构造异常区能量单元切割理论及冲孔-爆破协同增透技术

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作者 蒋静宇 董晓斌 +3 位作者 魏民涛 王成浩 程远平 史孝宁 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2477-2495,共19页

煤矿构造异常区通常具有应力集中、高瓦斯赋存、低渗透性、构造煤发育及致灾能量分布不均匀的特点,是煤与瓦斯突出重点防控区域。水力/气动冲孔技术是构造煤卸荷瓦斯抽采的主要手段之一,相较于常规抽采钻孔,可明显提高卸压半径,但煤层... 煤矿构造异常区通常具有应力集中、高瓦斯赋存、低渗透性、构造煤发育及致灾能量分布不均匀的特点,是煤与瓦斯突出重点防控区域。水力/气动冲孔技术是构造煤卸荷瓦斯抽采的主要手段之一,相较于常规抽采钻孔,可明显提高卸压半径,但煤层相邻冲孔钻孔之间易形成新的应力集中带,限制和影响瓦斯抽采。采用理论分析,数值模拟和现场实验相结合的方法,研究了冲孔与爆破联合卸压增透降能消突原理。主要研究结论为:①提出了突出能量单元切割理论及冲爆协同增透技术,结合突出潜能分布和突出启动能量判据,将煤层划分若干个能量单元,进行边界处切割、内部分区治理。针对构造异常区煤体采用先冲孔后可控定向聚能爆破的方式对煤体定向致裂、释放应力,冲孔孔洞为爆破影响范围内煤体移动提供了自由空间,在爆破点处形成了煤体自由面并改变了煤层的连续性,爆生气体与定向应力波可促进应力再平衡。②FALC3D模拟显示,冲孔可以降低孔周煤体应力,随着冲孔半径的增大,卸压半径亦随之增大。且冲孔后会在孔周卸压区外形成一定范围的应力集中带,限制瓦斯流动。③阐明了可控定向聚能爆破技术的介质-能量切割原理,爆破改变了被切割单元煤体自由面附近的突出潜能赋存梯度,实现介质切割控制能量切割。单元切割有效增加了采掘工作面前方阻能区长度,降低了低能–高能过渡带内作业风险。④利用ANSYS/LS-DYNA软件,模拟了煤层可控定向聚能爆破与冲孔孔洞协同作用,结果表明可控定向聚能爆破实现了对煤体的定向致裂,在聚能方向上侵彻煤体形成较大裂隙。随着时间推移,以冲孔孔洞作为控制孔的孔周产生环向裂隙网,并随着裂隙扩展逐渐与非聚能方向的裂隙贯通,实现对煤体的有效增透。⑤冲爆协同增透技术现场试验表明,爆破孔周围10 m范围内冲孔区域煤体应力和排渣量显著降低,单、双根聚能管爆破后的瓦斯抽采纯量分别提高1.76~4.35倍和1.35~8.60倍。水力冲孔瓦斯有效抽采半径仅为5 m,冲孔与爆破协同卸压增透影响半径大于10 m,卸压效果提高一倍以上,煤巷月掘进速度提高了20 m。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 构造异常区 能量单元切割 可控定向聚能爆破 卸压增透

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超高压水射流“割压联合”卸压增透关键技术及应用

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作者 张永将 徐遵玉 +1 位作者 李帅 袁本庆 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期201-212,共12页

针对深部低透气性煤层瓦斯抽采效率低、突出灾害防治难度大的问题,水力压裂、水力割缝、水力冲孔等水力化措施已成为煤矿提高煤层透气性、降低突出危险性的重要措施,但单一的水力化技术存在一定的局限性。为进一步提升深部低透煤层的卸... 针对深部低透气性煤层瓦斯抽采效率低、突出灾害防治难度大的问题,水力压裂、水力割缝、水力冲孔等水力化措施已成为煤矿提高煤层透气性、降低突出危险性的重要措施,但单一的水力化技术存在一定的局限性。为进一步提升深部低透煤层的卸压增透效果,提出了超高压水射流“割压联合”卸压增透技术,通过协同融合水力割缝精准卸压与水力压裂大范围增透的优势,基于理论分析、数值模拟与现场试验等手段,揭示了“割压联合”协同作用机制:水力割缝形成的缝槽诱导煤体应力重新分布,产生塑性弱化区;压裂液优先沿塑性弱面定向扩展,构建贯通形成立体裂隙网络,从而有效避免单一水力压裂存在的卸压盲区与局部应力集中现象。研究分析了影响割压联合卸压增透效果的关键因素,并基于新集二矿1煤层具体情况,通过数值模拟优化了割压联合关键工艺参数:缝槽间距10m可确保塑性区有效搭接,避免压裂空白带;钻孔间距70m有利于实现裂隙网络的高效贯通,形成均匀增透区域。提出了“控制型”、“强化型”割压联合卸压增透技术,“控制型”割压联合技术核心在于预先干预,在控制区域边界预施工控制孔形成导向边界,引导“割压”联合作用产生的裂隙在控制区内均匀扩展;“强化型”割压联合技术侧重于局部后处理,在采用割压联合卸压增透后,局部区域可能存在高应力区或增透薄弱区,补充水力割缝措施进行强化卸压增透;在新集二矿220106工作面现场应用表明,瓦斯抽采效率提升2.3~2.9倍,钻孔工程量减少33%~38%,抽采达标时间缩短41%~53%。“割压联合”技术成功实现了低渗煤层的大范围、均匀化、高效率卸压增透,为煤矿安全高效开采提供了理论与技术支撑。 展开更多

关键词 水力割缝 水力压裂 瓦斯抽采 控制型卸压增透 强化型卸压增透

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远距离下保护层开采卸压增透效应及瓦斯抽采方案 被引量：4

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作者 杨科 孙啸天 +2 位作者 刘帅 郭鹏慧 张寨男 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第2期1-9,共9页

针对深部远距离下保护层开采后上覆被保护层卸压及瓦斯治理难的问题,以朱仙庄煤矿Ⅲ1031工作面工程条件为背景,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了远距离下保护层开采过程中覆岩的应力演化规律、变形破坏特征和卸压增透效果。... 针对深部远距离下保护层开采后上覆被保护层卸压及瓦斯治理难的问题,以朱仙庄煤矿Ⅲ1031工作面工程条件为背景,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了远距离下保护层开采过程中覆岩的应力演化规律、变形破坏特征和卸压增透效果。结果表明:保护层开采,产生延伸至被保护层的纵贯式穿层裂隙,基本顶发生平均步距15 m左右的周期破断,煤层压力先减小,采空区中部重新压实后,应力开始逐渐恢复;在围岩内形成应力增高区域,而应力在向采空区中部演化时,则以近似于弧状的应力递减圈形态发育。因煤层采动在采空区两侧形成离层裂隙发育区,为瓦斯流动提供通道,被保护层也因此得到卸压,其卸压率达到0.91,增透率增幅为5%~20%,被保护层出现明显卸压增透效应。为解决保护层开采后瓦斯需卸压抽采的问题,设计了穿层钻孔、顺层钻孔、高位钻孔配合拦截钻孔和采空区埋管的瓦斯抽采方案。 展开更多

关键词 卸压增透 瓦斯抽采 远距离 下保护层开采 相似模拟 数值模拟

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构造煤层顶板爆破跨界面致裂增透机制研究及应用 被引量：6

4

作者 高魁 王有为 +2 位作者 乔国栋 田宇 傅师贵 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期35-46,共12页

深部煤炭开采地质条件恶化,原生煤在多期构造运动作用下形成松软低渗高瓦斯构造煤层,煤层钻孔施工困难,爆破增透产生的裂隙不发育且易于重新压实。针对目前构造煤层顶板爆破致裂增透关键技术没有得到根本突破问题,构建试验模型进行煤层... 深部煤炭开采地质条件恶化,原生煤在多期构造运动作用下形成松软低渗高瓦斯构造煤层,煤层钻孔施工困难,爆破增透产生的裂隙不发育且易于重新压实。针对目前构造煤层顶板爆破致裂增透关键技术没有得到根本突破问题,构建试验模型进行煤层顶板爆破相似模拟试验和数值分析,监测跨界面应力波传播和宏观三维裂隙演化形态,再现了爆破应力波传播和煤岩体内部损伤破坏过程。研究表明:(1)构造煤层爆破损伤范围主要集中在爆破孔和煤层上下煤岩交界面附近煤体;构造煤顶板爆破产生跨界面致裂卸压裂纹,爆破损伤沿爆破孔向四周岩体扩展,最后蔓延到煤层底板,爆破孔位置和上部煤岩交界面以及煤层内部的损伤较为严重。(2)爆破应力波从构造煤层顶板传播到煤岩交界面时发生波的透射和反射,透射的压缩应力波破坏煤体;反射的拉伸应力波反作用于煤岩交界面区域岩体。(3)爆破累积损伤产生的跨界面交叉裂纹卸压,使顶板岩层裂隙和构造煤层裂隙贯通,有利于构造煤层的瓦斯垂向运移流动和卸压瓦斯抽采。现场应用表明,煤层顶板爆破瓦斯抽采纯量及其浓度快速上升,瓦斯抽采纯量从爆破前的0.07 m^(3)/min提高到1.73 m^(3)/min,体积分数从10.46%上升到68.50%,并且长时间维持在较高水平。研究成果可为深部构造煤层瓦斯高效抽采提供理论基础和技术支持。 展开更多

关键词 构造煤 模拟试验 爆破卸压 煤层增透 瓦斯治理

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高瓦斯中硬煤层超高压水力割缝卸压增透技术及应用 被引量：2

5

作者 王鹏 席志奇 +1 位作者 郝富昌 高保彬 《煤炭工程》 北大核心 2024年第8期177-182,共6页

为了提高高瓦斯中硬煤层卸压增透及瓦斯抽采效果,研究了顺层长钻孔超高压水力割缝技术,分析了其卸压增透机理,开展了超高压水力割缝现场试验,确定了等效割缝半径和有效瓦斯抽采半径,考察了超高压水力割缝技术的应用效果。研究结果表明:... 为了提高高瓦斯中硬煤层卸压增透及瓦斯抽采效果,研究了顺层长钻孔超高压水力割缝技术,分析了其卸压增透机理,开展了超高压水力割缝现场试验,确定了等效割缝半径和有效瓦斯抽采半径,考察了超高压水力割缝技术的应用效果。研究结果表明:超高压水力割缝技术具有切割速度快、切割半径大等特点,相当于在钻孔周围煤体开采极薄保护层,平均单刀割缝时间9 min,单刀出煤量0.32~0.42 t,等效割缝半径为1.55~1.78 m;超高压水力割缝组单孔平均抽采浓度76.5%,单孔平均抽采纯量为0.089 m^(3)/min,分别是普通钻孔的4.58倍和4.05倍,是水力冲孔的1.2倍和1.43倍,可见该技术可以大幅度提高卸压增透及瓦斯抽采效果。 展开更多

关键词 超高压水力割缝 中硬煤层 卸压增透 水力冲孔 高瓦斯

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低透气性突出煤层群首采层水力割缝卸压抽采技术研究 被引量：5

6

作者 邹军 《中国煤炭》 北大核心 2024年第6期52-58,共7页

针对中近距离松软低透气性突出煤层群抽采防突难题,以皖北矿区任楼煤矿突出煤层群瓦斯地质条件为工程背景,在对松软煤层水力割缝卸压增透机制、首采层割缝工艺参数等研究的基础上,提出了首采层煤巷条带水力割缝卸压增透、煤层群瓦斯联... 针对中近距离松软低透气性突出煤层群抽采防突难题,以皖北矿区任楼煤矿突出煤层群瓦斯地质条件为工程背景,在对松软煤层水力割缝卸压增透机制、首采层割缝工艺参数等研究的基础上,提出了首采层煤巷条带水力割缝卸压增透、煤层群瓦斯联合抽采的综合治理技术,优化了钻孔布置方式,并进行了工程应用。结果表明:割缝实施后钻孔的瓦斯抽采浓度、单孔日均抽采纯量分别是常规钻孔的4.27倍、3.94倍,煤层透气性提高了22~31倍,首采层72号煤层割缝后的防突有效半径可提高至5 m以上,检验抽采半径5 m处的瓦斯含量指标为4.13 m 3/t,在有效解决首采层煤巷条带瓦斯灾害的同时,钻孔工程量降低了2/3以上。 展开更多

关键词 中近距离突出煤层群 水力割缝 卸压增透 高效抽采

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金刚石串珠绳锯切割煤层卸压增透效应研究 被引量：2

7

作者 李树清 吕晨辉 +6 位作者 黄飞 钱运来 黄向韬 赵天哲 汤铸 杨凤玲 王晨 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期785-800,共16页

为探讨金刚石串珠绳锯割缝对缝槽周围煤层的卸压增透效应,首先建立基于缝槽顶板受力的两端固支梁力学模型,分析顶板梁的受力特征及缝槽顶板下沉接触底板(简称触底)特性,然后采用自行设计的物理相似模拟试验平台开展相似模拟试验,分析不... 为探讨金刚石串珠绳锯割缝对缝槽周围煤层的卸压增透效应,首先建立基于缝槽顶板受力的两端固支梁力学模型,分析顶板梁的受力特征及缝槽顶板下沉接触底板(简称触底)特性,然后采用自行设计的物理相似模拟试验平台开展相似模拟试验,分析不同工艺参数绳锯割缝后缝槽上下方煤岩层应力、位移变化规律,基于FLAC^(3D)数值模拟和开发的煤层瓦斯渗透率计算程序,分析随割煤工作面推进缝槽周围煤岩体的应力和渗透率分布特征和周期演化规律。研究表明:绳锯割缝使缝槽周围应力重新分布,缝槽顶板随着割缝工作面的推进经过顶板悬露、顶板触底,连续缓沉3种演化形态;顶板未触底时,缝槽上下方形成“U”形卸压区,最大挠度在顶板中心位置,也是最先触底部位,顶板触底之后,缝槽中间位置出现应力恢复,减弱绳锯割缝的卸压增透效果;串珠绳锯的直径越大,顶板发生触底的极限跨度越大,缝槽触底越晚,卸压效果越好;相同割缝直径增加第2条割缝,两缝槽卸压区连成一起,卸压效果相互促进,减弱两缝作用下的应力恢复现象,增大了卸压范围;缝槽推进距离足够长时,由于顶板触底,缝槽两边的卸压增透效果更好,割缝卸压的影响范围从左到右划分为应力集中区、卸压区、应力恢复区、卸压区、应力集中区,对应的卸压区和应力恢复区都有较好的增透效果。 展开更多

关键词 绳锯割缝 顶板触底 金刚石串珠 渗透率 卸压增透

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穿层钻孔水力冲孔增透与有效抽采半径综合测试方法研究 被引量：8

8

作者 栗海滔 黄震 董肖振 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第2期59-66,73,共9页

为确定长平煤业3#煤层穿层钻孔水力冲孔(以下简称“穿层冲孔”)有效抽采半径,采用压降法、示踪气体法及数值模拟法相结合的综合研究方法,基于相同的钻孔布置方式及测试环境,全面分析穿层钻孔有效抽采半径的科学性和合理性,并开展工程试... 为确定长平煤业3#煤层穿层钻孔水力冲孔(以下简称“穿层冲孔”)有效抽采半径,采用压降法、示踪气体法及数值模拟法相结合的综合研究方法,基于相同的钻孔布置方式及测试环境,全面分析穿层钻孔有效抽采半径的科学性和合理性,并开展工程试验对不同间距穿层钻孔的抽采效果进行对比考察。结果表明:采用穿层冲孔措施,抽采时间180 d时其有效抽采半径达到3.5 m;钻孔间距7.0 m的抽采瓦斯总量分别是钻孔间距5.0、6.0、8.0 m的1.10、1.07、1.28倍,取得了较好的工程实践效果。该综合研究方法准确、可靠。 展开更多

关键词 穿层钻孔 水力冲孔 有效抽采半径 卸压增透 抽采效果

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造穴-CO_(2)气相压裂复合技术造缝卸压增渗机理研究 被引量：2

9

作者 闫志铭 张新生 +4 位作者 张军胜 杨百舸 曹运兴 李淑敏 董润平 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期63-73,共11页

我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监... 我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监测3种技术手段,研究造穴-气相压裂复合技术的瓦斯治理机理。结果表明:①煤样在CO_(2)气相压裂应力波作用下,在煤基质表面新形成损伤坑(DM)和三翼型裂隙(TRW)典型显微构造。②煤层在静力型和动力型荷载复合作用下近钻孔中心范围内煤层中原始的裂隙被重新打开,形成以钻孔为中心的放射状多尺度、张剪性破坏为主的裂缝,该裂缝能够充分均化应力集中区,并使得煤层产生不可逆的破坏,其应力扰动范围为24 m。③在有效的气相压裂-造穴复合技术影响范围内,造穴孔有助于提高气相压裂应力波的能量利用效率,避免能量耗散在无效的震动区,充分导通压裂孔与造穴孔多尺度裂缝,使得煤层裂缝区域范围大、连续性强、卸压充分。研究为解决煤层低渗、难抽、高地应力的问题提供了参考。 展开更多

关键词 瓦斯治理 气相压裂 卸压增透 突出煤层 造穴

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超高压水射流割缝+注氮驱替技术应用研究 被引量：2

10

作者 华军 韩桂奇 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第S2期71-78,共8页

针对黄陵二号井217工作面2号煤层瓦斯含量高、煤层透气性差以及钻孔有效抽采时间短等基本特点。通过理论分析超高压水射流割缝+注氮驱替的技术原理,采用COMSOLMultiphysics多物理场耦合模拟软件,模拟并建立了钻孔采取不同技术措施后瓦... 针对黄陵二号井217工作面2号煤层瓦斯含量高、煤层透气性差以及钻孔有效抽采时间短等基本特点。通过理论分析超高压水射流割缝+注氮驱替的技术原理,采用COMSOLMultiphysics多物理场耦合模拟软件,模拟并建立了钻孔采取不同技术措施后瓦斯抽采效果的数学模型,在前期工业性试验研究的基础上结合现有的技术工艺特点,提出了超高压水射流+注氮驱替技术工艺并设计了注氮钻孔的二次封孔技术。结果表明:水射流割缝+注氮驱替对钻孔瓦斯抽采作用效果最明显,水力割缝促进了周围次生裂隙的发育,注氮驱替对次生裂隙瓦斯运移起到驱赶作用,促使瓦斯径向流动,提升瓦斯抽采效率,模拟结果与现场工业性试验结果基本一致。 展开更多

关键词 水射流割缝 注氮驱替 联合增透措施 瓦斯抽采效果 数值模拟

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上保护层双工作面开采卸压增透效应研究 被引量：1

11

作者 任仲久 《煤炭工程》 北大核心 2024年第9期91-97,共7页

针对中兴煤业2#煤层煤与瓦斯突出、被保护层工作面长度大、抽采能力有限等问题,提出了上保护层双工作面开采方式。通过理论计算、数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了采用该方式时被保护层工作面的垂直应力和垂直位移的分布规律,分析... 针对中兴煤业2#煤层煤与瓦斯突出、被保护层工作面长度大、抽采能力有限等问题,提出了上保护层双工作面开采方式。通过理论计算、数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了采用该方式时被保护层工作面的垂直应力和垂直位移的分布规律,分析了2#煤层的卸压效果。结果表明:随保护层工作面长度的增大,卸压比例总体呈减小的趋势,当保护层工作面长度为110 m时,被保护层工作面的垂直应力和垂直位移的卸压比例分别达到91%和87.4%。卸压后现场实测2^(#)煤层最大残余瓦斯含量和最大残余瓦斯压力分别降低为5.37 m^(3)/t和0.44 MPa,孔隙率增加到4.05%,煤层透气性系数增加到1.08 m^(2)/(MPa^(2)·d),最大膨胀变形量大于3‰,各指标均表明卸压增透效果显著。 展开更多

关键词 上保护层 煤层卸压 瓦斯压力 卸压增透 保护层开采

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利用CO_(2)气相压裂技术提高煤层透气性:以吉宁煤矿为例 被引量：1

12

作者 杨鹏 韩锦华 《中国矿业》 北大核心 2024年第S02期301-307,共7页

为破解复杂低渗高瓦斯煤层瓦斯治理技术难题,本文以山西华晋吉宁煤矿2号煤层2203工作面为研究对象,通过采取CO_(2)气相压裂增透技术,对4组(共12个)抽采钻孔的瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量进行分析,得出有效致裂影响范围,进一步评价瓦斯... 为破解复杂低渗高瓦斯煤层瓦斯治理技术难题,本文以山西华晋吉宁煤矿2号煤层2203工作面为研究对象,通过采取CO_(2)气相压裂增透技术,对4组(共12个)抽采钻孔的瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量进行分析,得出有效致裂影响范围,进一步评价瓦斯抽采效果和防突效果。结果表明:该地质单元的有效致裂裂缝影响范围为6~7 m;常规抽采孔的瓦斯抽采纯量为0.018 m^(3)/min,与其相比,4组抽采钻孔百米瓦斯抽采纯量平均值为0.179 m^(3)/min,提升了8.9倍;在衰减区域,瓦斯抽采浓度均值64.7%、纯量均值0.150 m^(3)/min,在稳定区浓度,瓦斯抽采均值为73.2%、纯量均值0.188 m^(3)/min,相比稳定区域瓦斯抽采参数更高。该技术有效增大了2号煤层的透气性,提高了瓦斯抽采效率和煤巷掘进速度,减少了钻孔施工投入,缓解了采掘接替紧张的局面。 展开更多

关键词 瓦斯治理 CO_(2)气相压裂 低渗高瓦斯煤层 卸压增渗 相变爆破

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薄煤层智能开采技术研究现状与进展 被引量：61

13

作者 袁永 屠世浩 +3 位作者 陈忠顺 张村 王沉 王文苗 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1-17,共17页

薄煤层储量占我国煤炭总储量的20%,受狭小采掘空间等特殊条件制约,薄煤层开采效益差、智能化水平低,产量仅占煤炭总产量的10%。基于薄煤层多样性赋存条件和提高工作面单产、卸压效果与采出率的不同开采需求,将薄煤层开采的技术需求分为3... 薄煤层储量占我国煤炭总储量的20%,受狭小采掘空间等特殊条件制约,薄煤层开采效益差、智能化水平低,产量仅占煤炭总产量的10%。基于薄煤层多样性赋存条件和提高工作面单产、卸压效果与采出率的不同开采需求,将薄煤层开采的技术需求分为3类:薄煤层长壁智能化综采、薄煤层保护层智能化开采和薄煤层高采出率开采技术。系统分析了我国薄煤层矿井开采设计、长壁综采装备、智能化开采技术、半煤岩巷道掘进和极薄煤层开采技术等方面的研究现状,详细介绍了3类薄煤层开采技术的研究进展,具体包括:①在长壁综采工作面智能化方面,提出了放大采区(面)尺寸、降低采掘高度的立体化设计方法,开发了薄煤层开采方法、设备配套等辅助决策专家系统,研制了大功率、矮机身半煤岩快速掘进机及其支护机具和矮型化超长综采工作面成套装备,研发了“基于煤层条件精准探测预设割煤轨迹+三机协同控制+视频监控”的智能化开采技术;②在高瓦斯薄煤层保护层智能化开采方面,揭示了卸压开采的应力-损伤-渗流耦合作用机制,提出了长壁面极限卸压采厚与钻采面卸压增透合理参数确定方法,研发了基于瓦斯浓度调控的智能割煤技术;③在提高薄煤层采出率方面,研发极薄煤层的长壁综采自动化技术和五钻头自动换钻螺旋钻采煤机,开发了不同种类的薄煤层沿空留巷技术。提高薄煤层采掘装备的适应性和控制精度,构建智能开采与灾害防控一体化理论与技术将是薄煤层智能开采技术的研究方向。 展开更多

关键词 薄煤层 智能开采 增产 卸压增透 采出率

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保护层开采卸压增透效应及其定量表征方法研究 被引量：10

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作者 李圣伟 高明忠 +2 位作者 谢晶 谭强 邱治强 《四川大学学报（工程科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S1期1-7,共7页

保护层开采是高突矿井瓦斯治理的主要方式及开采方法,然而其卸压增透效果当前无法量化表征,缺乏评价体系。基于平板流体模型增透率理论,结合平煤十矿地质条件,通过离散单元法建立保护层开采数值模型,获得保护层开采不同距离时采空区下... 保护层开采是高突矿井瓦斯治理的主要方式及开采方法,然而其卸压增透效果当前无法量化表征,缺乏评价体系。基于平板流体模型增透率理论,结合平煤十矿地质条件,通过离散单元法建立保护层开采数值模型,获得保护层开采不同距离时采空区下方的增透率图谱及被保护层的应力分布。结果表明:保护层开采过程中,采面前方15 m处支撑压力会出现应力峰值,随着采面的推进,增透率与现场瓦斯流量呈现正相关关系;在采空区下方,被保护层卸压及增透效应明显,且卸压区范围与增透率分布集中区域基本一致,均随采空区范围的扩大而增大。该研究成果证实了增透率理论可作为保护层开采卸压增透指标,为现场保护层回采设计、瓦斯抽采设计范围的确定提供更加科学的依据。 展开更多

关键词 保护层开采 增透率 卸压 数值模拟

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深部低渗透强突出煤层群首采下保护层确定和效果考察 被引量：10

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作者 程详 赵光明 +1 位作者 孟祥瑞 李英明 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第10期18-23,共6页

软岩保护层在深部低渗透强突出煤层群首采保护层选择中具有潜在的应用前景。在阐述下保护层开采覆岩移动与采场裂隙演化及瓦斯运移关系的基础上,以芦岭矿为工程背景,通过FLAC3D数值试验,研究软岩保护层开采后的卸压效果,并和不同层位的... 软岩保护层在深部低渗透强突出煤层群首采保护层选择中具有潜在的应用前景。在阐述下保护层开采覆岩移动与采场裂隙演化及瓦斯运移关系的基础上,以芦岭矿为工程背景,通过FLAC3D数值试验,研究软岩保护层开采后的卸压效果,并和不同层位的薄煤层开采卸压效果对比分析。结果表明,在采厚相同的情况下,开采10煤保护层相对于软岩保护层,卸压程度弱,保护范围小,保护效果差。软岩保护层开采后,被保护层处于弯曲下沉带的下限范围。受采动影响,有大量的离层裂隙生成。考察期范围内上覆被保护层(8、9煤层)瓦斯抽采率达62.9%,表明软岩保护层开采能够对上覆被保护层(8、9煤层)起到显著的卸压效果。研究结果可为其他矿区保护层开采选择提供参考,丰富国内保护层开采实践。 展开更多

关键词 深部 软岩保护层 卸压增透 效果考察 数值模拟

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基于物质点法的深部煤层气水力割缝卸压解吸增透规律数值模拟研究 被引量：15

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作者 周雷 彭雨 +1 位作者 卢义玉 夏彬伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期3298-3309,共12页

深部煤层气储层具有渗透率低、储层压力大和地应力高等特点,导致煤层气解吸、运移困难,开采效率低。定向井+水力割缝是一种强化深部煤层气开采的新思路,但有必要对其卸压解吸增渗效果开展量化研究。数值仿真是研究该问题的主要手段,但... 深部煤层气储层具有渗透率低、储层压力大和地应力高等特点,导致煤层气解吸、运移困难,开采效率低。定向井+水力割缝是一种强化深部煤层气开采的新思路,但有必要对其卸压解吸增渗效果开展量化研究。数值仿真是研究该问题的主要手段,但传统有限元、离散元等数值方法无法有效解决煤岩割缝引起的大变形、大位移、内边界持续变化和接触的复杂问题。为克服上述难题,基于物质点法建立了弹塑性损伤数值模型,模拟了水力割缝缝槽对临兴深部煤层气卸压解吸和增透的影响,得到:(1)基于物质点法建立的弹塑性损伤数值模型能有效计算水力割缝缝槽引起煤层大变形、大位移和内边界接触问题;(2)垂直于割缝方向呈现大范围应力下降,应力骤降区的范围和塑性区域的范围重合,应力缓慢下降区则对应弹性小变形区域;(3)卸压解吸气和增渗区域分布特征与应力下降区分布特征一致,在弹性区和塑性区渗透率分别为原始渗透率的1~5倍和10~20倍,单个割缝促使煤层气解吸气量达数百至上千方;(4)割缝宽度、长度、角度和增透区域面积以及解吸气量基本呈线性相关,割缝宽度影响最大,其次是割缝长度,割缝角度影响最小。通过上述研究成果,在定向井+水力割缝基础之上提出了平行水平井错位多割缝卸压解吸增透技术,为深部煤层气的高效开发提供了新思路和研究手段。 展开更多

关键词 深部煤层气 水力割缝 卸压增透 物质点法

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深部煤层渗透特征及首采关键层卸压改造技术 被引量：8

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作者 王亮 陈大鹏 +1 位作者 郭品坤 张锐 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第6期17-23,共7页

针对我国煤层开采地质条件复杂、含煤地层中煤层群广泛发育、突出煤层群瓦斯灾害严重的特征,采用理论分析、数据统计和工程实践相结合的方法,系统分析了我国深部煤储层渗透特征,即深部煤体呈天然粉化结构,微、小孔发育,渗透率通常小于10... 针对我国煤层开采地质条件复杂、含煤地层中煤层群广泛发育、突出煤层群瓦斯灾害严重的特征,采用理论分析、数据统计和工程实践相结合的方法,系统分析了我国深部煤储层渗透特征,即深部煤体呈天然粉化结构,微、小孔发育,渗透率通常小于10^(-6)μm^2;提出了应依据安全性、经济性和统筹规划的首采关键层选择内涵和首采关键层"钻孔卸荷"的理论模型,确定在埋深大于800 m时,吨煤钻孔长度、钻孔间距等定量化关键指标;在此基础上,介绍了我国采用地面井压裂、井下顺层钻孔和穿层钻孔改造首采关键层的技术途径,配合邻近层卸压瓦斯抽采方法构成立体瓦斯抽采模式,实现了高瓦斯突出矿井煤与瓦斯2种资源的安全高效开采。 展开更多

关键词 深部煤层 突出煤层群 首采关键层 卸压增透 瓦斯抽采

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低渗透煤层金刚石串珠绳锯切割卸压增透机理及应用 被引量：6

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作者 李树清 汤铸 +6 位作者 黄飞 李波 蔡康旭 刘诚 段蓉 朱颜平 杨党震 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期83-90,共8页

为探求金刚石串珠绳锯煤层割缝卸压增透机理,结合开滦矿区某矿煤层绳锯割缝的工程背景,采用相似模拟试验研究了绳锯煤层割缝缝槽上下方煤岩层裂隙、应力、位移分布特征,建立了煤样3次等压循环加卸载应力-渗透率公式,基于FLAC^(3D)开发... 为探求金刚石串珠绳锯煤层割缝卸压增透机理,结合开滦矿区某矿煤层绳锯割缝的工程背景,采用相似模拟试验研究了绳锯煤层割缝缝槽上下方煤岩层裂隙、应力、位移分布特征,建立了煤样3次等压循环加卸载应力-渗透率公式,基于FLAC^(3D)开发了煤层瓦斯渗透率计算程序,通过数值模拟分析了绳锯切割过程中缝槽上方煤层渗透率分布特征及演化规律,研发了金刚石串珠绳锯煤层割缝系统及工艺,开展了大范围连续煤层割缝试验。研究表明:金刚石串珠绳锯切割煤层形成缝槽后,在上方形成较小范围的断裂带和弯曲下沉带,在缝槽上下方煤体中形成了应力降低区,该区内随着远离缝槽其应力变化幅度减小;金刚石串珠绳锯割缝缝槽上方形成了一定范围的增透区,其分布特征是起割位置附近和收割位置附近渗透率提高幅度大,中间部分由于应力恢复的影响煤体渗透率提高幅度较小;缝槽上方区域的渗透率随着至缝槽距离的增加而逐渐降低,达到某一阈值后,割缝对提高煤体渗透率将失去作用;金刚石串珠绳锯煤层割缝效率约80 m^(2)/h,工作效率和连续割缝范围均大于水力化割缝措施。 展开更多

关键词 金刚石串珠绳锯 煤层割缝 卸压增透 绳锯切割 应力-渗透率

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强突松软近距离煤层群石门揭煤防突技术研究 被引量：15

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作者 李浩 石必明 李耀 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 2014年第1期98-102,共5页

为了研究强突松软近距离煤层群石门揭煤防突技术,安全、顺利地揭煤,基于海孜矿Ⅱ32主运石门地质条件和瓦斯赋存状况,对近距离煤层群9+8煤层实施密集预抽钻孔抽采瓦斯与低压水力冲孔卸压增透相结合的措施,防治煤与瓦斯突出。结果表明:低... 为了研究强突松软近距离煤层群石门揭煤防突技术,安全、顺利地揭煤,基于海孜矿Ⅱ32主运石门地质条件和瓦斯赋存状况,对近距离煤层群9+8煤层实施密集预抽钻孔抽采瓦斯与低压水力冲孔卸压增透相结合的措施,防治煤与瓦斯突出。结果表明:低压水力冲孔冲煤率达到4.5%;冲孔后瓦斯抽采流量为未冲孔的10倍以上;整体瓦斯抽采率达到71.7%,比以前提高了约1.6倍,卸压增透效果明显。预抽钻孔抽采后,9煤、8煤的残余瓦斯压力,分别为0.3MPa、0.22MPa,残余瓦斯含量分别为5.23m3/t、5.13m3/t,防突效果显著,可安全、顺利地揭开9+8煤层。 展开更多

关键词 强突松软近距离煤层群 石门揭煤 低压水力冲孔 卸压增透

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基于钻孔影响半径的保护层卸压效果考察 被引量：8

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作者 曹召丹 林柏泉 +2 位作者 赵世伟 刘非非 郝志勇 《中国煤炭》 北大核心 2012年第5期103-107,共5页

我国95%以上的高瓦斯和突出矿井所开采的煤层属于低透气性煤层,煤层透气性系数只有10-3～10-4 mD,未卸压瓦斯抽采难度非常大。保护层开采破坏了原岩应力平衡,地应力重新分布,煤层与岩体发生卸压、膨胀,并产生大小不同的裂缝,增大了透气... 我国95%以上的高瓦斯和突出矿井所开采的煤层属于低透气性煤层,煤层透气性系数只有10-3～10-4 mD,未卸压瓦斯抽采难度非常大。保护层开采破坏了原岩应力平衡,地应力重新分布,煤层与岩体发生卸压、膨胀,并产生大小不同的裂缝,增大了透气性系数,可以提高抽采效率。采用压降法测定钻孔抽放影响半径,并对保护层开采的卸压增透效果进行评价,分析得出,在未卸压区域钻场抽放影响半径是单孔抽放影响半径的1.85倍,单纯的增加钻孔数量对抽放效率的提高有限;保护层开采将钻场有效影响半径由卸压前的3.7m提高到卸压后的5m,卸压增透效果明显。 展开更多

关键词 钻孔影响半径 压降法 保护层开采 抽放瓦斯 卸压增透

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