移特性,建立了保护层开采测评指标体系,对效果测评指标的现场实测方法进行分析。研究结果表明:测评体系包括保护范围和保护效果两部分,其中瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数、煤层顶底板相对变形、瓦斯抽放量、突出指标的变化等因素可作为效果考察的现场测评指标。保护层开采后,应首先明确其保护范围,然后再对保护效果分别从煤体力学特性、煤层瓦斯特性和煤层开采动力特性3方面进行综合分析,按照现场实测值与指标临界值的对比,即可系统地定量评价保护层开采的效果。     

基于初采瓦斯涌出确定上保护层走向卸压角

本文针对保护层开采卸压范围现场考察困难的现状,提出了基于初采瓦斯涌出规律确定上保护层走向卸压角。并结合青东煤矿上保护层开采实践,通过数值模拟分析了工作面初采过程中底板卸压规律;理论计算及现场统计分析了初采期间瓦斯涌出规律,并根据初采瓦斯涌出数据确定了被保护煤层初始卸压时上保护层工作面的推进位置,以此计算了上保护层走向卸压角。通过现场合理布点,测试了上保护层工作面回采过程中被保护煤层瓦斯压力动态变化规律,同时测试了走向卸压边界区域瓦斯压力及含量的分布规律,根据实测结果确定了走向卸压角。对比分析可知,基于初采瓦斯涌出确定的上保护层走向卸压角与现场实测结果相吻合,验证了该方法的准确性。     

远程覆岩卸压变形及其渗透性研究

运用数值模拟和现场试验相结合的方法，对下保护层开采所引起远程覆岩的卸压变形及其渗透性变化进行了分析与研究。结果表明：下保护层开采将使覆岩产生不同程度的卸压，卸压煤（岩）体产生膨胀变形，生成大量的次生裂隙；同时也导致了水平位移的产生，形成了丰富的竖向裂隙，从而使煤（岩）体的渗透性得到极大的提高。因此，在高瓦斯煤层群条件下，利用下保护层开采所引起的“卸压增透增流”效应，同时结合合理有效的瓦斯抽放方法，可以实现煤与瓦斯两种资源的安全高效共采。     

近距离上保护层开采下伏煤(岩)裂隙时空演化过程分析

为研究近距离上保护层开采下伏煤(岩)的裂隙时空演化特征,以平煤五矿为例(保护层与被保护层平均层间距为8 m),利用3DEC软件模拟不同开采距离下伏煤(岩)裂隙发育及分布特征,统计被保护层穿层斜交卸压瓦斯钻孔的抽采数据并对保护层开采效果进行验证。结果表明,随着保护层工作面的不断推进,底板岩层内裂隙逐步发育并向深部延伸;从回采8 m开始,被保护层己16-17煤层已出现裂隙发育,当回采18 m时,己16-17煤层内横向裂隙和垂向裂隙发育明显;然而,当回采24 m时,由于采空区上覆岩体的垮落压实作用,底板岩层内的裂隙将发生闭合现象。沿着水平方向,底板岩层裂隙依次可以分为原始状态区、高强度卸压增透区和重新压实区。随着卸压效果越来越明显,被保护层月瓦斯抽采量由2014年6月至11月逐渐增大,最大值达到每月174 400 m3;之后,由于被保护层裂隙闭合,每月瓦斯抽采量开始降低,并逐渐稳定在每月50 000 m3左右。     

保护层开采穿层拦截钻孔替代底板抽采巷瓦斯治理技术

保护层开采过程中,上覆煤岩体收采动卸压影响,煤体发生膨胀变形,煤层透气性大幅度增加,透气系数增大引起瓦斯流量增大,发生卸压增流效应。这样有利于瓦斯的抽采,通过高效的瓦斯抽采方法,可以达到消除被保护层煤与瓦斯突出危险性的目的。其中,使用底抽巷结合网格式上向穿层钻孔作为一种高效     

盘江矿区近距离多煤层下保护层开采可行性分析及技术实践

在分析近距离煤层群上行开采机理与可行性的基础上,为尽可能减少多煤层高瓦斯矿井开采期间瓦斯事故,探讨了开采多煤层保护层的方法.通过贵州盘江矿区金佳和月亮田两个矿井实践,采用上行卸压开采的技术方案,解决了开采中所产生的瓦斯突出、煤尘爆炸等问题,并在总结生产实践的基础上,提出了合理的开采方案及适用条件,研究成果对煤矿安全高效生产及相关环境控制都具有重要的意义.     

不同采高上保护层开采卸压效应的UDEC数值模拟研究

利用UDEC软件对不同采高上保护层开采卸压效应进行了数值模拟,得到了在不同采高的上保护层开采时,被保护层在开采过程中的应力和位移变化规律,结果表明：上保护层开采后,采空区下部的被保护层垂直应力随着采高的增加而减小,垂直位移随着采高的增加而升高.为预防煤与瓦斯突出,优化卸压瓦斯抽采系统,提高卸压瓦斯抽采浓度、抽采量以及抽采率提供了一定理论依据.     

薄煤层综采工作面安全高效开采在潘二矿的应用

由于薄煤层赋存条件为不稳定或极不稳定型,开采难度较大,已成为制约淮南矿区主采煤层安全高效开采的瓶颈。通过对薄煤层安全高效开采的实践应用,不断总结经验,逐步形成薄煤层作为保护层开采的瓦斯抽采技术体系,有利于矿区持续稳定健康发展。     

Experimental Research on Methane Control of Mining Upper Protective Layers

In order to solve coal and gas outbursts during mining coal seam,studying on related problems were carried out. According to the theories of mining upper protective layer,proper mining plan were designed and performed through field experiment. By means of examining several parameters obtained from the field experiment,the protective effects were evaluated and the protective scope and related parameters were determined. The results of field experiment show that the danger of outbursts was evidently eliminated and the method of mining protective layers is effective and the safety and economic benefits are remarkable. The research has really applied worth and will give beneficial references to mining area with analogous conditions.     

急倾斜单一厚煤层采后下部自保护范围的研究 渗透特性的影响

急倾斜单一突出厚煤层一般采用水平分层或斜切分层进行开采,其区域防突措施确定的关键在于确定其采动影响下的自保护范围.以湖南省南阳庙煤矿为例,进行了回采工作面煤的工业分析和采后瓦斯残余参数观测,UDEC数值模拟和实验室相关数据测试等一系列研究,研究表明：在采用水平分层或斜切分层采煤法开采后,其分层相当于保护层的开采,下部1~2个分层均处于被保护层的保护范围之内,大大简化了防突工程.研究结果可为急倾斜突出煤层区域防突措施的制定提供理论依据,对急倾斜突出煤层的安全生产具有一定的理论意义和实际意义.     

大倾角储层煤层气多层合采产量控制地质与工程因素

针对大倾角储层煤层气多层合采的特点，以库拜煤田煤层气井的实际排采动态资料为基础，通过分析排采动态典型指标与地质要素和工程要素之间的关系，剖析了库拜煤田大倾角储层多层合采煤层气井产能的控制因素，并用灰色关联分析定量评价了各影响因素的重要性。结果表明：（1）大倾角储层煤层气合层排采产量与单井动用资源丰度、储层压力梯度、煤体结构、临界解吸压力、初始排水速度、压裂效果、初始见气时间具有较好的相关性，但与渗透率、吸附时间相关性较差。储层压力梯度和储层压力是影响该研究区产能的主控因素；（2）新疆库拜煤田大倾角储层靶点压力特征、含气量、渗透率基本处于同一水平，同埋深不同煤层物性非均质性较小，层间干扰作用小，较适合合层排采。论文研究成果可作为大倾角储层煤层气合层排采提供指导。     

中煤阶煤层气井排采阶段划分及渗透率变化

煤层渗透率动态变化规律是煤层气开发所面临的重点问题之一。根据无因次产气率划分煤层气井排采阶段,结合等温吸附实验下煤层气的解吸过程确定排采阶段分界点位置。通过物质能量动态平衡理论建立中煤阶煤储层渗透率评价模型,从渗透率变化趋势、主导机制、产能动态等方面,阐释了中煤阶煤层气井不同排采阶段煤储层渗透率动态变化特征与控制机理。结果表明,排采过程中,煤储层绝对渗透率发生“先降低-后回返-再上升”的动态变化。排水阶段水相有效渗透率迅速下降,气相有效渗透率为0。储层压力降低至临界解吸压力后进入产气阶段,气相有效渗透率迅速增加,水相有效渗透率缓慢降低。产气量衰减阶段绝对渗透率开始下降,在滑脱效应影响下,气相有效渗透率仍然保持缓慢上升,水相有效渗透率降低。     

近水平远距离下保护层开采卸压范围

为了确定晋城矿区保护层开采的卸压保护范围,采用相似模拟、现场实测的方法,研究了保护层开采过程中被保护层的竖向变形规律,得出了保护层开采的有效卸压范围,为相似条件下保护层开采及被保护层巷道布置提供依据。研究表明:保护层开采后,被保护层煤体出现明显的竖向变形,沿工作面推进方向上依次分为压缩区、膨胀区、卸压膨胀区、膨胀区、压缩区;沿煤层上山方向的有效卸压保护角为81.6°,下山方向的有效卸压保护角为79°,走向有效卸压保护角为67.7°;在工作面后方37 m以远,3#煤体膨胀逐渐趋于稳定膨胀值为93 mm,膨胀率为1.55%,煤体卸压充分。