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强突出煤层“内保护层”构建理论及工程实践

煤炭科学技术 2023年第12期51卷 267-281页

作者：辛新平杨程涛魏建平刘勇王一彤徐向宇河南能源集团有限公司河南郑州450046 河南能源集团研究总院有限公司河南郑州450046 河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心河南郑州450046 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

保护层开采是煤矿瓦斯灾害防治最有效的技术手段,适用于有保护层可采的多煤层(群)等。对于无保护层可采的强突出单一煤层,随着采深加大、开采强度增加、构造更加复杂等多重因素叠加影响,应力与瓦斯耦合型灾害成为主导。为消除煤与瓦斯... 详细信息

保护层开采是煤矿瓦斯灾害防治最有效的技术手段,适用于有保护层可采的多煤层(群)等。对于无保护层可采的强突出单一煤层,随着采深加大、开采强度增加、构造更加复杂等多重因素叠加影响,应力与瓦斯耦合型灾害成为主导。为消除煤与瓦斯突出危险,目前采取的诸如机械扩孔、水力冲孔、水射流割缝和水力压裂等措施均能较好地提高抽采效果,但未能实现均匀卸压、均匀增透和消除应力异常,存在一定的消突局限性。如何实现瓦斯高效抽采和高效消突是长期遏制该类煤层安全高效开采的主要技术瓶颈。研究结合河南能源集团所属突出矿井“零距离保护层”分层开采、穿层钻孔卸压增透强化抽采消突的工程实践,通过优化穿层钻孔设计、合理选择卸压措施和精准计量掏出煤量,强化卸压消突效果考察,实现大区域连片均匀卸压,形成了在煤层内构建类似保护层的消突途径,提出了“构建内保护层技术”,实现了强力均匀卸压、高效抽采,实现煤层快速消突。总结以河南能源焦煤公司为代表的突出矿井瓦斯治理技术发展历史及经验,开展单一厚煤层“构建内保护层技术”研究,阐释了“构建内保护层”消突的科学内涵、消突机理构建方法,开发了内保护层消突效果评价技术,构建了强突出单一煤层内保护层消突技术体系并制定了相关企业标准。提出强突出单一煤层主动构建内保护层的消突理念,创新了保护层开采的内涵和外延,为强突出单一煤层高效消突提供了较完善的技术体系和较为坚实的理论基础及技术手段。

关键词：内保护层强突煤层消突技术消突评价抽采效果

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煤矿井下机械造穴卸压增透装置研究与应用

煤炭技术 2023年第2期42卷 163-166页

作者：柴锡军熊俊杰杨程涛河南能源化工集团研究总院有限公司郑州450046 河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心郑州450046

为解决现有增透技术的局限性,研发一种新型机械造穴卸压增透装置,集打钻、造穴于一体,操作使用方便快捷,适用于各种硬度的煤层。通过对装置机构模型进行受力分析,得到驱动水压与刀臂展开角之间的关系。经过煤矿井下现场试验后,结果表明... 详细信息

为解决现有增透技术的局限性,研发一种新型机械造穴卸压增透装置,集打钻、造穴于一体,操作使用方便快捷,适用于各种硬度的煤层。通过对装置机构模型进行受力分析,得到驱动水压与刀臂展开角之间的关系。经过煤矿井下现场试验后,结果表明:机械造穴后钻孔瓦斯抽采浓度是普通水力冲孔钻孔瓦斯浓度的2.1倍,机械造穴钻孔平均瓦斯抽采浓度最高是普通水冲孔钻孔的2.4倍。实践应用表明,机械造穴措施使煤层卸压更充分,极大地增加了煤层的透气性,有效提高了煤层瓦斯抽采浓度,可以更好地消除煤层的突出危险性。

关键词：机械造穴动力学分析现场试验卸压增透瓦斯抽采

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一种井下煤层渗透率直接测定仪

煤矿安全 2017年第12期48卷 90-93页

作者：闫本正陶云奇王峰河南能源化工集团研究院有限公司河南郑州450046 河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心河南郑州450046

研发了一种井下煤层渗透率直接测定仪器,可实现煤层渗透率的井下直接测定;仪器及配套器材主要包括封孔装置及导气管路、充气装置、煤层渗透率测定仪及导流管组件等。通过重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室对该装置进行了校准... 详细信息

研发了一种井下煤层渗透率直接测定仪器,可实现煤层渗透率的井下直接测定;仪器及配套器材主要包括封孔装置及导气管路、充气装置、煤层渗透率测定仪及导流管组件等。通过重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室对该装置进行了校准鉴定,并利用该装置对煤层渗透率进行现场测定,测试结果表明:该装置能够实现井下现场直接测定煤层渗透率,避免了因取样的偶然性和样芯制作过程中的破坏造成的实验室测量结果失真,测试结果具有准确性和客观性。

关键词：煤层渗透率煤层瓦斯测定装置直接测定瓦斯抽采

冲压一体化卸压增透技术在煤层区域瓦斯治理中的应用

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煤矿安全 2019年第9期50卷 144-146,150页

作者：杨正宇闫本正河南能源化工集团研究总院有限公司河南郑州450046 河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心河南郑州450046

通过对水力冲孔和水力压裂技术的分析,集成2种水力化措施的优点,研究了冲压一体化卸压增透技术原理,介绍了技术的适用条件,并进行了现场工业性试验。现场工业性试验结果表明:冲压一体化卸压增透技术能够有效的提高钻孔瓦斯抽采浓度和抽... 详细信息

通过对水力冲孔和水力压裂技术的分析,集成2种水力化措施的优点,研究了冲压一体化卸压增透技术原理,介绍了技术的适用条件,并进行了现场工业性试验。现场工业性试验结果表明:冲压一体化卸压增透技术能够有效的提高钻孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量,进而缩短煤层瓦斯抽采达标时间,能够为煤矿安全高效生产提供重要的技术支撑作用。

关键词：水力冲孔水力压裂卸压增透瓦斯抽采煤与瓦斯突出

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水力冲孔卸压范围及瓦斯抽采规律研究

煤炭科学技术 2017年第10期45卷 96-100页

作者：王峰陶云奇刘东河南能源化工集团研究院有限公司河南郑州450046 河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心河南郑州450046

为了研究水力冲孔对钻孔周围煤体的卸压增透作用机理,以瓦斯压力观测法和抽采参数监测为技术手段,运用井下考察试验和数据分析的方法,研究了水力冲孔钻孔周围煤体卸压特征和瓦斯抽采规律,结果表明:中马村矿水力冲孔钻孔周围煤体的卸压... 详细信息

为了研究水力冲孔对钻孔周围煤体的卸压增透作用机理,以瓦斯压力观测法和抽采参数监测为技术手段,运用井下考察试验和数据分析的方法,研究了水力冲孔钻孔周围煤体卸压特征和瓦斯抽采规律,结果表明:中马村矿水力冲孔钻孔周围煤体的卸压影响范围为5 m,充分卸压范围为1.5 m,且水力冲孔钻孔的瓦斯抽采规律分2个阶段:瓦斯高效抽采期(抽采前5 d),该阶段瓦斯抽采量来源以充分卸压区煤体瓦斯快速解吸释放为主,解吸量大,衰减快,水力冲孔钻孔瓦斯抽采速率衰减呈幂函数规律;瓦斯稳定抽采期(抽采5 d后),该阶段充分卸压区煤体瓦斯解吸已完成,瓦斯抽采来源以卸压影响区域煤体瓦斯解吸运移为主,瓦斯抽采速率衰减稳定,呈指数函数特征。

关键词：水力冲孔瓦斯抽采冲孔煤量卸压范围

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定长定位封孔工艺的研究及应用

矿业安全与环保 2018年第2期45卷 65-67,71页

作者：闫本正陶云奇王洪盘张军波河南能源化工集团研究院有限公司河南郑州450046 河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心河南郑州450046

为探索更加简便和有效的瓦斯抽采钻孔封孔技术及工艺,通过对常用的瓦斯抽采钻孔封孔技术及工艺进行分析,研究了定长定位钻孔封孔工艺,并研制出与之配套的两端自堵式封孔囊袋。该技术工艺简便快捷,实现了一次性带压注浆封孔,并能够实现... 详细信息

为探索更加简便和有效的瓦斯抽采钻孔封孔技术及工艺,通过对常用的瓦斯抽采钻孔封孔技术及工艺进行分析,研究了定长定位钻孔封孔工艺,并研制出与之配套的两端自堵式封孔囊袋。该技术工艺简便快捷,实现了一次性带压注浆封孔,并能够实现瓦斯抽采钻孔的定长定位封孔,封孔效果较好、效率较高,降低了工人的劳动强度。在龙山煤矿进行了封孔工艺效果对比试验,结果表明:定长定位封孔工艺能提高瓦斯抽采钻孔的封孔质量,单孔平均瓦斯抽采浓度提高约37.5%,所封钻孔的瓦斯抽采浓度衰减速度较慢,钻孔的使用周期较长,高浓度瓦斯抽采钻孔的比例较高。

关键词：瓦斯抽采钻孔封孔工艺定长定位封孔带压封孔封孔囊袋

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钻孔角度对水力冲孔效果影响的试验研究

煤矿安全 2018年第4期49卷 1-4页

作者：王峰陶云奇刘东李锋河南能源化工集团研究院有限公司河南郑州450046 河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心河南郑州450046

为了研究钻孔角度对水力冲孔效果的影响,采取试验研究的方法在中马村矿27001底板回风巷开展水力冲孔试验,利用冲煤量统计、瓦斯抽采量检测、数据分析等技术手段,研究了同等条件下不同角度钻孔的冲煤量及瓦斯抽采效果,结果表明水力冲孔... 详细信息

为了研究钻孔角度对水力冲孔效果的影响,采取试验研究的方法在中马村矿27001底板回风巷开展水力冲孔试验,利用冲煤量统计、瓦斯抽采量检测、数据分析等技术手段,研究了同等条件下不同角度钻孔的冲煤量及瓦斯抽采效果,结果表明水力冲孔冲煤量及瓦斯抽采效果随钻孔角度的减小而增大;获得中马村煤矿水力冲孔钻孔最佳单位冲煤量:大角度孔(50°及以上)的单位冲煤量为1~1.5 t/m,小角度钻孔(50°以下)单位冲煤量为1.5~2 t/m。

关键词：煤与瓦斯突出水力冲孔瓦斯抽采冲孔煤量钻孔角度

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煤矿井下煤层渗透率直接测定方法研究及应用

煤矿安全 2018年第3期49卷 140-143,147页

作者：陶云奇闫本正刘东河南能源化工集团研究院有限公司河南郑州450046 河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心河南郑州450046

研究了国内外有关学者提出的各种煤层渗透率测定及计算方法,分析了煤层瓦斯运移计算模型,在此基础上提出煤层瓦斯渗流的几点假设。利用瓦斯渗流动量守恒方程和气体状态方程,建立了煤层瓦斯径向流动流量计算方程,并依据现场测试实际情况... 详细信息

研究了国内外有关学者提出的各种煤层渗透率测定及计算方法,分析了煤层瓦斯运移计算模型,在此基础上提出煤层瓦斯渗流的几点假设。利用瓦斯渗流动量守恒方程和气体状态方程,建立了煤层瓦斯径向流动流量计算方程,并依据现场测试实际情况给定边界条件,建立了煤层瓦斯径向流动状态下的渗透率计算方程,为现场渗透率测试提供理论支撑。通过对地面实验室和煤矿井下现场测试煤层渗透率方法的研究,提出了煤矿井下直接测试煤层渗透率的新方法:圆周渗透率测试法。利用该方法对中马村矿27采区煤层渗透率进行现场实测,并通过反算出的煤层透气性系数与以往实测数据对比,结果表明:圆周渗透率测试法能够实现煤矿井下煤层渗透率的现场直接测定,测试结果准确可靠。

关键词：煤层渗透率流量测定方法瓦斯渗流

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抽采孔修复增透技术在石门揭煤中的应用

中国煤炭 2017年第11期43卷 97-100,119页

作者：王洪盘闫本正陶云奇陈顶峰河南能源化工集团研究院有限公司河南省郑州市450046 河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心河南省郑州市450046

针对演马庄矿石门揭煤存在突出危险性大、技术工艺复杂的问题,采用抽采钻孔修复增透技术,对石门揭煤区域设计的抽采钻孔进行水力冲孔修复,提高了钻孔的抽采效果,实现了石门揭煤区域储层的快速消突,大大提高了高突煤层石门揭煤的速度,较... 详细信息

针对演马庄矿石门揭煤存在突出危险性大、技术工艺复杂的问题,采用抽采钻孔修复增透技术,对石门揭煤区域设计的抽采钻孔进行水力冲孔修复,提高了钻孔的抽采效果,实现了石门揭煤区域储层的快速消突,大大提高了高突煤层石门揭煤的速度,较好地解决了煤矿井下采掘作业接替紧张的现状。

关键词：石门揭煤突出危险性钻孔修复增透技术抽采效果