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煤矿未采区地面水平井全周期施工效果相互作用机制及开发建议

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煤炭科学技术 2024年

作者：张寨男杨科华心祝叶春辉叶敏刘文杰池小楼吕鑫安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室淮南矿业(集团)有限责任公司煤矿瓦斯治理国家工程研究中心淮南矿业集团煤层气开发利用有限责任公司

为探究煤矿未采区地面水平井不同层位压裂效果差异，揭示瓦斯治理全周期各阶段工程施工效果的相互作用机制，结合朱集东矿ZJ2-1与ZJ2-2井施工现状，从压裂施工规模、压裂施工曲线和测压降数据角度，分析各段及各层位压裂效果的差异，并... 详细信息

为探究煤矿未采区地面水平井不同层位压裂效果差异，揭示瓦斯治理全周期各阶段工程施工效果的相互作用机制，结合朱集东矿ZJ2-1与ZJ2-2井施工现状，从压裂施工规模、压裂施工曲线和测压降数据角度，分析各段及各层位压裂效果的差异，并与微地震监测结果对比验证；分析钻井、压裂效果对气水产出效果的影响及停产诱因，揭示地面水平井钻井、压裂与排采工程全周期之间的相互作用机制，提出煤矿未采区地面水平井瓦斯治理过程面临的关键问题及建议。结果表明：ZJ2-2井较ZJ2-1井与ZJ2-1井的煤层较顶、底板压裂的裂缝打开效果好，而微地震结果显示顶底板压裂较煤层压裂效果好，这是由于压裂效果好不但需要裂缝均匀打开，还需要确保裂缝持久性高。钻井效果体现在钻井轨迹与井筒稳定2个方面，钻井轨迹不仅会直接影响井筒稳定，还会影响压裂效果，压裂施工会降低井筒稳定，而井筒稳定是保障排采工程顺利进行的基础。井筒稳定性受钻井层位、压裂施工、储层岩层与长期浸水等因素的影响均不可忽视，压裂效果好只是排采效果好的必要条件，排采效果的好坏很大程度上还受井筒稳定性与排采制度精细化程度的影响。两口井排采阶段均可划分为返排、上产、稳产、停产和再产气5个阶段，ZJ2-1井的返排率较大且大于1，说明存在邻近水源的侵入，导致压裂效果较好的ZJ2-1井的产气效果较差。最后，从地面水平井瓦斯治理技术优选、钻井轨迹精准控制、井筒稳定性控制、排采制度优化和水赋存环境探测等角度总结了煤矿未采区地面水平井瓦斯治理过程中存在的关键问题，并给出相应的开发建议，以期为煤矿未采区地面水平井瓦斯治理提供思路。

关键词：煤矿未采区地面水平井钻井轨迹分段压裂效果气水产出相互作用机制开发建议

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大变形巷道限阻耗能型支护结构研究

矿业安全与环保 2024年第2期51卷 118-126页

作者：郑群余国锋仇文革陈昊喆刘洋淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司安徽淮南232001 成都天佑智隧科技有限公司四川成都610031

为了解决深部煤矿开采过程中所遇到的“高地应力、大变形、支护结构破坏”等问题,以朱集东矿东部辅助轨道大巷为工程背景,采用变形监测与数值模拟的方法研究深井软岩巷道围岩变形特征规律;依据围岩耗能支护理念,设计出控制巷道围岩能量... 详细信息

为了解决深部煤矿开采过程中所遇到的“高地应力、大变形、支护结构破坏”等问题,以朱集东矿东部辅助轨道大巷为工程背景,采用变形监测与数值模拟的方法研究深井软岩巷道围岩变形特征规律;依据围岩耗能支护理念,设计出控制巷道围岩能量释放与变形的“限制支护阻力阻尼器”(简称“限阻器”);通过数值分析与室内静压试验相结合的方式得到限阻器试件的性能指标与设计参数之间的关系,并验证限阻器的工作性能;最后通过数值模拟对比巷道常规支护与限阻耗能支护形式的变形与受力情况,验证巷道限阻耗能型支护方案的可行性。结果表明:限阻器的试验压缩量均达到了80%以上,具有较大的变形行程,在保证初期支护发生较大变形的前提下,达到降低围岩压力、耗散围岩能量的目的。限阻耗能支护较巷道常规支护最大主应力值分别降低51.2%、89.8%,提高了结构的安全性。

关键词：深井软岩巷道数值模拟围岩耗能支护限阻耗能型支护限阻器

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深埋复合顶板煤巷离层失稳机理及控制研究

中国安全生产科学技术 2024年第7期20卷 57-64页

作者：常聚才赵君儒吴博文齐潮郭钇君严良欢胡伟安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 淮南矿业(集团)有限责任公司安徽淮南232001

为探究深埋复合顶板煤巷离层失稳及控制机理,以淮南某矿1692(1)运输顺槽为工程背景,原位观测并分析巷道顶板变形破坏特征及原支护效果,基于材料力学原理建立复合顶板岩层力学模型,解析复合顶板各分层挠度表达式,揭示复合顶板离层失稳机... 详细信息

为探究深埋复合顶板煤巷离层失稳及控制机理,以淮南某矿1692(1)运输顺槽为工程背景,原位观测并分析巷道顶板变形破坏特征及原支护效果,基于材料力学原理建立复合顶板岩层力学模型,解析复合顶板各分层挠度表达式,揭示复合顶板离层失稳机理,并探究全长锚固和锚索对复合顶板离层控制机理,提出全锚改性-长锚索组合联合支护技术。研究结果表明:联合支护利用全长锚固增加复合顶板底层的弹性模量,使复合顶板底层挠度下降,通过锚索将复合顶板各分层组合成整体,形成组合梁结构,使复合顶板整体挠度降低,现场监测表明顶底板移近量下降64%,顶板未发现离层现象,最大裂隙深度由8.1 m降低至3.8 m,降低53.80%,煤巷的稳定性得到显著提升。研究结果可为深埋复合顶板离层垮落失稳控制提供借鉴。

关键词：深部矿井复合顶板煤巷原位观测全长锚固

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特厚煤层低位双硬顶板破断失稳规律试验研究

矿业研究与开发 2024年第1期44卷 48-53页

作者：康志鹏罗勇段昌瑞淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤碳安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南市232001 淮河能源控股集团有限责任公司、深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽淮南市232001

针对特厚煤层双硬顶板放顶煤开采覆岩冲击性破断问题以及宽煤柱沿空巷道变形较大、护巷困难、需反复刷扩等问题,以麻家梁矿14202工作面为工程背景,通过物理相似模拟试验,对特厚煤层低位双硬顶板结构破断的动载效应进行研究分析。结果表... 详细信息

针对特厚煤层双硬顶板放顶煤开采覆岩冲击性破断问题以及宽煤柱沿空巷道变形较大、护巷困难、需反复刷扩等问题,以麻家梁矿14202工作面为工程背景,通过物理相似模拟试验,对特厚煤层低位双硬顶板结构破断的动载效应进行研究分析。结果表明:下位坚硬顶板自离层萌生到全部垮落工作面累计推进36m,推进60m时发生初次失稳破断,垮落厚度为4.2m,破断角为60°,顶板断裂线距煤壁5.8m,周期垮落步距约为23~25m;上位坚硬顶板自下分层垮落到完全垮落工作面累计推进23m,破断步距约为55~65m,破断角与上位坚硬顶板一致;位移监测结果显示,下位坚硬顶板与软弱夹层中下部分、上位坚硬顶板与软弱夹层上分层以及其上覆软弱岩层运动规律保持一致;双硬顶板破断失稳在采空区侧形成一定范围的应力升高区,应力峰值为23MPa,应力集中系数为1.57,应力峰值距影响范围为20m;下位坚硬顶板破断形成“短悬臂梁”结构,该结构随工作面回采动态前移形成小周期来压,上位硬顶破断形成“长砌体梁”结构,该结构破断失稳动载作用于下部“短悬臂梁”,使得其提前破断而共同作用于工作面支护体,形成大周期来压。研究结果可为特厚煤层开采多层硬顶条件下的围岩控制提供理论依据。

关键词：特厚煤层双硬顶板相似模拟破断失稳

复合顶板倾斜薄煤层小煤柱稳定机理与控制研究

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矿业研究与开发 2024年第9期44卷 40-47页

作者：康志鹏罗勇任波童政段昌瑞淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南市232001 淮河能源控股集团有限责任公司深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽淮南市232001

为解决沿空掘巷大煤柱资源浪费、小煤柱护巷困难的难题,以宏能煤业花草滩煤矿2104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟与工程实践相结合的研究方法,对倾斜煤层开采扰动下小煤柱的合理宽度进行研究,给出梯形巷道沿空掘进高强复合加... 详细信息

为解决沿空掘巷大煤柱资源浪费、小煤柱护巷困难的难题,以宏能煤业花草滩煤矿2104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟与工程实践相结合的研究方法,对倾斜煤层开采扰动下小煤柱的合理宽度进行研究,给出梯形巷道沿空掘进高强复合加固支护方案。结果表明:基于岩体极限平衡理论得出煤柱宽度计算公式,并根据矿井实际数据得出煤柱宽度应大于3.35 m;巷道开挖后,侧向支承应力峰值会运移至煤体深部,其位置会随着煤柱宽度的增加而逐渐远离采空区,煤柱垂直应力峰值会随着煤柱宽度呈现先增加后减小,最终逐渐稳定的趋势;留设煤柱宽度为5 m时,巷道变形稳定,变形量小,煤柱承受的围岩应力减小,煤柱中心无塑性区贯通。现场实践表明,留设5 m煤柱,在采动影响段巷道采用“对穿锚索双向固定+一梁三柱补强支护”的方案,在沿空掘巷段布置穿层锚索深部锚固的支护方案,沿空梯形巷道变形较小,可满足安全生产的需要,经济效益显著。

关键词：复合顶板倾斜薄煤层小煤柱梯形巷道控制方案

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工作面顶板超前预裂应力阻隔护巷机理

中国矿业大学学报 2024年第2期53卷 264-276页

作者：杨敬轩张瑞卢硕孙兴平陈建本中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 淮南矿业(集团)有限责任公司顾桥煤矿安徽淮南232033

为了改善顾桥煤矿大采深和工作面采动影响引起的煤岩高应力环境,保证工作面停采后系统巷道的安全留设,以矿井1311(1)工作面停采后的系统巷道保护为目标,采用理论分析和现场实践实测方法,探索工作面顶板超前预裂应力阻隔护巷机理.研究表... 详细信息

为了改善顾桥煤矿大采深和工作面采动影响引起的煤岩高应力环境,保证工作面停采后系统巷道的安全留设,以矿井1311(1)工作面停采后的系统巷道保护为目标,采用理论分析和现场实践实测方法,探索工作面顶板超前预裂应力阻隔护巷机理.研究表明:覆岩悬板作用是停采工作面煤岩高应力显现的主要力源组成;通过建立停采工作面覆岩结构力学模型,采用等效应力指标较好地反映了煤层高应力承载特征,揭示了悬板作用下的覆岩应力传递机制,明确覆岩悬板是诱发煤岩高应力的敏感因素,煤层开采扰动范围内的悬板必须及时切断,阻断高应力传载路径;通过合理确定覆岩控制目标层高度,提出利用工作面顺槽联巷爆破切顶阻断高应力传递的卸压思路,给出了重型药柱深孔爆破工艺参数,顶板平面致裂及卸压效果显著.

关键词：顶板预裂切顶卸压应力阻隔爆破切顶等效应力

采煤工作面导水通道电法智能监测技术应用研究

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煤炭工程 2024年第2期56卷 92-98页

作者：黄刚余国锋韩云春罗勇任波赵靖徐一帆高银贵贺世芳淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司安徽淮南232001 鄂尔多斯市华兴能源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017000 淮南矿业(集团)有限责任公司煤业分公司安徽淮南232095

针对目前受底板承压水威胁的工作面注浆效果评价以及工作面回采过程中异常区裂隙动态发育等情况的动态监测问题,采用电法智能监测技术,在唐家会煤矿61304工作面底板低阻异常区开展注浆效果监测试验以及对回采过程中煤层底板进行实时监测... 详细信息

针对目前受底板承压水威胁的工作面注浆效果评价以及工作面回采过程中异常区裂隙动态发育等情况的动态监测问题,采用电法智能监测技术,在唐家会煤矿61304工作面底板低阻异常区开展注浆效果监测试验以及对回采过程中煤层底板进行实时监测,通过监测岩层电阻率变化情况,成功捕捉到了注浆浆液动态扩散趋势和采动裂隙动态发育过程,及时预警了导水通道的动态发育情况。研究表明:电法智能监测技术能清晰监测导水通道动态发育过程,能分辨是否导通含水层,是带压开采工作面底板突水监测的新技术,为底板承压工作面的开采提供技术指导,保障煤矿安全生产。

关键词：底板承压水异常区注浆效果导水通道电法智能监测技术

淮南矿区煤层顶板分段压裂水平井抽采技术及效果研究

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 155-163页

作者：陈本良袁亮薛生降文萍杨科周韬李丹丹吴静安徽理工大学安徽淮南232001 淮南矿业(集团)有限责任公司安徽淮南232001 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

淮南矿区为典型高瓦斯矿区,煤层碎软、渗透率低、瓦斯含量偏高、抽采难度大,为探讨地面煤层气顶板分段压裂水平井在矿区的技术可行性与瓦斯治理效果,在分析矿区主要煤层13-1煤储层特征基础上,采用应力解除法进行了煤层三向地应力测试,... 详细信息

淮南矿区为典型高瓦斯矿区,煤层碎软、渗透率低、瓦斯含量偏高、抽采难度大,为探讨地面煤层气顶板分段压裂水平井在矿区的技术可行性与瓦斯治理效果,在分析矿区主要煤层13-1煤储层特征基础上,采用应力解除法进行了煤层三向地应力测试,结果显示三向应力场类型主要为σ_(h,max)>σ_(v)>σ_(h,min),具有实施顶板分段压裂水平井技术的充分条件;利用MFrac Suite软件分别模拟了水平段距离煤层1、3、5 m时的压裂缝参数,压裂缝半长最大107.33 m、最小89.47 m,具有理想的压裂效果,说明顶板分段压裂水平井在淮南矿区具有比较好的地质适应性与可行性。以潘一煤矿13-1煤层“L”型顶板分段压裂水平井CBM01井为研究对象,采用井下钻孔检测与数值模拟等手段综合分析了瓦斯治理效果,结果显示CBM01井抽采415 d即显著降低了煤层瓦斯压力与瓦斯含量,距离水平井50、65 m处瓦斯压力由6.4 MPa分别降至2.6、2.7 MPa,降低幅度均超过55%,水平段两侧各15~20 m范围内瓦斯含量由13.5 m^(3)/t降至最大9.11 m^(3)/t、最小6.92 m^(3)/t,平均7.92 m^(3)/t,约10 m范围均降至8 m^(3)/t以下。最后,采用数值模拟方法预测了CBM01井抽采10 a的产气效果及瓦斯治理效果,气井抽采10 a累计产气约272.08×10^(4)m^(3),水平段倾向单侧约150 m范围内气含量均降至8 m^(3)/t以下、压力均降至3 MPa以下。综合研究结果表明,煤层顶板分段压裂水平井技术在淮南矿区瓦斯治理方面均具有较大的优势和应用效果。

关键词：淮南矿区分段压裂水平井抽采效果瓦斯治理检测钻孔

全光纤微震监测技术在底板突水监测中的应用研究

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工矿自动化 2024年第6期50卷 36-45页

作者：黄刚韩云春余国锋罗勇任波叶赞王立超赵靖徐一帆深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司安徽淮南232001 平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司安徽淮南232000 淮南矿业(集团)有限责任公司潘二煤矿安徽淮南232000

目前国内的光纤微震监测系统多是基于光学光栅传感技术,而光纤光栅波长解调限制了系统检测频率与灵敏度,且长时间、连续不间断的微震监测成功案例较少。针对上述问题,提出了一种新型全光纤微震监测系统。以潘二煤矿11023工作面回采过程... 详细信息

目前国内的光纤微震监测系统多是基于光学光栅传感技术,而光纤光栅波长解调限制了系统检测频率与灵敏度,且长时间、连续不间断的微震监测成功案例较少。针对上述问题,提出了一种新型全光纤微震监测系统。以潘二煤矿11023工作面回采过程中底板突水监测为工程背景,使用全光纤微震监测系统与ESG微震监测系统进行对比,得出全光纤微震监测系统具有以下优势:记录的波形频谱特征更清晰,表现出高信噪比优势;对扰动深度的监测范围更大,远距离监测效果更好;震源定位结果分布更加合理,更符合工作面实际开采情况。在监测工作面回采全周期内,分析了11023工作面断层异常区底板破坏与微震活动性关系:在断层和煤层变薄异常区附近,微震事件的数量增多、强度增大;工作面初采期间应力集中释放,受采动影响,底板破坏较深;相对大能量事件主要分布在断层异常区的底板,底板破坏深度约为27 m,微震事件在3煤底板60 m以下没有成线或成面聚集的情况,说明裂隙并未扩展,未形成导水通道,工作面安全回采。

关键词：全光纤微震监测底板突水扰动深度震源定位断层异常区微震活动性相对大能量事件

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