为了降低采煤工作面瓦斯浓度,采用保护层开采的方式对煤层进行卸压,以山西常庄矿为试验矿井,通过数值模拟对保护层开采后煤层卸压以及瓦斯运移进行研究,根据卸压和瓦斯运移特征确定了瓦斯抽采钻孔技术参数,并对抽采效果进行了检验,研究结果表明:冒落带高度为4.8m,裂隙带高度为25.2m,两侧近煤层区域裂隙发育,为裂隙发育的聚集区,形成"裂隙河";当采宽不断增大时,卸压强度增大,煤层内部应力整体呈"W"型分布;被保护层卸压分为四个区:原始压力区、压力集中区、过渡区、完全卸压区;瓦斯抽放孔最佳参数:钻孔倾角不得大于70°,封孔长度为10m,钻孔间距为30m,孔口负压为12.2k Pa;卸压瓦斯抽采浓度较卸压前大幅提高,保护层开采对于被保护层卸压起到了作用。

依据潘一矿煤层地质条件和瓦斯赋存特性,阐述了地面钻井抽采卸压瓦斯的设计思路,分别对煤岩采动期、恢复期和稳定期内的现场瓦斯抽采参数及其动态变化规律进行分析。现场试验结果表明,地面钻井在336 d内共抽采瓦斯量200万m3以上,抽采半径达211 m,抽采瓦斯浓度在90%以上,对应块段的煤层瓦斯排出率为41%。

瓦斯是煤层安全回采的重大隐患,针对放顶煤工作面回采初期瓦斯超限的问题,开元矿9801工作面采用了组合斜巷卸压抽采瓦斯技术。结果表明,组合倾斜巷瓦斯抽采技术有效地解决了开元矿9801工作面初采期的瓦斯治理问题,为煤层群开采时进行瓦斯治理的有效方法。

通过数值模拟,验证了水力割缝对煤体卸压、增加了瓦斯流通通道;得到了最优的喷嘴出口压力为30 MPa;试验得到喷嘴直径准2 mm、收缩段长度10 mm、直柱段长度8 mm、内锥角13°的圆锥形喷嘴为最优参数。水力割缝在突出矿井瓦斯抽采现场应用表明:水力割缝影响半径范围内的钻孔瓦斯抽采的瓦斯流量、瓦斯浓度、瓦斯抽采量明显提高,强化抽采效果好。

针对七台河分公司煤与瓦斯突出矿井数量的增加,以及进行采掘活动的个别煤层瓦斯压力超过了突出危险性临界指标的现状,以研发和推广综合防突技术为目标,结合新兴煤矿和新建煤矿的具体情况,探索保护层开采结合卸压抽采、底板岩巷预抽瓦斯等先进适用技术,分析了该项技术的实施方案及作用,论述了薄煤层大倾角特殊地质条件下治理瓦斯、防治突出事故的综合治理措施及实施效果。

为了保证被保护层瓦斯的消突和治理工作,掌握保护层开采的卸压效果和预测卸压瓦斯的主要分布区域,运用UDEC离散元模拟得到了下保护层开采后被保护层的卸压效果、瓦斯运移规律及分布情况,并根据模拟结果相应地提出了留巷钻孔法抽采卸压瓦斯,实现了无煤柱开采,消除了被保护层应力集中区煤与瓦斯突出危险威胁。经现场实测抽采后3号煤层瓦斯压力降低了1.36 MPa,瓦斯含量降低了9.51 MPa,抽采效果良好。

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