高瓦斯综采工作面瓦斯立体抽采技术与应用

针对高瓦斯综采工作面瓦斯含量高、瓦斯涌出量大、开采强度大等特点,提出在回采巷道掘进和工作面回采过程中进行瓦斯立体抽采的治理方法,巷道掘进期间通过底抽巷穿层钻孔与掘进工作面顺层钻孔形成立体抽采系统;工作面回采期间利用底抽巷穿层抽采、工作面顺层抽采和高抽巷组成立体抽采系统,确定了瓦斯立体抽采的主要技术参数;结合赵庄煤矿1307工作面实际的地质条件和开采条件,进行了瓦斯立体抽采试验.研究结果表明:瓦斯立体抽采大幅度降低了工作面的瓦斯含量,瓦斯抽排率达到69.28%,瓦斯抽采效果显著,是一种良好的瓦斯治理方法,实现了工作面掘进和回采期间的安全生产.     

综采面顶板走向大直径长钻孔瓦斯抽采技术参数的研究

通过对采场上覆岩层运移规律的研究,分析了关键层、"O"形圈与瓦斯抽采最优汇集区域的关系,建立了瓦斯运移规律的数学模型,运用UDEC软件对该模型进行了数值模拟解算,确定了顶板大直径长钻孔瓦斯抽采的钻孔布置方式及合理参数,为实现煤与瓦斯高效、安全共采奠定了基础.     

外错高抽巷高位钻孔卸压瓦斯抽采技术

为解决相邻两工作面上隅角瓦斯超限难题和实现高抽巷"一巷两用",提出外错高抽巷布置方式:沿上工作面回风顺槽侧,在煤层顶板内外错布置走向高抽巷;在高抽巷服务前期,在其内采用高位钻孔抽采上工作面采动卸压瓦斯;在高抽巷服务后期,直接采用高抽巷抽采下工作面采动卸压瓦斯;实现1条高抽巷服务于相邻两工作面,提高高抽巷利用效率。基于山西霍州煤田集团李雅庄煤矿2-603工作面地质条件,建立外错高抽巷围岩结构力学模型,采用理论分析、数值模拟、相似材料模拟及现场实测等研究方法系统分析工作面覆岩采动裂隙发育特征,研究覆岩采动裂隙分布规律,确定外错高抽巷和高位抽采钻孔布置参数;基于高位钻孔测斜结果,提出角度补偿纠偏方法及纠偏效果评价指标。高抽巷位于2煤层顶板25.0 m处,外错2-603工作面25.0 m;高位钻孔终孔位于顶板44.0 m处,水平及倾斜方向上的纠偏角分别为-3°和-2°。研究结果表明:高抽巷受2-603工作面采动影响较小,巷道断面能满足下区段2-605工作面抽采要求;高位钻孔终孔位置合理,高位钻孔抽采瓦斯体积分数高,且持续抽采时间长;采用角度补偿纠偏方法后钻孔瓦斯体积分数的最大值和平均值较纠偏前分别提高15.3%和11.6%,2-603工作面生产班、检修班上隅角瓦斯体积分数分别为0.504%~0.951%和0.467%~0.893%,解决了工作面隅角瓦斯超限难题,保障了工作面安全高效开采。     

顶抽巷层位设计与优化顶抽巷参数研究

针对同忻矿的顶抽巷抽采瓦斯浓度不理想,达不到预期要求,无法实现完全抽采的问题,提出一种最优顶抽巷层位和顶抽巷垂距参数的模拟方法。首先通过分源预测和现场实测得到综放面的瓦斯涌出量,然后进行顶抽巷层位理论计算和分析,得出顶抽巷层位和顶抽巷垂距最佳参数,进而使用Gambit软件进行建模,对不同垂距条件下上隅角和采空区深部瓦斯含量进行分析,最后综合考虑瓦斯抽采效果的同时兼顾瓦斯防灭火压力。实验结果表明：顶抽巷层位选择在低位关键层下方,且顶抽巷垂距参数在20～30 m附近时效果最佳,可以有效解决同忻矿瓦斯抽采浓度不理想的问题。     

鹤煤九矿瓦斯抽采钻孔布置数值模拟及应用

钻孔预抽煤层瓦斯是目前治理矿井瓦斯的主要措施。以瓦斯渗流理论为基础,以钻孔抽采周围流场为径向流场,建立了钻孔周围瓦斯流动数学方程;并结合鹤煤九矿3104工作面具体抽采条件,利用COMSOL Multiphysics软件对钻孔预抽煤层瓦斯在不同抽采时间、不同抽采负压和不同钻孔直径下周围瓦斯压力分布进行数值模拟。并将上述模拟结果确定的抽采钻孔布置参数在3104采煤工作面进行煤层瓦斯预抽实践;抽采后经效果检验,残余瓦斯压力、残余瓦斯含量等均与《煤矿瓦斯抽采基本指标》中的相关规定相符合,3104工作面已经消除了煤与瓦斯突出的危险性。     

高位巷一巷两用瓦斯抽采技术应用研究

为了解除煤巷掘进期间的煤与瓦斯突出危险和解决工作面回采时的瓦斯超限问题,在盛远煤矿31106工作面顶板上方布置高位巷,从高位巷内向下施工穿层钻孔在掘进前预抽掘进条带瓦斯,利用高位巷在工作面回采时抽采空区上部卸压瓦斯。采用一巷两利用的高位巷抽采瓦斯方法后,巷道掘进时无煤与瓦斯突出发生,工作面回采时回风流最高瓦斯体积分数不超过0.8%、上隅角最高瓦斯体积分数不超过0.94%。主要介绍了高位巷的一巷两用技术,通过矿井实例,加强了对瓦斯综合抽采的技术研究与应用,具有重要意义。     

大直径抽采钻孔在采空区瓦斯抽采中的应用

为解决"U"型通风存在的上隅角瓦斯积聚及采空区瓦斯涌出等问题,研究利用大直径钻孔(φ550 mm)抽采采空区瓦斯技术,该技术通过低负压、高流量对采空区瓦斯进行抽采,从本质上改变采空区漏风流流场,从而降低上隅角瓦斯浓度及减少采空区瓦斯涌出.分析了大直径钻孔抽采上隅角瓦斯原理,从钻孔及护管参数、护管施工技术及参数、封孔工艺三方面研究了大直径钻孔抽采技术,并在中能矿2201工作面应用以抽采采空区瓦斯,测试确定了瓦斯钻孔抽采浓度随着工作面与钻孔的距离的变化关系,确定了最佳钻孔间距为20 m,开孔高度1.2 m可将上隅角瓦斯体积分数控制在0.28%～0.79%,钻孔交替时上隅角瓦斯体积分数控制在0.8%之内.     

煤体钻孔瓦斯有效抽采半径判定技术

为研究瓦斯矿井本煤层准确测定瓦斯有效抽采半径问题,提出了利用吨煤瓦斯抽采量计算钻孔瓦斯有效抽采半径的测定方法.基于瓦斯钻孔衰减负指数规律建立钻孔瓦斯抽采模型,解算出吨煤瓦斯抽采量,并与其煤层原始瓦斯含量对比,得出煤层残存瓦斯含量Wc和抽采率η,以此判断钻孔瓦斯有效抽采半径,只有同时满足{Wc≤8m3/t∩η≥30%},才为钻孔瓦斯有效抽采半径.研究结果表明:随着预抽时间延长,钻孔瓦斯有效抽采半径逐渐增大,直至极限抽采半径.通过工程实践,分析了不同时间的有效抽采半径,为瓦斯矿井抽采工作提供了可靠的抽采参数,具有实际应用价值.     

顶板双位钻孔瓦斯抽采技术应用研究

对无抽放尾巷的工作面瓦斯治理技术及顶板双位钻孔瓦斯抽采技术的应用进行了探讨,指出顶板双位钻孔瓦斯抽采技术是一种比较成熟的抽采工艺,为特殊地区特殊情况下的通风瓦斯管理积累了经验,并预测该技术可以代替抽放尾巷,有广阔的发展前景。     

本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的渗流场数值模拟

针对本煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题,通过建立钻孔抽采瓦斯的渗流场控制方程和煤层变形场控制方程,结合钻孔抽采瓦斯的初始及边界条件,推导出钻孔抽采瓦斯渗流的固气耦合数学模型.以石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔瓦斯抽采为工程实例,基于研究区域的煤层瓦斯赋存特征,采用数值模拟计算方法,获得了本煤层单一顺层钻孔周围煤层瓦斯压力、煤层瓦斯渗透率、煤层瓦斯渗流速度和煤层变形的分布规律.确定了本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效影响半径,从而为本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的优化布置提供了依据.研究结果表明,石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效半径分别为4 m左右;在延长钻孔抽放时间不到20%的情况下,减少了钻孔工程量50%左右,抽采效果良好.     

走向高抽巷合理层位的FLUENT数值模拟

为获取走向高抽巷抽采瓦斯的最佳位置,构建走向高抽巷条件下的采空区瓦斯运移模型.通过FLUENT数值模拟软件分析了高抽巷与回风巷不同平距,与煤层顶板不同垂距条件下,抽采瓦斯的效果.数值模拟和现场应用结果表明:高抽巷布置在回风巷附近,与倾向断裂线边界0.46倍带宽(回风巷侧裂隙带);且位于冒落带之上,与其边界垂高2.8倍采高时,效果最好,能有效解决工作面瓦斯超限问题,保证工作面安全回采.     

刘庄矿大直径长钻孔瓦斯抽采技术研究

本文介绍了刘庄煤矿121102综放工作面利用大直径水平长钻孔抽采瓦斯的技术方法和效果。在分析开采煤层瓦斯流动规律的基础上,合理设计钻孔参数,通过现场实际测量数据,发现采用大直径水平长钻孔瓦斯抽采技术具有抽采流量大,抽采效果稳定等优点,能有效解决121102工作面回风流瓦斯超限问题。     

下分层千米瓦斯抽采钻孔布置层位优化

为确定特厚煤层分层开采时,千米钻孔在下分层中合理布置层位,提高千米钻孔瓦斯抽采效果,以亭南煤矿205工作面下分层瓦斯抽采为例,采用理论计算和Flac3D数值模拟的方法,对采动过程底板破坏规律进行研究.由理论计算可知,底板以下6 m位置为抽采钻孔布置的临界层位,低于该层位有发生塌孔危险.数值模拟得出同样结果,采场底板以下4 m位置,煤体发生剪切和拉张破坏;底板下6 m,以剪切破坏为主;底板下8 m,煤体受采动影响不明显塑性变形较小.研究结果表明:将千米钻孔布置在底板下6 m位置,可保持长期有效地抽采下分层煤体瓦斯.据此在工程试验布置千米抽采钻孔,抽采效果较好,实现了对千米定向钻孔在下分层的位置进行了优化.     

顺层钻孔瓦斯抽采漏气影响因素研究

顺层钻孔瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害防治的主要技术措施,其中钻孔封孔质量是决定瓦斯抽采效果的重要影响因素。基于抽采钻孔漏气量计算数学模型,分析了封孔长度和抽采负压对钻孔漏气量的影响。现场试验和数值模拟表明,增加顺层钻孔的封孔长度能够有效减少钻孔漏气量,最佳封孔长度为8~10m;提高抽采负压不能有效增加钻孔的瓦斯抽采量,反而一定程度上增加了钻孔的漏气量,并降低了抽采瓦斯浓度。研究成果为顺层钻孔提高瓦斯抽采效果提供了理论依据。     

新景矿9#煤顺层钻孔瓦斯抽采固-气耦合模型数值模拟

为了探讨顺层瓦斯抽采时的瓦斯渗流运移规律,提高低渗透煤层的抽采效率,运用弹塑力学理论,基于煤体骨架有效应力的变形特性,利用Kozeny-Carman方程进行理论推导,建立了钻孔周围煤体弹性形变与塑性形变的渗透率与孔隙率动态变化模型.结合多孔介质渗流力学理论,建立了钻孔抽采瓦斯渗流固-气耦合模型.针对新景矿9#煤的地质条件,运用COMSOL计算软件,对其耦合模型进行数值计算,得出了布孔间距与单钻孔有效抽采半径之间的关系.模拟结果表明：随着钻孔不断抽采,钻孔瓦斯抽采量初期比较大并能维持一段时间,随后将逐渐减小,最后接近稳定值,同时钻孔有效抽采半径也逐渐变大,但变化的程度越来越小.通过现场实际运用,验证了该模型与关系式的有效性与正确性.     

基于沿空留巷与多方位抽采的瓦斯综合治理技术应用

为有效解决工作面瓦斯超限问题,在深入分析青龙煤矿生产地质条件的基础上,采用基于沿空留巷与多方位抽采的瓦斯综合治理技术。通过混凝土砌块墙沿空留巷方式,成功保留了回采巷道,实现了"Y"型通风。采用本煤层瓦斯顺层钻孔、穿层钻孔立体抽采,临近层瓦斯穿层钻孔抽采,采空区及上隅角瓦斯顶板高位钻孔和采空区埋管抽采的多方位抽采技术,同时解决了本煤层、采空区及邻近煤层瓦斯涌入工作面、上隅角的问题。应用效果表明:工作面瓦斯抽采率达80%以上,基本杜绝了瓦斯超限问题;工作面推进速度提高1倍,月回采煤量达15万t,实现了高瓦斯煤层安全高效开采。     

高抽巷瓦斯抽采对工作面安全开采的影响分析

为了探究高抽巷瓦斯抽采对工作面安全开采的影响,依据401101工作面的巷道布置情况,建立了工作面与采空区的数学物理模型。应用Fluent软件对工作面在有无高抽巷及高抽巷不同抽采能力下采空区的氧浓度以及瓦斯浓度分布规律进行了数值模拟,获得了上隅角瓦斯浓度与采空区氧浓度分布情况。模拟结果与现场实测数据表明:高抽巷能有效解决工作面上隅角瓦斯超限问题;随高抽巷抽采瓦斯能力的增大,上隅角瓦斯浓度不断降低,但采空区氧化升温带的宽度和深度会增加,使得煤自燃危险性和防灭火压力增大;综合考虑防止瓦斯超限及采空区煤自燃,并保证工作面安全开采,高抽巷瓦斯抽采能力以0.25~0.3为宜。     

硫磺沟矿(4-5)04工作面高位钻孔抽采瓦斯技术

为解决工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题,针对硫磺沟煤矿(4-5)04工作面实际情况,应用物理相似模拟实验的方法,研究了工作面采动覆岩"三带"分布特征及覆岩裂隙分布特征规律开展研究,结合工作面实际情况设计高位钻孔抽采上隅角瓦斯的方法,并对抽采效果开展实时观测与分析。结果表明:通过物理相似模拟实验,得到(4-5)04工作面覆岩"三带"高度,上覆岩石裂隙分布范围,工作面初次来压、周期来压步距,裂隙区在切眼、工作面及进回风巷出的宽度等参数来指导和确定现场高位钻孔的布置;通过现场实时观测,得到高位钻孔抽采浓度为19.85%~23%,有效抽采段距离平均为54.5 m,可以保证上隅角瓦斯瓦斯浓度维持在0.08%~0.45%,回风巷瓦斯浓度维持在0.15%~0.48%,(4-5)04工作面安全高效回采,表明高位钻孔抽采方法和设计参数是科学有效的。     

高位钻孔瓦斯抽放参数的确定

为防治煤矿瓦斯灾害和有效开采瓦斯资源,基于高位钻孔瓦斯抽放理论,在分析采空区顶板覆岩空间垮落规律及采动裂隙"0"形圈理论基础上,给出了钻孔有效高度范围的理论计算方法及钻孔沿倾向的布置范围,得出了钻场间距应小于实际施工的钻孔长度与钻孔重叠区之差的结论.在现场应用中取得了良好的技术与经济效果.     

覆岩采动卸压瓦斯高位钻孔抽采技术

为解决工作面隅角瓦斯超限难题,提出了在外错高抽巷内布置高位钻孔抽采工作面覆岩采动卸压瓦斯方法。针对李雅庄煤矿2-603工作面开采技术条件,建立了高位钻孔围岩结构力学模型,采用理论分析、数值模拟分析及现场实测分析等方法,确定了外错高抽巷内高位钻孔终孔合理位置。首先,覆岩采动裂隙主要分布在上山采动角62°以内,下山采动角65°以内,距离煤层底板13~25 m和38.6~50 m等2个区域,高位钻孔终孔应布置于第二区域内。其次,高位钻孔终孔位于2煤顶板44 m处,采空区内投影长度不小于28 m时,钻孔抽采瓦斯浓度高,且持续抽采时间长。最后,工程应用效果表明,2-603工作面上隅角瓦斯浓度生产班、检修班分别为0.50%~0.95%,0.47%~0.89%,避免了隅角瓦斯超限,保障了工作面安全高效回采。