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保护层开采被保护层卸压增透效果的应用研究

中国煤炭 2014年第7期40卷 122-125页

作者：冯拥军周玉军张喜传河南工业和信息化职业学院采矿工程系河南省焦作市454000 河南能源化工焦煤集团宝雨山煤业公司河南省洛阳市471300

针对豫西煤田煤层赋存情况及地质状况,设计了被保护层的卸压抽采方案及考察钻孔,对瓦斯基础参数和二1煤层的煤层顶底板移近量进行了测定。研究结果表明,二1煤层在受到保护层开采后,煤层瓦斯压力由原始的0.9MPa降为0.12MPa,原始瓦斯含量... 详细信息

针对豫西煤田煤层赋存情况及地质状况,设计了被保护层的卸压抽采方案及考察钻孔,对瓦斯基础参数和二1煤层的煤层顶底板移近量进行了测定。研究结果表明,二1煤层在受到保护层开采后,煤层瓦斯压力由原始的0.9MPa降为0.12MPa,原始瓦斯含量由以前的6.52m3/t降为3.1m3/t,顶底板膨胀变形量达到20.6‰,煤层透气性系数增大了810倍,在卸压区内完全消除了二1煤层12112工作面的突出危险性。

关键词：突出煤层保护层开采被保护层卸压增透煤层透气性移近量

白羊岭煤矿顺煤层水力造穴技术卸压增透效果研究

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白羊岭煤矿顺煤层水力造穴技术卸压增透效果研究

作者：邱向雷河南理工大学

学位级别：硕士

本文针对白羊岭煤矿煤层透气性差、瓦斯吸附性强导致的普通钻孔的抽采效果差、抽采率低等的问题,使用顺煤层水力造穴卸压增透技术缓解钻孔周围煤体应力集中的情况,使煤体充分卸压,透气性系数大大增加,大幅度提高抽采瓦斯的浓度,尽早的... 详细信息

本文针对白羊岭煤矿煤层透气性差、瓦斯吸附性强导致的普通钻孔的抽采效果差、抽采率低等的问题,使用顺煤层水力造穴卸压增透技术缓解钻孔周围煤体应力集中的情况,使煤体充分卸压,透气性系数大大增加,大幅度提高抽采瓦斯的浓度,尽早的完成本煤层预抽和消突的任务。使用理论分析、数值模拟以及现场测试验证相结合的方法,对15108工作面水力造穴前后原始煤层瓦斯参数等的变化规律进行考察分析,得到顺层水力造穴钻孔的卸压影响范围及水力造穴的施工参数,并考察水力造穴措施卸压增透的效果。具体的研究成果如下:(1)从水力造穴钻孔周围煤体透气性变化规律以及周围煤体卸压增透力学特性进行分析研究,探讨了高压水射流破煤的机理以及水力造穴是如何作用于对煤层的卸压增透的。研究并掌握了水力造穴钻孔周围煤体的透气性变化规律,得到距离造穴钻孔越近的煤体的透气性系数就变化的越大,破碎区和塑性区煤体透气性系数较原始煤层透气性大幅度增加,煤体在应力集中区内被压实,煤体内的裂隙分离度更小,则透气性系数改变不明显。针对水力造穴钻孔周围煤体的力学特性进行分析,得出钻孔卸压区半径与水力造穴的半径之间呈现出正相关的关系,也印证了水力造穴确实可以对煤体产生一定程度的卸压增透。(2)使用COMSOL软件模拟考察在造穴半径不同的情况下一系列的煤层原始瓦斯参数等的变化。模拟结果表明:水力造穴穴洞半径增加的同时,煤体的最大主应力的迁移范围也越大,,造穴洞室周围煤体的瓦斯压力下降越快,相对应的有效影响半径也就越大。水力造穴洞室周围煤体的应力分布呈现出较好的卸压状态。且越接近于造穴钻孔的钻孔孔壁,煤体的应力下降的就越为明显,在距离孔壁较远的位置的煤体,煤体的应力会慢慢的回复到煤层初始应力。而且,水力造穴的半径与煤体的卸压范围之间呈现出正相关的关系。(3)针对此次水力造穴试验的卸压增透效果的综合性考察,运用瓦斯流量法考察了白羊岭煤矿水力造穴试验的卸压有效影响范围,最终确定造穴半径为0.4m时造穴钻孔的卸压有效半径3.0增透程度。利用该实验煤层残余的瓦斯含量及瓦斯压力来考察此次水力造穴试验的消突效果,水力造穴钻孔之间的间距为4m时,煤层的残余瓦斯含量均在4m/t以下,残余瓦斯力在0.4MPa以下,达到煤层消突的目的,也就证明顺层水力造穴技术可以有效的对预抽煤层进行卸压增透。(该论文有图27幅,表9个,参考文献90篇)

关键词：水力造穴高压水射流卸压增透数值模拟

钻扩一体化卸压增透技术在桑树坪煤矿的应用研究

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钻扩一体化卸压增透技术在桑树坪煤矿的应用研究

作者：王念鑫西安科技大学

学位级别：硕士

陕西陕煤韩城矿业有限公司桑树坪煤矿3#煤层透气性差,属罗难抽采煤层,煤体松软,突出类型为地应力半导型;原可作为保护层开采的上覆2#煤层和下部11#层经鉴定为突出煤层,矿井不能继续采用开采保护层作为消除3#煤层突出危险性的区域突措施... 详细信息

陕西陕煤韩城矿业有限公司桑树坪煤矿3#煤层透气性差,属罗难抽采煤层,煤体松软,突出类型为地应力半导型;原可作为保护层开采的上覆2#煤层和下部11#层经鉴定为突出煤层,矿井不能继续采用开采保护层作为消除3#煤层突出危险性的区域突措施,需要研究新的治理3#煤层瓦斯的方案,为公司具有相似煤层赋存条件的煤层瓦斯治理提供技术支撑。论文以桑树坪煤矿试验区的地质资料为基础。研究确定在底板岩巷利用高压水射流钻扩一体化卸压增透技术施工穿层钻孔,利用矿井抽采系统预抽3#煤层待掘巷道条带瓦斯,验证其在桑树坪煤矿单一煤层防治煤与瓦斯突出中的效果。论文测定了试验区3#煤层瓦斯基本参数,为试验后期效果对比提供了有力的依据;理论分析了试验区底板岩巷相对于上覆掘进煤巷的合理水平位置及法相距离。研究表明,底板岩巷的合理布置,即可以对上覆煤体进行有效卸压,又可以减少穿层钻孔施工的工程量;通过对高压水射流钻扩一体化技术考察发现,此技术能使试验区钻孔瓦斯流量衰减系数减小1～5倍,钻孔瓦斯涌出量提高1倍,钻孔抽采浓度提高1倍、单孔抽采提高0.6倍,钻孔抽采半径提高0.3倍,水力扩孔排出了大量煤屑,增大了煤层内部自由空间,卸除了煤层中的部分应力,消除了煤体的弹性能,结合使用瓦斯抽采系统,能有效消除3#煤层突出危险性。钻扩一体化卸压增透技术以桑树坪煤矿的应用研究得出,高压水射流钴扩一体化卸压增透技术适用于桑树坪煤矿松软、地应力主导突出的3#煤层瓦斯灾害的预防和治理。

关键词：高压水射流钻扩一体化卸压增透区域防突穿层钻孔

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长平矿保护层开采卸压增透技术研究

长平矿保护层开采卸压增透技术研究

作者：毛开江辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

长平煤矿瓦斯含量高、透气性低,煤层构造复杂。现在开采的3#煤四盘区是高瓦斯区,属于较难抽采煤层。随着开采水平的日益加深,瓦斯问题日渐突出,瓦斯隐患已严重威胁矿井的安全生产。通过对长平保护层开采卸压增透技术研究,为长平矿保护... 详细信息

长平煤矿瓦斯含量高、透气性低,煤层构造复杂。现在开采的3#煤四盘区是高瓦斯区,属于较难抽采煤层。随着开采水平的日益加深,瓦斯问题日渐突出,瓦斯隐患已严重威胁矿井的安全生产。通过对长平保护层开采卸压增透技术研究,为长平矿保护层开采及瓦斯抽采提供科学依据。在对长平矿地质条件分析的基础上,结合长平矿煤岩物理力学参数、地应力测量结果,应用理论分析、地质分析、实验研究和数值模拟等方法对长平矿保护层开采进行卸压增透技术研究。分析了长平矿保护层开采的可行性,得出长平矿8#煤作为3#煤的开采保护层是可行的,确定了3#煤四盘区的保护范围和各工作面保护范围;通过数值模拟研究了长平矿保护层开采后被保护层的应力分布规律、移动变形规律和透气性变化规律,研究结果表明,在保护层工作面采高大于1.2m,保护层和被保护层的层间距为37m左右时,保护层的开采能够使被保护层产生较好的卸压增透效果。采高越大,卸压增透效果越好;分析了保护层开采后被保护层煤层透气性变化规律,为被保护层卸压瓦斯抽采方式的选择和抽采钻孔的布置提供了理论依据;根据长平矿保护层开采应力分布规律、移动变形规律和透气性变化规律,结合保护层的开采条件,确定了保护层工作面合理的采高范围;初步提出了瓦斯抽采方案。

关键词：保护层开采卸压增透煤与瓦斯突出煤层透气性瓦斯治理

五阳矿低透气煤层水力压裂卸压增透技术研究及应用

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五阳矿低透气煤层水力压裂卸压增透技术研究及应用

作者：马瑞峰西安科技大学

学位级别：硕士

我国煤层普遍具有低透气性的特点，使得煤层瓦斯抽采效率低下，严重影响煤矿安全生产。针对五阳煤矿高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难题，提出了水力压裂卸压增透瓦斯抽采技术。采用理论分析、实验室分析和数值模拟方法对水力压裂裂缝起裂... 详细信息

我国煤层普遍具有低透气性的特点，使得煤层瓦斯抽采效率低下，严重影响煤矿安全生产。针对五阳煤矿高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难题，提出了水力压裂卸压增透瓦斯抽采技术。采用理论分析、实验室分析和数值模拟方法对水力压裂裂缝起裂、扩展机理以及水力压裂卸压增透效应进行分析，在此基础上，结合五阳煤矿现场工业试验确定了合适的水力压裂技术工艺参数，为五阳煤矿高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采提供了理论依据和技术支持。通过水力压裂理论分析阐明了裂缝起裂压力和裂缝长度的理论计算模型，结合煤岩全应力—应变过程渗透性试验揭示了水力压裂卸压增透作用机理;采用RFPA数值模拟方法研究了五阳煤矿水力压裂起裂压力和裂缝扩展延伸范围随地应力差和煤坚固性系数的变化规律;针对五阳煤矿地质条件选择现场工业试验地点，设计水力压裂试验方案，根据裂缝起裂理论计算模型和数值模拟结果设计水力压裂注水压力、注水时间、封孔方式和深度等工艺参数。通过现场工业试验，验证方案设计，考察瓦斯抽采效果。现场工业试验结果表明，水力压裂卸压增透后，煤层透气性明显增大，压裂后瓦斯抽采浓度、流量显著提高，水力压裂卸压增透技术适用于五阳煤矿高瓦斯低透气性煤层，在总结理论分析、数值模拟和现场试验结果基础上，得出适用于五阳煤矿水力压裂的主要技术工艺参数。

关键词：水力压裂卸压增透数值模拟地应力差瓦斯抽采

软硬复合煤层钻孔高压水射流卸压增透机制及应用研究

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软硬复合煤层钻孔高压水射流卸压增透机制及应用研究

作者：郝志远中国矿业大学

学位级别：硕士

我国贵州地区煤层地质条件复杂,多以煤层群的形式赋存,在复杂的地质运动作用下形成了松软煤层或构造煤与原生煤并存的复合煤层,这些松软煤层的渗透率低,瓦斯难以高效抽采,煤与瓦斯突出严重。实践证明高压水射流冲孔技术可以有效对煤层... 详细信息

我国贵州地区煤层地质条件复杂,多以煤层群的形式赋存,在复杂的地质运动作用下形成了松软煤层或构造煤与原生煤并存的复合煤层,这些松软煤层的渗透率低,瓦斯难以高效抽采,煤与瓦斯突出严重。实践证明高压水射流冲孔技术可以有效对煤层卸压增透,显著提高瓦斯抽采效果。高压水射流冲孔技术即通过穿层钻孔至目标煤层,高压旋转水射流冲刷出大量松软煤体,在煤层中形成直径较大的洞室,这种方法一方面为煤体的膨胀变形提供了空间,另一方面增加了洞室周围煤体的渗透率,因此显著提高了瓦斯抽采效果,从而消除煤与瓦斯突出危险性。煤体在地质构造作用下变得松软易破碎,煤体的物理微观结构发生改变,孔隙裂隙系统更为发育,软煤的微孔和小孔孔容分别是硬煤的1.37倍和1.72倍,比表面积比分别是硬煤为1.43倍和1.59倍。煤体微孔和小孔孔容的增大导致吸附解吸能力的增加,软煤的前期解吸速度明显高于硬煤,软煤在解吸实验前5min的解吸量已达到总解吸量的50%,而硬煤则需要25min才能达到总解吸量的一半。平均瓦斯放散初速度Δp为37.5 mmHg,是硬煤的2.03倍。复合煤层中软煤的平均坚固性系数为0.5,硬煤的平均坚固性系数为1.9,二者存在明显差异。通过数值模拟的方法从单孔和双孔洞室周围煤体的塑性区体积、应力分布和瓦斯压力等方面揭示了水力冲孔后的卸压增透机制,水力冲孔后洞室周围煤体出现塑性区和二次应力分布,洞室之间的煤体水平应力降低,垂向应力增加,出现应力集中现象,然后在地应力的挤压破碎作用下向外侧转移。然后进行双孔模拟,从半径相同,洞室间距不同和洞室间距相同,半径不同两个方面综合考虑卸压区范围和瓦斯抽采效果,确定了冲孔半径为0.5m时,洞室间距为8m为最佳布孔方案。采用水力冲孔技术在新田煤矿4#突出煤层进行现场试验,结果表明,高压水力冲孔后,高浓度瓦斯抽采时间提高了5倍,180d内平均百米纯量提高了3倍左右。1402切眼785m处至940m控制范围内的4#煤层残余瓦斯含量和残余瓦斯压力均大幅度下降,瓦斯抽采效果显著提高,即在评判范围内有效的消除了煤层的突出危险性。该论文有图43幅,表14个,参考文献90篇。

关键词：复合煤层水力冲孔卸压增透应力分布瓦斯抽采

“三软”煤层水力冲孔卸压增透关键技术及应用

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“三软”煤层水力冲孔卸压增透关键技术及应用

作者：范超河南理工大学

学位级别：硕士

“三软”单一突出煤层无法通过开采保护层卸压增透,由于其顶底板岩体质软破碎、煤体结构破坏严重,无法进行水力压裂,只能采用水力冲孔出煤、卸压增透,实现快速抽采达标。本文在对以往水力冲孔技术系统分析的基础上,采用一系列新型冲孔装... 详细信息

“三软”单一突出煤层无法通过开采保护层卸压增透,由于其顶底板岩体质软破碎、煤体结构破坏严重,无法进行水力压裂,只能采用水力冲孔出煤、卸压增透,实现快速抽采达标。本文在对以往水力冲孔技术系统分析的基础上,采用一系列新型冲孔装备,通过实验室实验、现场试验、理论分析和数值模拟,提出一套适合于“三软”煤层的快速卸压增透技术。首先,利用Hoek-Brown破坏准则,以高压水射流破煤机理为基础,建立水力冲孔前后钻孔周围应力分布的数学模型,计算钻孔周围卸压区域,确定水力冲孔卸压影响范围。其次,针对水力冲孔后出现的应力拱现象,引入散体力学理论分析钻孔成拱的极限跨度;并通过直剪试验,研究含水率对钻孔成拱的影响,为冲孔前后钻孔是否成拱稳定提供依据。据此,系统探讨了“三软”煤层水力冲孔卸压增透机理。最后,采用钻冲一体化系统装置和瓦斯抽采孔水力作业机等装备,在郑州煤炭工业(集团)有限责任公司大平煤矿和告成煤矿“三软”煤层进行了工业性试验,初步提出了一套多阶段、多途径增透技术:第一阶段的中风压快速钻进和退钻过程中的高压水射流冲孔的钻冲一体化技术,联抽阶段的老孔多次修复增透技术和裸孔螺杆钻具透孔、高压水射流增透技术。现场应用结果表明:穿层钻孔采用钻冲一体化技术后瓦斯抽采半径增加1.5倍,煤层透气性系数提高2倍;对临时封孔的裸孔多阶段增透后,测试钻孔的瓦斯抽采量提高2～2.5倍;老孔修复增透后,瓦斯抽采纯量增加0.4～4.2倍。

关键词： “三软”煤层水力冲孔卸压增透高效抽采

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潘二煤矿高抽巷穿层孔卸压增透技术研究

潘二煤矿高抽巷穿层孔卸压增透技术研究

作者：赵明明河南理工大学

学位级别：硕士

为了探索适合潘二煤矿高抽巷的卸压增透区域防突技术，以11223高抽巷掩护A组煤层煤巷掘进进行研究。采用理论分析、数值模拟和现场试验考察方法，研究了水力压裂卸压增透效果。研究结果表明，影响范围能达到10m，但瓦斯抽采效果并没有... 详细信息

为了探索适合潘二煤矿高抽巷的卸压增透区域防突技术，以11223高抽巷掩护A组煤层煤巷掘进进行研究。采用理论分析、数值模拟和现场试验考察方法，研究了水力压裂卸压增透效果。研究结果表明，影响范围能达到10m，但瓦斯抽采效果并没有得到改善，分析主要原因为在高地应力的作用下压裂产生的裂缝又重新闭合，不适用于潘二煤矿软煤层的卸压增透。通过对水力冲孔的理论和数值分析，并结合现场试验考察得出：①相同抽采时间下，有效影响半径随每米冲出煤量的增多而增大，且增大幅度呈衰减趋势，提出将每米冲出煤量为1t或略大于1t，作为潘二煤矿A组煤的冲出煤量标准，试验结果表明，采用2Φ2.8mm的喷嘴，建立的泵压为14~16MPa，基本能实现冲出以上煤量。②冲出煤量不变时，有效影响半径随着抽采时间增加而变大，增大幅度逐渐减小，查明了有效抽放半径y与抽采时间x的量化关系，确定潘二煤矿A组煤实施水力冲孔措施后的合理抽采时间为90天。③采用自动排水的新型封孔工艺后，有效解决了下向孔孔内有积水导致抽采效率低下的问题，瓦斯抽采纯量比传统封孔工艺提高2倍。④采用瓦斯压力、瓦斯含量、抽采浓度与纯量的现场考察水力冲孔半径，确定了当冲出煤量约2.94t/m，抽采15天时，有效影响半径达到6m以上。⑤通过现场考察结果与模拟结果的多方面比较，验证了本文模拟的准确性，根据模拟结果及潘二煤矿实际情况设计了3种水力冲孔布孔间距，最终确定了水力冲孔措施为适合潘二煤矿A组煤层的卸压增透措施。

关键词：下向孔高抽巷水力冲孔水力压裂卸压增透

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下向穿层孔水力冲孔卸压增透技术

煤矿安全 2011年第9期42卷 36-38页

作者：曾昭友赵明明孙月庚程念东陈军平顶山天安煤业股份有限公司一矿河南平顶山467011 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 淮南矿业(集团)有限责任公司潘二煤矿安徽淮南232001

为考察下向穿层孔水力冲孔卸压增透效果,并确定有效影响半径,以潘二矿11223高抽巷为试验点,考察水力冲孔出煤量、冲孔前后瓦斯抽采浓度、纯量和压力等的变化。结果表明,下向穿层孔冲孔也具有良好的卸压增透效果。单孔冲出煤量约61.84 t... 详细信息

为考察下向穿层孔水力冲孔卸压增透效果,并确定有效影响半径,以潘二矿11223高抽巷为试验点,考察水力冲孔出煤量、冲孔前后瓦斯抽采浓度、纯量和压力等的变化。结果表明,下向穿层孔冲孔也具有良好的卸压增透效果。单孔冲出煤量约61.84 t,平均约2.94 t/m,抽采孔和冲孔孔平均抽采纯量比冲孔前分别提高了0.48%和5.82倍,水力冲孔有效影响半径达6 m以上。

关键词：水力冲孔卸压增透下向穿层孔