顶板走向高位钻孔瓦斯抽采技术的研究及应用

为了解决由于采空区及邻近煤层瓦斯的涌人而造成的工作面上隅角瓦斯超限问题,提出了运用顶板走向高位钻孔瓦斯抽采技术,对采空区及邻近煤层瓦斯进行抽采,进而解决上隅角瓦斯超限问题的方法。利用分源预测法对工作面瓦斯涌出源进行了分析,并理论计算了采空区冒落带和裂隙带的高度范围,结合矿井具体情况,确定了合理的高位钻孔参数,并对作用效果进行了现场考察。研究表明：高位钻孔瓦斯抽采技术,能有效地解决工作面上隅角瓦斯超限问题,降低回风流中瓦斯体积分数,并提高了工作面的推进速度,有效地保证了工作面的安全回采。     

极近距离煤层大采高工作面上隅角瓦斯治理

为了解决三交河煤矿2-512大采高工作面上隅角瓦斯经常超限的难题,运用理论和现场实践进行了分析,分析得出工作面上隅角瓦斯超限的主要原因有:①上隅角是风流汇合处;②顶板跨落;③2#下煤层瓦斯涌入采空区;④地质构造.针对上隅角瓦斯超限问题,提出了高位钻孔抽放裂隙带瓦斯和低位钻孔抽放采空区和冒落带瓦斯的防治措施.现场实践表明,在实施上述措施之后,2-512工作面回风流中瓦斯浓度控制在0.02％ ～0.06％,上隅瓦斯浓度由原来的0.8％～3.0％下降到0.8％以下,有效地解决了上隅角瓦斯超限问题,保证了矿井的安全高效生产.     

基于COMSOL的采空区埋管抽采参数优化数值研究

针对回采工作面上隅角瓦斯浓度超限问题,提出了回采工作面采空区埋管抽采的方法。以保德煤矿81307工作面为研究对象,运用数值模拟软件COMSOL模拟采空区无抽采和不同抽采参数条件下工作面内瓦斯分布规律,研究埋管抽采参数对上隅角瓦斯浓度的影响规律,确定最佳的采空区埋管抽采参数。同时进行现场抽采参数优化试验,对瓦斯浓度进行监测,研究结果表明:合适的布置间距、抽采负压和抽采流量能够有效解决上隅角瓦斯超限问题,试验期间内,上隅角瓦斯体积分数最大为0.74%,进风流中瓦斯体积分数最大为0.2%,工作面风流中瓦斯体积分数最大为0.45%,回风流中瓦斯体积分数最大为0.5%,均没有超过安全标准。     

U型工作面上隅角埋管瓦斯抽采数值模拟研究

传统的U型通风工作面上隅角瓦斯积聚现象经常出现，严重制约着矿井正常生产能力的有效发挥，对矿井安全生产造成重大威胁。基于前人对采空区非均质多孔介质气体运移理论的研究，采用Fluent软件数值模拟研究了U型和上隅角埋管条件下U型通风系统的静压力场和瓦斯浓度场。研究结果表明：在相同的模型参数条件下，U型通风容易造成上隅角瓦斯积聚，上隅角瓦斯超限问题十分严重；采空区5m处埋管，治理上隅角瓦斯积聚的效果欠佳，达不到安全开采的条件；15m处埋管可以较好的解决上隅角瓦斯超限问题，工作面没有出现瓦斯积聚现象，工作面和回风巷的瓦斯浓度始终处于1％以下；25m处埋管的效果与15m基本相同，没有表现出更好的瓦斯治理效果。综合数值模拟的结果，确定了上隅角埋管抽放采空区瓦斯的理想抽放位置为距离地板垂高1．2m、沿走向深入采空区15m处。     

近距离煤层群倾向穿层钻孔合理布孔参数研究

为了解决新源煤矿在近距离煤层群赋存条件下采用倾向穿层钻孔抽采邻近煤(岩)层卸压瓦斯,抽采瓦斯浓度低,抽采率不达标,回采工作面上隅角瓦斯超限严重等问题。通过采用UDEC软件模拟采动覆岩移动破坏规律,获得开采2号煤层时上覆岩层裂隙带范围9~16m,确定倾向穿层钻孔合理布孔参数,钻孔倾角:21°~26°,孔深:44~47m。经在2219工作面试验考察,与原始参数钻孔抽采效果相比,钻孔平均瓦斯抽采浓度增加6倍多,抽采纯量增加15倍多,有效抽采距离增加3倍多,倾向穿层钻孔抽采率从20%提高到56.8%,回采期间上隅角瓦斯浓度能够控制在0.5%以下,保障了矿井安全生产。     

偏Y形通风工作面上隅角瓦斯抽采模拟

为解决保德煤矿81505工作面上隅角瓦斯超限问题,选择联巷埋管抽采瓦斯方式进行治理.使用COMSOL模拟软件建立采场物理模型,研究瓦斯埋管抽采前后采空区和工作面O2、CH4体积分数分布、工作面在推进过程中采空区最高温度与工作面风速的关系,分析采空区瓦斯分布和采空区"三带"的变化.结果表明:随瓦斯抽采流量增加,工作面上隅角瓦斯体积分数降低;抽采位置距工作面距离增加,工作面上隅角的瓦斯体积分数降低.根据保德煤矿81505工作面采空区的最短自然发火期,选择抽采流量为40 m3/min,在距工作面40 m处进行瓦斯抽采,工作面上隅角瓦斯体积分数从0.53％降低到0.17％,氧化带宽度从100 m增加到149 m.最后通过现场实践,工作面上隅角瓦斯体积分数降低到0.16％,采空区氧化带的宽度范围为135～150 m,在降低工作面上隅角瓦斯体积分数的同时降低了采空区发生自燃的危险性.     

综采面瓦斯来源及分布规律现场实测分析

为了分析综采工作面瓦斯涌出来源与分布规律,提出了通过单元法现场测试工作面各瓦斯涌出源所占比例以及工作面瓦斯分布规律,研究结果表明,15102工作面采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯总涌出量的20.75%,来自落煤及煤壁的瓦斯占工作面瓦斯总涌出量的79.25%。在工作面上隅角位置,风流经上隅角将大量采空区瓦斯带出,致使采空区瓦斯进入工作面,引起工作面瓦斯浓度剧烈变化。研究结论对矿井采取合理的工作面瓦斯治理措施具有重要的指导意义。     

脉冲通风法治理“U”型工作面上隅角瓦斯积聚的理论及技术探讨

针对生产现场出现的“U”型采煤工作面上隅角瓦斯积聚问题 ,科学地分析了其形成的原因及目前解决上隅角瓦斯积聚的常用方法 ,提出了旋转脉冲法解决此问题的新途径 ,并进行了详细的理论分析。通过现场实验 ,验证了用旋转脉冲法解决上隅角瓦斯积聚是有效的、可行的。     

风量调节对上隅角瓦斯浓度的影响分析

文章在总结了上隅角瓦斯治理技术的基础上,针对某矿庚20-21060回采工作面生产实际,提出采用调节风量法来实现对工作面上隅角瓦斯的治理,并对工作面风量进行多次试验调节,最终得出了庚20-21060回采工作面最佳配风量为1523m3/min,同时得出工作面风量大小与上隅角瓦斯浓度变化的变化关系,即:风量在一定范围内的增加能够降低上隅角瓦斯浓度,但是持续的风量增加有可能造成采空区漏风量增加,导致上隅角和回风流瓦斯浓度的增加。     

巷道及“U”工作面上隅角瓦斯运移、积聚及处理措施分析

分析了瓦斯在正常井巷风流中的主要运移扩散方式 ;论述了煤层巷道及工作面上隅角瓦斯运移过程及其局部区域和上隅角形成瓦斯积聚的原因 ;针对当前采用的治理局部瓦斯积聚的几项措施 ,进行了详细的讨论 ;结合白集煤矿实际情况 ,对目前采用的瓦斯治理措施进行了分析。     

近距离下邻近煤层群开采采空区瓦斯治理技术

为解决下邻近煤层群卸压瓦斯造成工作面上隅角超限严重以及支架间和采空区底部瓦斯不能及时被抽离等问题,基于近距离下邻近高瓦斯煤层群采动卸压瓦斯涌出规律,提出内错式迎向斜切钻孔辅助顶板高抽巷抽采采空区瓦斯技术。利用顶板垮落与钻孔形态演变规律,实现钻孔依次辅抽上隅角、支架间和采空区底部等富集区瓦斯,并在高家庄煤矿2号煤层2203回采工作面试验考察。结果表明:与高抽巷单一抽采效果相比,内错式迎向斜切钻孔辅助抽采条件下的叠加抽采平均瓦斯体积分数达15. 1%、提升1. 3倍,平均抽采纯量达18. 61 m3/min、提升1. 9倍,叠加抽采率达50%,抽采量占邻近层和采空区瓦斯涌出总量的83%,回风流和上隅角瓦斯体积分数控制在0. 6%以下,可有效保障工作面的顺利回采。     

高位钻孔技术在治理对拉工作面上隅角瓦斯中的应用

针对低透气性煤层对拉工作面上隅角瓦斯经常超限的问题,提出了高位钻孔技术,通过实验室相似模拟试验及现场工业性试验,确定了高位钻孔的技术参数。现场应用表明,高位钻孔瓦斯抽采效果显著,对拉工作面绝对瓦斯涌出量由7.342 m3/min降至3.472 m3/min,工作面回风巷瓦斯浓度稳定在0.4%左右,上隅角未发生瓦斯超限现象,工作面瓦斯抽采率达57.7%。     

以孔代巷瓦斯抽采布孔间距模拟及试验研究

为解决借鉴埋管抽采技术经验或仅依据采空区瓦斯分布模拟来确定以孔代巷瓦斯抽采技术布孔间距可靠性不高的问题,以腾晖矿2-105工作面为试验区,先模拟不同布孔位置的采空区瓦斯浓度分布;再模拟采空区流场情况;根据采空区瓦斯浓度分布和流线轨迹变化趋势分析钻孔对上隅角瓦斯的影响,以此来确定以孔代巷瓦斯抽采布孔间距;最后将模拟确定的布孔间距应用到2-105工作面以孔代巷瓦斯抽采的现场试验中,并将现场数据与模拟结果进行对比验证。结果表明:通过模拟所确定的布孔间距能保证上隅角瓦斯体积分数一直被控制在0. 8%以下,解决了2-105工作面上隅角瓦斯超限问题。     

低瓦斯煤层高强度开采矿井瓦斯涌出特征及分源治理

为了揭示高强度开采低瓦斯煤层而导致的高瓦斯矿井的瓦斯涌出和瓦斯防治特点,以王家岭矿为例,采用现场跟踪考察和测试的方法,分析了回采工作面瓦斯涌出特征,提出了适用该矿的瓦斯治理措施,并对瓦斯治理效果进行了评价。针对该矿低瓦斯煤层高强度开采的特点,提出了"以顶板高位定向钻孔和上隅角埋管抽采卸压瓦斯相结合"的瓦斯治理模式,瓦斯治理效果的现场考察发现:顶板高位定向钻孔平均抽采纯量为1.33 m~3/min,最大为2.82 m~3/min,上隅角平均瓦斯抽采纯量为0.91 m~3/min,最大为1.30 m~3/min。     

综放工作面顶板随采式专用排瓦斯巷布置研究

确定合理的专用排瓦斯巷参数是确保能否高效治理综放工作面瓦斯积聚及上隅角瓦斯超限现象的关键。结合五阳煤矿7605工作面的实际情况,采用瓦斯运移规律、矿压理论、矿井通风等理论及FLAC3D数值模拟软件,对专用排瓦斯巷的合理层位、距离回风巷的水平距离、巷道断面面积等参数进行了研究。结果表明,专用排瓦斯巷适合布置在岩层垮落带的中下部,距离回风巷的水平距离受巷道等效半径影响,巷道断面面积由通风能力和掘进工程量决定,7605工作面专用排瓦斯巷的3个参数分别为距煤层顶板2.65~6.75 m、距离回风巷水平距离约15 m、巷道断面面积7 m~2。现场应用表明,工作面回采期间瓦斯体积分数维持在0.3%左右,上隅角瓦斯体积分数未发生超限,瓦排巷与工作面连通顺畅,瓦斯治理效果显著。     

基于采动覆岩三维裂隙场演化规律的地面L型钻井瓦斯抽采技术*

为了解决目前采用的直立型地面钻井抽采范围小、工作面所需钻井数量多及瓦斯流量和浓度偏低的问题,基于屯兰矿12507工作面Ⅱ段工程地质情况,提出地面“L”型钻井提高瓦斯抽采效率的理论和实践研究。通过PFC3D颗粒流离散元数值模拟软件对工作面覆岩采动影响进行模拟,得到采动影响下的覆岩结构、裂隙和孔隙率变化。研究结果表明:屯兰矿12507工作面Ⅱ段的垮落带高度为15.87 m,裂隙带高度为49.46 m,采空区上方15~50 m、沿倾向方向距离采空区边界20~100 m的范围内裂隙较发育,孔隙率高且稳定。在屯兰矿12507工作面Ⅱ段进行工程实践,得到地面“L”型钻井在抽采效率、工作面上隅角瓦斯治理及采空区瓦斯有效利用方面优于普通地面钻井抽采,抽采系统工作149 d瓦斯抽采浓度平均为52.52%,抽采纯量平均为9.48 m3/min,上隅角瓦斯浓度平均为0.21%,降低了矿井瓦斯灾害出现的风险并提高了煤层气的利用。     

基于组合赋权雷达图的矿井热环境评价

为科学评价矿井热环境，采用层次分析(Analytic Hierarchy Process, AHP)、熵权和改进雷达图模型相结合的方法对矿井热环境进行综合评价。在矿井热环境评价及人体热舒适度分级标准研究成果基础上，以风温、相对湿度、风速等气候环境作为影响矿井热环境的主要因素，构建矿井热环境评价体系。将AHP和熵权法耦合以确定各评价指标权重，并基于改进的雷达图模型确定矿井热环境各评价等级的评估区间和评价对象的评估值。最后，以孟村煤矿401101采煤工作面上隅角为实例进行热环境评价，得到401101采煤工作面上隅角热环境综合评价值为0.205 0,评价等级属于“等级Ⅴ很不舒适”,评价结果与现场情况相符。基于组合赋权雷达图的矿井热环境评价模型能够准确、定量、直观地展示矿井热环境状况，可为矿井优化井下热环境提供参考。     

瓦斯异常区域高位裂隙抽放技术探析

城郊煤矿为瓦斯矿井,但2703工作面属于瓦斯异常区域。在工作面回采期间,瓦斯涌出量不断增加,工作面瓦斯易超限,严重制约了工作面的正常回采工作。为了达到降低工作面瓦斯浓度,解决工作面瓦斯超限,实现工作面的安全、高效回采工作,采取了高位裂隙瓦斯抽放钻孔对煤岩层卸压带瓦斯进行抽放,取得了良好的效果。     

U型和Y型通风采空区瓦斯分布数值模拟

运用Y型通风方式可解决传统U型通风难以解决的上隅角和回风巷瓦斯浓度超限问题.为了对比分析U型和Y型通风采空区瓦斯运移及分布规律,建立了U型通风和Y型通风采空区物理模型,运用Fluent软件对U型通风和Y型通风方式采空区漏风流场、漏风量(沿采空区边界风速分布)和瓦斯体积分数分布进行数值模拟.结果表明,Y型通风回采工作面采空区漏风流场与U型通风分布有较大差别.Y型通风时工作面端头0～30 m时漏风约占工作面漏风量的50％,且总漏风量较U型通风时多,可避免采空区高浓度瓦斯积聚.采用两进一回Y型通风可从根本上解决上隅角瓦斯积聚和回风巷瓦斯超限问题.     

采空区瓦斯涌出的回采速度效应分析

为了深入了解煤层开采时工作面回采速度对采空区瓦斯涌出的影响,提高矿井采空区瓦斯治理能力,保障矿井安全生产,通过建立数学模型并采用COMSOL有限元分析软件建立不同回采速度采空区瓦斯涌出模型,开展数值模拟试验,研究不同回采速度下采空区瓦斯涌出规律及分布情况。结果表明:不同回采速度下采空区相同深度的瓦斯浓度呈梯度增长;通过对现场采空区回采速度数据进行归类平均后,降低其他因素对采空区瓦斯涌出的影响后,采空区瓦斯涌出量与回采速度线性相关性从0.60提高至0.94,表明回采速度越快,采空区瓦斯涌出速度越快,采空区瓦斯涌出量越大。研究结果揭示了煤层开采过程中回采速度对采空区瓦斯涌出的影响规律,为现场优化回采速度及抽采参数提供了理论指导。