大采高工作面矿压规律与瓦斯涌出关系实测

为了充分研究大采高工作面瓦斯涌出随开采过程的变化规律,文中结合晋煤集团寺河矿W1301工作面实际条件,通过现场实测工作面支架工作面阻力、工作面超前支承压力及瓦斯涌出浓度,掌握了大采高工作面来压显现特征,进一步分析了瓦斯涌出与矿压显现的规律.实践证明：大采高工作面来压显现并不强烈,动载系数平均为1.34;当工作面来压显现时,瓦斯涌出量急剧增大,支架工作阻力降低时,工作面瓦斯浓度也随之降低,大采高条件下钻孔瓦斯涌出量与其所在位置支承压力大小成反比关系;支承压力增高区的钻屑量大,支承压力降低区的钻屑量较小.     

短孔瓦斯抽放技术的研究应用

为提高埋藏深、低透气性、动力现象显著煤层工作面的瓦斯预抽效果,对工作面瓦斯抽放新技术进行了研究.根据矿山压力分布规律和工作面前方煤体受采动影响卸压后透气性显著提高、煤层压力显著降低的特点,研究了卸压区短孔瓦斯抽放技术,研究结果表明该抽放技术可行、系统可靠,能有效提高超前排放钻孔瓦斯排放效果、显著降低煤与瓦斯突出危险性,这对解决低透气性、高地应力煤层的快速、安全掘进和生产具有实际意义.     

钻屑解吸指标与瓦斯压力关系的应用

针对井下钻孔直接测定煤层瓦斯压力时由于封孔困难和受采掘卸压影响,有时很难测到煤层原始瓦斯压力,而且周期长的问题,通过在贺西煤矿井下快速测定的钻屑解吸指标,间接地反演求出了该矿煤层瓦斯压力;测定结果表明:煤壁瓦斯卸压带宽度约15~20m,当测压封孔深度和钻屑解吸指标测试深度小于此值时,实测和反演计算的压力为残存压力;大于此深度时,近似为原始压力;实测和反演计算压力结果一致。该结论可对贺西煤矿瓦斯治理具有一定的指导意义。     

布尔台矿综采工作面瓦斯分布规律和构成特征

为解决布尔台矿综采工作面瓦斯局部短时超限问题,通过理论分析和现场实测等方法,研究了布尔台矿42101综采工作面煤层瓦斯涌出特征和瓦斯体积分数分布规律,分析了瓦斯的涌出来源和主要构成.结果表明:布尔台矿综采工作面瓦斯涌出量随时间变化呈指数函数降低趋势;综采工作面瓦斯含量85.5%来源于本煤层,卸压邻近层煤层瓦斯涌出量占14.5%.研究结论为综采工作面的安全生产和瓦斯综合治理提供了依据.     

基于瓦斯地质单元划分的突出精准防控实践

瓦斯地质单元是研究煤层瓦斯地质规律和防治煤与瓦斯突出的基础,为了使矿井防突措施更加有效,瓦斯抽采效率更高,基于甘肃靖远矿区魏家地煤矿井田瓦斯地质特征和煤层瓦斯参数,对井田进行了瓦斯地质单元划分,并对工作面进行了突出危险区域划分,建立了3个瓦斯等级.根据工作面不同的瓦斯等级和突出危险性有针对性地实施顺层钻孔、上隅角埋管、上出口中位钻孔、顶板岩石走向高位钻孔和地面钻井等瓦斯抽采措施,构建了矿井突出精准防控的瓦斯抽采模式,并在东102工作面进行了工业试验.结果表明：工作面通过实施等级抽采的突出精准防控措施,煤层残余瓦斯量最高为5.86 m³/t,残余瓦斯压力最高为0.58 MPa,采用钻屑解吸指标法得出最大钻屑量S_max为3.7 kg/m,且施工预测钻孔时,也没有出现瓦斯喷孔、卡钻和夹钻等异常现象.经防突效果检验,消除了工作面突出危险性,保障了矿井安全高效生产.     

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。     

综采工作面矿压显现规律探析

112201工作面老顶初次来压步距平均为47m,周期来压步距约为20m～30m,平均25m。来压期间矿山压力显现剧烈,工作面压力呈现明显的两头小、中间大的规律,工作面前方6m～15m范围为应力峰值区。浅埋煤层开采期间,顶板来压步距相对较大,相比深埋煤层,来压期间矿山压力增大幅度较大,矿压显现较剧烈。     

利用钻屑解吸法测定煤层瓦斯压力的应用

本文在实验的基础上,根据煤屑瓦斯解吸规律,测定了煤钻屑解吸指标同煤层瓦斯压力的关系,进而确定了红岭煤矿的煤层瓦斯压力.经实际考察,确定的煤层瓦斯压力值可作为评价煤层瓦斯含量和煤层突出危险性鉴定的参考值.     

短孔瓦斯抽放技术的研究应用

为提高埋藏深、低透气性、动力现象显著煤层工作面的瓦斯预抽效果，对工作面瓦斯抽放新技术进行了研究。根据矿山压办分布规律和工作面前方煤体受采动影响卸压后透气性显著提高、煤层压力显著降低的特点，研究了卸压区短孔瓦斯抽放技术，研究结果表明该抽放技术可行、系统可靠，能有效提高超前排放钻孔瓦斯排放效果、显著降低煤与瓦斯突出危险性，这对解决低透气性、高地应力煤层的快速、安全掘进和生产具有实际意义。     

不同性质外液对煤与瓦斯突出防治效果影响

针对煤层注水防止工作面煤与瓦斯突出问题,以七台河新兴煤矿92#煤层工作面生产条件为背景,采用数值模拟研究和现场工业试验相结合的方法,研究了注入介质为纯水和表面活性剂溶液时,其对工作面钻孔围岩塑性浸润区和工作面垂直应力分布规律的影响。结果表明:具有煤与瓦斯突出危险的回采工作面预采煤体注液后,能够降低应力峰值、增加峰值距、扩大应力增高区的覆盖范围,从而使防突效果提高;防突效果的提高程度与所注入的外液性质有关,表现为表面活性剂溶液强于纯水;钻孔注液后,孔间塑性浸润区的发展状态与注液压力及所注入的流体介质性质有关。相同流体介质条件下,注液压力越大,塑性浸润区的发育范围也越大;在纯水中加入表面活性剂之后,其孔间塑性浸润区的发育不仅范围更大,速度更快,且在各方向上更为均匀。该研究对注水防止煤与瓦斯突出具有很好的实际指导意义。     

高温高压裂缝性碳酸盐岩气藏封缝堵气技术

塔里木盆地塔中北坡奥陶系地层是典型的高温高压气层,气藏钻井工程中常诱发气侵溢流等复杂危害,严重影响了钻井的进度和安全。当前采取的封缝堵气措施面临着超高温高温高压及地层非均质性带来的压力窗口窄、钻井液性能不稳定、封堵材料效果不显著等诸多问题,很难快速高效的一次性形成稳固封堵区。文章以顺南区块为例,分析地质特征及带来的封缝堵气技术难点,考虑高温高压特征对现场井浆的影响,利用人工造缝岩心及封缝堵气实验装置开展评价实验。室内形成高强度复合架桥材料及广谱粒径纤维材料,优选纳米材料,并结合现场井浆对封缝堵气材料体系开展性能评价,体系与钻井液配伍性良好,能够有效封堵气层,储层伤害恢复程度大于90%     

基于UDEC的大采高覆岩破裂的模拟与分析

为了准确划分李雅庄煤矿冒落带和裂隙带的高度,采用UDEC4.0数值模拟软件对2-226工作面上覆煤岩层进行模拟,研究得到其两带高度为11~13 m和40~44 m,在采空区两侧20~30 m范围内存在较为明显的竖向破断裂隙;现场通过比较高位钻场抽采瓦斯纯量得到：高位钻场钻孔终孔层位距煤层垂高为11~23 m时抽采瓦斯效果最好,并将钻场终孔位置优化为14.7 m,现场考察结果与数值模拟结论较为吻合;研究成果为其他类似条件矿井采场及采空区瓦斯治理提供一定的依据.     

高压水射流自旋式割缝技术在柿花田煤矿的应用

瓦斯治理的根本措施是抽放,然而应用单一钻孔预抽瓦斯,钻孔直径是决定抽放效果的关键因素.孔径小,其自由面小,瓦斯的排放速度低,等待开采的时间较长,影响了矿井的生产效率,而孔径又不能太大,否则在煤层综合应力下,孔的形成和孔的稳定性会受到破坏,而且孔径大的钻孔钻进速度较慢,效率较低,而且钻孔的有效煤孔段往往只占整个钻孔的一小部分,完全没有必要施工孔径较大的钻孔.介绍了一种新型高压水射流自旋式割缝技术,该技术可以有效解决上述问题.高压水射流自旋式割缝设备主要由高压水泵、水箱、高压胶管、高压密封钻杆、旋转接头、力矩喷头和喷嘴组成,该技术是在瓦斯抽采钻孔完成后,利用钻机将切割钻具输送至孔内,采取后退切割的方式,对钻孔内煤体进行切割,形成若干个垂直于钻孔方向的圆盘状缝隙,使孔内煤体暴露面积增加,同时由于高压注水作用,缝隙周围裂隙增加使煤体的透气性增强,从而有效提高抽采效率.试验发现：该技术的割缝半径为0.6～0.7m,使用该技术切割后,瓦斯涌出量大幅增加,百米瓦斯自排量和瓦斯抽放量分别是非切割钻孔的5.6和4.5倍,且衰减系数有所增加.     

井底压差对岩石破碎的影响机制

综合地层应力、井底压力、孔隙压力以及牙齿吃入地层引起的应力,建立牙齿吃入深度的表达式,依据摩尔-库伦准则建立钻头牙齿吃入地层的岩石破碎模型。将综合地层和钻井参数因素的误差函数β与深度x的比值作为欠平衡钻井的应用参考参数,计算各种压差和β/x条件下的吃入深度,并分析其变化规律。结果表明:在压差的作用下,具有渗透率和孔隙度的待破碎薄地层内的孔隙压力并非原始地层孔隙压力,而是随时间和位置的变化而变化,其分布规律可以用一维不稳定渗流来表示和计算;牙齿吃入深度的表达式可以将压力、流体等因素对岩石破碎的作用清楚地表达出来;所建模型可以解释欠平衡钻井提高钻速的力学机制,以及定量描述随钻地层压力监测dc指数法的适用范围。     

岩屑声波法地层压力监测技术研究与应用

提出了通过岩屑提取地层信息、为钻井井壁稳定性计算提供必要参数的方法，即通过测量地面岩屑的声波时差，反演得到地层岩石的声波时差，利用岩石的声学性质与力学参数的关系得到地层岩石的力学参数，结合地应力参数，得到井壁周围岩石的应力分布，计算地层的孔隙压力、坍塌压力和破裂压力。对于预探井，在没有测井资料的情况下，利用该方法可以有效地进行地层压力监测。在两口预探井中进行了随钻监测地层压力的现场试验，证明该方法是有效的。虽然该方法在声波测量过程中还有一定的局限性，对最终计算结果的精确度会产生一定影响，但与单纯的地震资料相比，其精确度已大大提高。     

矿压与煤层瓦斯涌出量关联性分析

目前关于矿山压力与煤层瓦斯涌出量之间关系,许多学者从定性角度分析给出了一些规律性.文中根据工程实测数据,借助SPSS软件,对所测得的矿山压力与瓦斯涌出量之间的关系进行了定量分析探讨.结果表明,矿山压力与瓦斯涌出量之间有密切的关系,但瓦斯涌出量还受其他因素的影响,因此,随着矿山压力增大,瓦斯涌出量逐渐增加,但两者之间并不是简单的线性关系.     

瓦斯抽采钻孔主动承压式密封技术及应用

针对目前瓦斯抽采钻孔密封效果差、漏气现象严重、瓦斯抽采浓度过低等问题,提出了主动承压式密封技术,通过承压注浆及主动支护抽采钻孔,可以有效封堵抽采钻孔初期漏气通道,并且避免后期漏气通道的产生,从而提高封孔质量。在国投河南新能开发有限公司王行庄煤矿进行了应用试验,结果表明,主动承压式封孔技术可以长时间可靠的密封抽采钻孔,大幅度提高瓦斯抽采浓度。     

钻井井喷关井期间井筒压力变化特征

针对目前钻井井喷关井期间井筒压力计算值与实际关井压力差别较大的问题,将关井期间井筒压力变化分为两部分:关井初期地层流体继续侵入井筒的续流部分和气液密度差导致气体滑脱上升部分,从渗流理论和试井理论出发,考虑关井期间井筒内气体和钻井液的压缩性以及井筒的弹性,建立关井期间井筒续流模型;从气液两相流理论出发,考虑关井气体滑脱上升期间气体的膨胀、气体和钻井液压缩性、井筒弹性以及钻井液滤失等因素,建立关井期间气体滑脱模型;然后考虑关井期间井筒续流和气体滑脱综合影响,建立关井期间井筒压力计算模型,并给出基于本模型的气侵关井井筒压力读取方法。结果表明:关井初期井底压力呈指数增加,井底压力大于地层压力之后井底压力呈线性增加;关井初期井筒续流起主导作用,井底压力大于地层压力之后气体滑脱效应起主导作用。     

基于ANSYS温度场的煤层瓦斯压力模拟可行性

煤矿采掘施工会破坏瓦斯在煤层中的平衡状态。为研究瓦斯在煤层中的流动规律，采用ANSYS有限元软件对煤层钻孔抽采瓦斯进行数值模拟，研究一定时间内钻孔周围的瓦斯压力分布，以及测点随时间变化的压力变化趋势。结合桃山煤矿42035工作面的实测数据与模拟结果进行对比。结果表明：钻孔周围测点的实测数值与模拟结果基本吻合，说明利用ANSYS温度场进行瓦斯渗流模拟可行。     

基于FLAC3D数值模拟一次采动巷道地压显现及围岩破坏

以申南凹矿1021—20采场为模型,运用FLAC3D有限差分数值计算方法进行了数值计算,模拟分析了一次采动影响下30 m矿柱和20 m矿柱回采巷道围岩的应力分布、位移变化和塑性区分布,并对采动超前影响范围进行了模拟。通过现场监测、数值分析认为申南凹矿回采巷道的地压显现与围岩破坏与采场相似。