含瓦斯煤气固耦合作用在顺层双钻孔瓦斯抽采中的应用

为研究顺层双钻孔抽采过程中煤层瓦斯压力和渗透率的变化规律,将煤体视为双重孔隙结构介质,结合气体滑脱效应等因素的影响,建立了基于双孔结构特征的含瓦斯煤气固耦合作用模型,并通过有限元方法进行了数值解算分析。结果发现,瓦斯抽采时,两钻孔之间区域的瓦斯压力下降幅度明显大于其他区域,而在两钻孔区域的外侧至研究区域的边界处均出现了较为显著的瓦斯压力梯度;当钻孔间距为5 m和10 m时,同等条件下相较于钻孔间距为2 m和15 m的情况,煤层渗透率相对较大,而且瓦斯抽采有效区域分布更为均匀。同时,当钻孔间距小于5 m时,有效的瓦斯抽采影响区域会出现严重重叠现象,增加施工成本,而当钻孔间距大于10 m时,煤层中会产生一定程度的瓦斯抽采盲区,因此,5～10 m可以作为瓦斯抽采钻孔的合理布置间距。     

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。     

基于钻孔电阻率法动态监测的煤层覆岩瓦斯抽采层位确定——以李雅庄煤矿为例

高位水平钻孔瓦斯抽采技术是解决矿井瓦斯危害问题十分有效的工程技术手段.瓦斯抽采水平钻孔施工层位需要布置在覆岩采动裂隙带发育范围内,而复合顶板的采动裂隙带发育范围往往难以确定,导致钻孔施工层位不准确严重影响瓦斯抽采效率.为研究覆岩采动裂隙发育范围,精准确定水平钻孔布置层位,依据煤层开采覆岩变形破坏一般特征,采用钻孔电阻率法对李雅庄煤矿2607工作面开采覆岩裂隙发育特征进行动态监测,分析了不同采动时段的视电阻率响应特征和变化规律,得到覆岩裂隙发育分布的主要层位.研究表明:裂隙带主要发育范围位于煤层顶板26～47.5 m高度内的砂岩层,确定为瓦斯抽采的最佳层位,现场瓦斯抽采试验验证了该层位的准确性.钻孔电阻率法在覆岩裂隙动态监测方面具有较高的精度,为提高瓦斯抽采效率和降低瓦斯抽采成本提供了较重要的技术保障.     

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.     

基于抽采瓦斯量测定地面钻孔有效半径研究

为了准确考察保护层开采条件下被保护层地面钻孔有效抽采半径,从而为合理布置地面钻孔提供依据,对现有测定地面钻孔有效半径存在的问题进行了分析。基于瓦斯流动理论和煤层瓦斯抽采量、抽采率等在防治煤与瓦斯突出等瓦斯灾害以及煤层气开发和利用的要求,在保证煤层瓦斯预抽率大于等于30%和煤层瓦斯含量小于等于8 m3/t条件下,提出了基于考察地面钻孔抽采瓦斯量测定地面钻孔有效半径的新方法,接下来应用该方法对地面钻孔有效抽采半径进行了计算。研究结果表明:基于钻孔瓦斯抽采量测试新集一矿北中央采区131105工作面地面1#、2#、3#和4#钻孔有效抽采半径分别为85 m、55 m、75 m和115 m,并验证了示踪技术法测定的地面钻孔有效抽采范围内抽采指标不达标。     

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。     

阳泉矿区松软低透煤层底板穿层钻孔抽采时间优化

确定底板穿层钻孔有效抽采时间对于优化生产接替,提高生产效率有重要意义。在阳泉某矿穿层钻孔施工过程中,由于煤层透气性差、瓦斯含量高、地应力大,原有的抽采设计已不能满足消突与接替需要。在不补打钻孔条件下,延长预抽时间就成为区域瓦斯防突达标的重要途径。文中采用实验室实验、数值模拟与工程验证相结合的研究方法,首先通过实验得到了煤层的瓦斯基础参数,建立了适用于阳泉矿区煤层特点的数值模拟本构模型,并对该煤层底板穿层钻孔不同抽采时间下的抽采效果进行了模拟研究。结果表明:随着抽采时间的延长,穿层钻孔的影响范围在逐渐增大,瓦斯压力在不断降低。抽采时间为300 d时,抽采钻孔中心点残余瓦斯压力可以降至0.74 MPa以下,可以达到防突要求。最后,通过收集工程实践过程中瓦斯抽采数据,计算得出了煤层残余瓦斯含量,获得了实际残余瓦斯含量与抽采天数的关系,验证了数值模拟结果的正确性。     

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.     

潘三煤矿11-2煤穿层钻孔的优化布置

穿层钻孔的布置方式是影响瓦斯抽采效果的重要因素之一。为研究潘三煤矿11-2煤穿层钻孔布置方式对瓦斯抽采的影响,笔者以该矿2121(1)运顺瓦斯综合治理巷为工程研究对象,分析10×5,8×6和7×7穿层钻孔布置方式对瓦斯抽采的影响。基于对煤层瓦斯的一系列假设建立了煤层瓦斯气固耦合模型,利用有限容积和牛顿迭代法对3种钻孔布置方式的瓦斯抽采过程进行数值模拟,并对这3种钻孔布置方式的钻孔施工工程量和单孔平均抽采瓦斯纯量进行了现场试验考察。结果表明:采用7×7与8×6布孔方式在相同抽采时间下留有空白带面积明显小于10×5,而且它们在消除空白带所需的时间上也少于10×5,由此看出10×5布孔方式最不利于消突;8×6钻孔布置所需钻孔施工工程量最少,而7×7钻孔工程量最多;7×7布孔方式的单孔平均抽采瓦斯纯量略高于8×6,而10×5布孔方式单孔平均抽采瓦斯纯量最低。结合数值模拟和现场试验结果得出,采用8×6钻孔布置方式最优。该研究结果对煤矿井下穿层钻孔设计具有一定的指导作用。     

瓦斯抽采钻孔封孔质量检测技术与应用

矿井瓦斯是威胁煤矿安全生产的重要因素之一,提高煤矿瓦斯抽采效率是解决煤矿安全生产的重要手段。因此,对瓦斯抽采钻孔密封段的密封质量及漏气位置检测就显得尤为重要。文中在山西余吾煤矿N1101回风顺槽进行现场测试,利用钻孔封孔漏气检测装置,在抽采钻孔正常的抽采负压下,通过探测抽采钻孔的不同深度,测定不同测点处的瓦斯浓度、抽采负压等参数,判断相应测点控制区域的漏气情况。结果表明:在钻孔16 m范围内瓦斯浓度变化不大,漏气通道较少,封孔质量较好,16~23 m有漏气现象。现有封孔工艺及材料整体上密封质量较高,封孔效果较好。抽采钻孔封孔质量检测方法和装置为改进封孔工艺和参数、提高封孔质量提高科学依据,具有广泛的应用前景。     

瓦斯抽采技术在屯兰矿应用效果分析

通过对屯兰矿实施的瓦斯抽采技术论证及应用效果进行分析，提出了瓦斯抽采系统、抽采钻孔优化及管理，为抽采更好地发展提供了方向。     

影响采空区顶板抽放瓦斯效果的主要因素分析

对于低透气性高瓦斯煤层群开采的首采工作面，或厚煤层开采一分层的工作面回风流中的瓦斯浓度超限问题是一大难题，为解决此难题，通常采用顺层钻孔、穿层钻孔抽放瓦斯措施，收到了一定的效果，问题尚得到较好解决。开采煤层工作面的瓦斯主要来源于本煤层、采空区和邻近层的卸压解吸瓦斯，由于煤层松软，顺层钻孔施工难，不便进行顺层钻孔抽放瓦斯，若对采空区实施大面积抽放，工程难度大，而且抽不出高浓度瓦斯。煤层回采后，采空区顶底板岩层卸压，产生裂隙。由于瓦斯的升浮漂移和渗流特性，来自于开采煤层和卸压煤层内卸压瓦斯，沿裂隙通道汇集到裂隙区，形成瓦斯积存库。把抽放钻孔或巷道布置在顶板裂隙内，实施瓦斯抽放，该抽放瓦斯技术起到了对开采工作面上隅角瓦斯的截流作用，解决了松软低透气性高瓦斯煤层群开采瓦斯抽放困难的关键技术难题。     

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。     

开采煤层顶板环形裂隙圈内走向长钻孔法抽放瓦斯研究

开采煤层工作面的瓦斯主要来源于该煤层、采空区和邻近层的卸压解吸瓦斯。由于煤层松软，顺层钻孔施工难，不便钻孔抽放瓦斯。若对采空区实施大面积抽放，工程难度大，而且抽不出高浓度瓦斯。因此，寻找瓦斯运移的裂隙通道和瓦斯富集区，实施有效的瓦斯抽放工程是实现高效瓦斯抽放的技术关键。采用实验室相似材料试验、数值模拟计算和工业性试验研究方法，研究寻找采场上覆岩层中环形裂隙圈形成机理和位置，把抽放钻孔布置在环形裂隙圈内，进行“环形裂隙圈内走向长钻孔法”瓦斯抽放。这种瓦斯抽放技术使低透气性高瓦斯煤层的开采和瓦斯抽放分层区进行     

“Π”型钢放顶煤抽采瓦斯与自然发火综合防治技术

新集一矿211300"Π"型钢放顶煤工作面回采过程中,因采空区瓦斯涌出,造成工作面瓦斯超限,通过布置本煤层钻场施工走向高位钻孔,进行采空区瓦斯抽采,消除了瓦斯隐患。而瓦斯抽采,使采空区自然发火隐患大增,通过自然发火防治措施的采取、调整工作面采空区瓦斯抽采量,有效消除了瓦斯及自然发火隐患,从而保证了矿井安全生产。     

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.     

新安矿底板岩巷水力冲孔区域防突关键技术研究

针对新安矿主采煤与瓦斯突出煤层无保护层开采且难于抽放的条件,在煤层底部施工岩巷和钻场,利用钻场向上方的掘进煤巷施工钻孔进行冲孔,经过合理布孔和严格控制钻孔出煤量,使得煤层透气性和瓦斯抽放量增加,冲孔后单孔平均抽放量增加约20倍,达到了加强瓦斯抽放目的,起到了消除工作面突出危险性的良好效果,底板巷水力冲孔能快速增加钻孔的瓦斯抽采量,是一种很好的区域消突措施.     

基于桧树亭矿顺层钻孔抽采效果影响因素分析

顺层钻孔抽采是治理高瓦斯矿井工作面最常用的技术措施,为了提高钻孔的抽采效率,从理论分析、数值模拟和现场试验三方面对钻孔抽采的合理参数进行了研究分析。结果表明,钻孔抽采半径随抽采时间延长而增大,但后期瓦斯压力变化梯度减小;钻孔抽采瓦斯的效率随着开采深度的加深而降低;抽采负压对有效抽采半径影响不明显;随着钻孔直径的增加,抽采有效半径增大。但是,抽采钻孔直径的增幅对抽采效果的影响是有限的。抽采钻孔孔径为75 mm时,桧树亭矿二1煤层抽采半径为2.5 m,钻孔间距以5 m为宜。     

穿层钻孔有效抽采半径的确定

随着采掘深度的增加，具有开采保护层条件的突出矿井越来越少，这就使得矿井突出危险日益严重。而煤矿瓦斯抽采是防治煤与瓦斯突出、降低矿井瓦斯涌出量和防止瓦斯爆炸的重要措施。衡量瓦斯抽采工作优劣的两个主要指标是瓦斯抽采率和瓦斯抽采量。为了确定穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯的合理参数，利用钻孔瓦斯流量、残余瓦斯含量等考察指标，以山西保安煤矿为试验地点，经过现场考察以及对测定数据的分析，最终确定了该矿井15#煤层直径为φ94 mm穿层抽采钻孔的有效抽采半径。     

新安煤矿顺层钻孔预抽煤层瓦斯技术参数研究

本文选用新安煤矿17#煤层111706采煤工作面作为本煤层顺层钻孔预抽瓦斯技术试验区,研究17#煤层合理的预抽瓦斯技术参数值。通过对该矿17#煤层111706工作面预抽瓦斯数据分析得出:预抽试验区采用交叉布孔法预抽量可提高40%,Φ94 mm大直径钻孔预抽量比Φ65 mm直径钻孔增加34%,以预抽率作为17#煤层预抽防突有效性指标是可行的。预抽率大于25%时,就可以达到消除煤与瓦斯突出危险。但只有预抽率达到30%以上,钻屑检验指标K1才不会超标。钻场内钻孔抽采瓦斯浓度大于巷道钻孔抽采瓦斯浓度可达1倍,其最小封孔深度应不小于5 m.建议施工双向抽采钻孔来覆盖全工作面,掘进工作面钻孔深度控制在100 m范围内。