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松软煤层无水化增透理论及技术发展趋势 被引量：1
1
作者 刘勇 张汶定 +5 位作者 陈长江 魏建平 徐向宇 张宏图 南勤聪 校朋伟 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2123-2146,共24页
在未来相当长的历史时期内,我国仍然要坚持以煤为主的基本国情。煤炭作为兜底保障能源,其高效开采对我国能源安全极为关键。但我国70%以上的煤层为低渗煤层,瓦斯抽采难度大、时间长。瓦斯抽采率低导致的采掘失衡是遏制煤炭产能释放的首... 在未来相当长的历史时期内,我国仍然要坚持以煤为主的基本国情。煤炭作为兜底保障能源,其高效开采对我国能源安全极为关键。但我国70%以上的煤层为低渗煤层,瓦斯抽采难度大、时间长。瓦斯抽采率低导致的采掘失衡是遏制煤炭产能释放的首要因素。尤其是随着浅部资源的枯竭,深部资源复杂赋存环境将使这一问题更加凸显。因此对低渗煤层增透是实现瓦斯高效抽采、解决采掘失衡、提高煤炭产量的有效手段。水力冲孔、水射流割缝和水力压裂等水力化技术因其技术装备成熟、应用灵活,是目前使用范围最广、行之有效的增透技术。然而在松软煤层应用水力化技术时,钻孔易出现塌孔,导致抱钻、喷孔、瓦斯超限等问题。相较于水力化技术,无水化技术从源头上避免了水对煤体强度的软化。采用无水化技术增透松软煤层,能实现瓦斯通道长时间保持通畅,具备高效抽采能力,符合新质生产力的发展理念。因此,无水化技术是目前突破松软煤层瓦斯高效抽采技术瓶颈的可行性方法。无水化技术种类繁多,但均没有在工程中得到应用或推广。为寻求无水化技术在瓦斯抽采领域的发展方向,促进无水化技术发展,突破松软煤层瓦斯高效抽采技术瓶颈,系统梳理了机械刀具、可控冲击波及(磨料)空气射流等10种无水化增透技术,并将其归纳为3类:机械类增透技术、电磁波/机械波增透技术及气体相关增透技术。详细阐述了其技术原理、增透机制、优势及瓶颈,提出了无水化技术在松软煤层瓦斯抽采工程中发展的可行性建议。形成以下主要结论:无水化技术是以机械力、冲击力或热应力的作用形式破裂煤岩,形成卸压区域、裂隙网络,促进瓦斯解吸、渗流,提高瓦斯抽采率。受能量密度和力传递方式的制约,多数无水化技术相较于水力化技术的卸压范围小。这是遏制无水化技术工程应用的主要因素。此外,技术装备的成熟度,可操作性和适用性也是遏制其应用的重要因素。低压(磨料)空气射流在松软煤层应用中发现,在气体压力小于1 MPa条件下,扩孔半径仍可大于1 m,能够实现煤层大范围的均匀卸压。综合能量传递效率和技术装备成熟度,低压(磨料)空气射流在进一步完善安全保障技术的条件下,具有应用推广的潜力。 展开更多
关键词 松软煤层 无水化技术 卸压增透 瓦斯抽采 空气射流
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“三软”厚煤层开采覆岩多层位离层注浆减沉技术及应用 被引量：5
2
作者 郭文兵 吴东涛 +3 位作者 郭明杰 胡玉杭 杨伟强 王比比 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期1-12,共12页
采动覆岩离层注浆中注浆层位精准识别及保护层厚度合理确定,对防治地表沉陷、保护地表建(构)筑物具有重要意义。为了实现覆岩多层位离层精准注浆减沉,基于组合梁理论改进了离层位置判别方法,确定了覆岩多层位离层注浆充填位置;通过弹性... 采动覆岩离层注浆中注浆层位精准识别及保护层厚度合理确定,对防治地表沉陷、保护地表建(构)筑物具有重要意义。为了实现覆岩多层位离层精准注浆减沉,基于组合梁理论改进了离层位置判别方法,确定了覆岩多层位离层注浆充填位置;通过弹性薄板理论,建立了覆岩离层注浆保护层采动岩体结构力学模型;构建了覆岩多层位离层注浆充填空间的等效模型,并根据注浆空间上位岩层和下位岩层破断规律,给出了充填空间的最小和最大总体积;采用概率积分法并结合地表实际监测结果,评价了“三软”厚煤层覆岩多层位离层注浆效果,并对郑州矿区裴沟煤矿22151工作面开展了实例分析。结果表明:钻孔窥视验证了多层位离层注浆位置的准确性,在距煤层152.6 m中粒砂岩底部和距煤层168.6 m处细粒砂岩下方之间成功实施覆岩多层位离层注浆;工作面在开采厚度为7.1 m时,保护层厚度为25.2 m能够实现覆岩离层注浆工作的安全实施;理论计算注浆量为9.5×10^(4)~14.7×10^(4)t,实际工程注浆量约为13.3×10^(4)t,注采比约为0.41;采用覆岩多层位离层注浆开采后,地表最大下沉量为649.8 mm,大部分民房处地表最大水平变形值处于Ⅰ级损害程度内;覆岩多层位离层注浆开采地表沉陷控制效果显著,减沉率约77.91%。 展开更多
关键词 “三软”厚煤层 软硬交互覆岩 覆岩离层 多层位注浆 保护层 沉陷控制
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极软厚煤层切顶卸压沿空留巷主动超前支护技术研究 被引量：4
3
作者 张盛 徐瑞泽 +5 位作者 刘佳伟 朱让河 马强 王高尚 张帆 赵龙刚 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期83-93,共11页
目的切顶卸压沿空留巷技术在我国煤矿开采中应用广泛,但在极软厚煤层回采巷道切顶卸压沿空留巷时,存在帮部煤体松软、巷道高度大,传统被动式超前支护容易破坏顶板且影响作业空间等问题,需要对留巷的超前支护技术进行研究。方法以梁北矿3... 目的切顶卸压沿空留巷技术在我国煤矿开采中应用广泛,但在极软厚煤层回采巷道切顶卸压沿空留巷时,存在帮部煤体松软、巷道高度大,传统被动式超前支护容易破坏顶板且影响作业空间等问题,需要对留巷的超前支护技术进行研究。方法以梁北矿32021机巷为工程背景,建立预裂切顶前后的巷道超前段围岩稳定性力学模型,分析切顶卸压前后留巷超前段顶板受力特征和变形规律,揭示受预裂切顶影响的超前段巷道围岩变形机理;采用FALC3D数值软件模拟分析定向爆破切顶条件下回采巷道的应力分布特征;提出主动式锚索梁协同锚固方案,设计超前主动支护参数,并进行现场应用。结果结果表明,预裂切顶能有效切断顶板之间的应力传递,使留巷超前段顶板围岩处于应力降低区,切顶后工作面与留巷交界处悬顶面积减小;经数值模拟验证,所给出的锚网索梁锚固方案在主动支护后能够有效控制巷道超前阶段围岩变形,并有利于保持留巷的长期稳定;主动超前支护现场应用后,巷道顶底板移近量最大不超过80 mm,顶板变形量减小了35%,且能够最大程度保持巷道顶板的完整性。结论提出的主动式超前支护技术能够解决空间狭小、劳动强度大和顶板被反复支撑破坏等问题,对于类似矿井条件下沿空留巷的超前支护有重要的参考价值。 展开更多
关键词 极软厚煤层 超前支承压力 主动超前支护技术 切顶卸压沿空留巷
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煤矿区煤层气开发技术应用现状及展望
4
作者 孙四清 杨帆 +6 位作者 郑玉岐 张群 李浩哲 张庆利 程斌 李文博 吴晓眩 《油气藏评价与开发》 北大核心 2025年第6期972-982,共11页
“十二五”以来,为保障煤层气资源开发和煤矿安全高效生产,根据煤矿采掘工程部署、开采扰动和煤层地质条件,经过生产实践探索,形成了适用于中国煤矿区煤层气开发的“四区联动”抽采模式,即煤矿规划区、准备区、生产区及采空区的煤层气... “十二五”以来,为保障煤层气资源开发和煤矿安全高效生产,根据煤矿采掘工程部署、开采扰动和煤层地质条件,经过生产实践探索,形成了适用于中国煤矿区煤层气开发的“四区联动”抽采模式,即煤矿规划区、准备区、生产区及采空区的煤层气协同开发,已取得较好应用效果。主要表现在以下几个方面:①开发形成了适合于规划区的地面垂直井压裂、顺煤层水平井分段压裂及碎软煤层顶板水平井地面分段压裂抽采技术。甘肃窑街海石湾矿垂直井单井产气量达到2607 m^(3)/d;山西晋城寺河矿顺煤层分段压裂单井产气量突破9100 m^(3)/d;安徽淮北芦岭矿碎软煤层顶板水平井单井产气量达到10760 m^(3)/d。②研发了适合于准备区的煤矿井下定向长钻孔分段压裂抽采技术。陕西彬长大佛寺矿硬煤顺煤层长钻孔分段压裂钻孔长度达到600 m,单孔瓦斯抽采纯量达到3600 m^(3)/d;山西阳泉新景矿碎软煤层顶板分段压裂钻孔长度达到609 m,单孔瓦斯抽采纯量达到2811 m^(3)/d。③探索形成了适合于生产区的碎软煤层井下穿层钻孔高压加砂水力压裂和顺煤层气动定向钻进高效抽采技术。安徽淮南潘三矿穿层钻孔加砂水力压裂钻孔瓦斯抽采纯量是普通清水压裂的2.38倍;山西阳泉二矿气动定向钻进深度最大达到607 m,单孔瓦斯抽采纯量达到971.6 m^(3)/d。④提出了适合于煤矿采空区的地面垂直井和L型水平井瓦斯抽采模式。安徽淮南潘一矿垂直井抽采量最高超过50000 m^(3)/d;山西晋城寺河矿L型水平井抽采量最高达30000 m^(3)/d。随着煤矿区煤层气开发效果进一步提升的需要,提出了煤矿区煤岩层大规模体积压裂、煤矿井地联合分段水力压裂、煤矿区深部煤层气开发等技术攻关方向,推动煤矿区煤层气开发技术发展,以更好保障煤炭资源安全开采和煤层气资源高效开发。 展开更多
关键词 煤矿区 煤层气 四区联动 分段压裂 碎软煤层
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碎软煤层分层切削细化钻屑防堵机制研究
5
作者 王永龙 麻登辉 +3 位作者 余在江 王振锋 赵澳琪 张辉 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第3期105-112,共8页
为探究分层切削钻进钻屑运移防堵功能,采用理论分析、钻进试验、数值模拟的方法,建立钻屑运移数学模型,分析钻屑粒径、排渣空间对钻孔排渣影响规律,验证分层切削钻具细化钻屑的功能及其排渣效果,并开展现场钻进对比性工业试验。研究结... 为探究分层切削钻进钻屑运移防堵功能,采用理论分析、钻进试验、数值模拟的方法,建立钻屑运移数学模型,分析钻屑粒径、排渣空间对钻孔排渣影响规律,验证分层切削钻具细化钻屑的功能及其排渣效果,并开展现场钻进对比性工业试验。研究结果表明:钻屑粒径越小、排渣空间越大,钻屑的启动风压越小,钻孔堵塞风险越小,综合考虑钻具尺寸与强度,建议优先选择终孔直径113 mm的钻头和73 mm的钻杆;钻进试验和数值模拟结果表明,分层切削钻具能够细化钻屑,其排渣效果优于常规钻具;工业性试验表明,分层切削钻具使得钻孔出渣更均匀连续,钻屑基本呈粉末状,钻进深度提升了13.89%,钻进速度提升了16.04%。研究结果可有效促进煤矿安全高效开采,并为瓦斯抽采钻孔钻具设计提供参考。 展开更多
关键词 碎软煤层 钻孔排渣 分层切削 煤渣细化 助排防堵
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碎软煤层间接压裂破裂压力及裂缝形态演化试验 被引量：1
6
作者 朱帝杰 梁卫国 +3 位作者 牛栋 落弘业 任森涛 胡善为 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2063-2076,共14页
顶板水平井间接压裂是一种碎软低渗煤层煤层气高效开采的有效技术,确保压裂穿层并在煤层中形成导流能力良好、形态复杂的压裂缝网是该技术的关键。为探究碎软煤层间接压裂不同射孔深度条件下破裂压力和水力裂缝形态的演化规律,开展了不... 顶板水平井间接压裂是一种碎软低渗煤层煤层气高效开采的有效技术,确保压裂穿层并在煤层中形成导流能力良好、形态复杂的压裂缝网是该技术的关键。为探究碎软煤层间接压裂不同射孔深度条件下破裂压力和水力裂缝形态的演化规律,开展了不钻孔深度煤-砂质泥岩组合体真三轴压裂试验,结合声发射技术监测水力裂缝扩展动态响应,利用三维形貌扫描技术刻画煤体水力裂缝面形貌特征,并系统分析了钻孔深度对破裂压力、穿层效果与裂缝面形貌的影响机理。试验结果表明:随着钻孔深度增大,砂质泥岩破裂压力和破裂时间显著减小,水力裂缝面更曲折粗糙。钻孔深度由25 mm增至45 mm时,破裂压力降低1.57 MPa,破裂时间减少7 s,水力裂缝由直接穿层转变为先沿界面扩展一段距离后再穿层,注入压力曲线出现“二次峰值”,对应稳定渗流的注入压力更高,煤体水力裂缝面粗糙度系数增加12.5,表明增大钻孔深度可促进砂质泥岩破裂,有助于在煤体内形成形态复杂、表面粗糙、导流能力良好的水力裂缝。钻孔深度越小,水力裂缝起裂扩展释放的能量和声发射事件数越多。相较于45 mm深钻孔,25 mm深钻孔对应声发射累积能量多0.81 nJ,对应煤岩组合体声发射事件数多70个,对应煤体声发射事件数多40个,对应水力裂缝形态因砂质泥岩断裂导致的高能冲击效应而更为平直,表明减小钻孔深度有助于水力裂缝由砂质泥岩穿层进入煤体。煤-砂质泥岩组合体的无量纲弹性参数值为0.38,明显小于应力在岩石内部均匀传递所需的0.5,导致砂质泥岩内产生张拉型内应力。该内应力是钻孔深度影响砂质泥岩破裂压力的重要原因。间接压裂顶板水平井距煤岩界面越远或射孔深度越小,水力裂缝越容易由顶板扩展至煤层,但同时在煤层内的水力裂缝形态更平直,不利于形成复杂压裂缝网。因此,间接压裂顶板水平井钻进层位和射孔深度理论上存在一个最优值,该值的确定需综合考虑穿层效果、煤层压裂缝网复杂程度及其导流能力。研究结果可为间接压裂顶板水平井层位和射孔深度优化提供理论指导。 展开更多
关键词 碎软煤层 间接压裂 破裂压力 声发射响应 裂缝面特征
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碎软煤层钻孔干式孔口除尘装置研究与应用 被引量：2
7
作者 陈颖兴 《煤炭工程》 北大核心 2025年第3期206-210,共5页
为治理瓦斯抽放干式钻孔施工过程中产生的大量粉尘,基于碎软煤层钻孔产生的呼吸性粉尘占比较高的特点,提出干式孔口除尘的新技术,即以煤矿井下压风作为除尘装置的动力,首先利用旋风除尘技术进行初级除尘后,再通过布袋除尘技术进一步过... 为治理瓦斯抽放干式钻孔施工过程中产生的大量粉尘,基于碎软煤层钻孔产生的呼吸性粉尘占比较高的特点,提出干式孔口除尘的新技术,即以煤矿井下压风作为除尘装置的动力,首先利用旋风除尘技术进行初级除尘后,再通过布袋除尘技术进一步过滤净化,进而实现高效除尘。重点研究了除尘装置的结构参数,根据旋风除尘和布袋除尘的阻力,对除尘装置的动力进行了优化设计,并在碎软煤层钻孔进行现场试验,结果表明:干式孔口除尘装置总粉尘除尘效率达98%以上,呼吸性粉尘除尘效率达96%以上,能有效解决碎软煤层钻孔过程中的粉尘污染。 展开更多
关键词 碎软煤层 干式钻孔 粉尘 干式除尘 除尘效率
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碎软煤层顶板长钻孔定向压裂瓦斯超前治理工程实践 被引量：2
8
作者 贾秉义 李树刚 +1 位作者 陈冬冬 张群 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第3期34-43,共10页
【目的和方法】针对碎软强突煤层瓦斯含量高、压力大,区域预抽钻孔施工过程中喷孔强度大易造成瓦斯超限,钻孔施工效率低等问题,在分析现有区域瓦斯超前抽采卸压技术现状及适应性、近煤层顶板钻孔间接压裂的裂缝扩展延伸特征研究基础上,... 【目的和方法】针对碎软强突煤层瓦斯含量高、压力大,区域预抽钻孔施工过程中喷孔强度大易造成瓦斯超限,钻孔施工效率低等问题,在分析现有区域瓦斯超前抽采卸压技术现状及适应性、近煤层顶板钻孔间接压裂的裂缝扩展延伸特征研究基础上,提出了泥岩层顶板长钻孔套管内定向喷砂射孔分段水力加砂压裂区域瓦斯超前抽采卸压技术,并根据地层特征优化设计了钻孔孔身结构。在安徽淮北芦岭煤矿开展了现场工程试验,完成1个钻孔的钻探施工和套管固孔,孔深520 m,下入一级套管110 m,直径219 mm,二级套管520 m,直径114.3 mm,水泥浆带压固孔。分9段进行射孔压裂,累计射孔39次,形成78个孔眼;单段注液量210~420 m^(3),最大泵注压力17.8~28.3 MPa,加砂比例2.5%~3.3%。【结果与结论】压裂钻孔抽采第257天时,累计抽采瓦斯纯量超过8×10^(5)m^(3),区域预抽率达15.5%。压裂钻孔水平段左右两侧0~15 m和15~30 m范围内瓦斯体积分数降幅分别达27.05%和11.36%;距压裂钻孔平面距离0、15 m处瓦斯压力由2.78 MPa分别降低至1.14 MPa和1.75 MPa,压力降低幅度超过37%。区域瓦斯超前抽采卸压效果明显,技术可行性和有效性得到了验证。超前抽采卸压区域预抽钻孔百孔喷孔率和喷孔强度分别降低了57.89%和67.11%;预抽钻孔一次成孔率提高19%,补孔率降幅达74.87%,钻机施工平均台班效率同比提高了34%。预抽钻孔施工期间,未发生瓦斯异常事件,安全效益显著。该技术可为类似地质条件矿井瓦斯灾害超前治理提供借鉴,已进一步推广至淮南矿区。 展开更多
关键词 碎软煤层 超前抽采卸压 定向压裂 顶板长钻孔 泥岩 瓦斯抽采
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煤矿井下特种钻进工艺技术研究进展与思考 被引量：3
9
作者 刘建林 刘飞 +6 位作者 李泉新 方俊 刘桂芹 王四一 褚志伟 赵建国 杨伟锋 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期239-254,共16页
特种钻进工艺技术是煤矿井下钻进工艺技术体系的重要组成部分,核心是采用特殊钻探技术方法和机具针对特殊的工况条件来实现特定的钻探目标,对于实现煤矿重大地质灾害防治和地质透明化具有重要现实意义。梳理了特种钻进工艺技术的典型应... 特种钻进工艺技术是煤矿井下钻进工艺技术体系的重要组成部分,核心是采用特殊钻探技术方法和机具针对特殊的工况条件来实现特定的钻探目标,对于实现煤矿重大地质灾害防治和地质透明化具有重要现实意义。梳理了特种钻进工艺技术的典型应用场景:碎软煤层瓦斯超前区域精准治理、顶板采动卸压瓦斯“以孔代巷”抽采、矿井探放水及隔水层注浆加固,深入分析了应用过程中存在的关键技术难点。围绕钻进设备改进、钻进方法创新和钻进参数优化,全面阐述了特种钻进工艺技术的发展现状、关键技术进展和应用效果,明确了适应于碎软煤层、坚硬岩层、破碎–水敏性地层的特种钻进工艺技术特征,剖析了目前面临的主要技术问题与挑战。针对煤矿井下特种钻进工艺技术呈现出需求多样化、装备智能化、区域特色化的发展特征,提出了下一步攻关方向:(1)进一步完善碎软煤层气动定向钻进技术,加快提升地层适应性和工艺匹配性;(2)持续攻关坚硬岩层高效钻进提速技术及配套工具,加快提升冲击钻具破岩效率和使用寿命;(3)攻克煤矿井下近水平条件下精细控压钻进理论桎梏和技术瓶颈,加快提升破碎–水敏性等复杂顶底板岩层钻进成孔能力;(4)加快提升煤矿井下智能化钻探技术与装备的可靠性和稳定性,推动实现特种钻进由“装备智能”向“工程智能”的转变;(5)研究构建区域级、矿区级、矿井级特种钻进工艺技术体系,推动其在煤矿行业的广泛应用和深入发展。研究可为煤矿井下钻进工艺技术革新和效率提升提供重要参考。 展开更多
关键词 特种钻进 碎软煤层 坚硬岩层 破碎–水敏性地层 灾害治理 问题与挑战
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华阳二矿碎软低渗煤层大功率氮气定向钻进试验研究
10
作者 程卓尔 李泉新 +4 位作者 方俊 刘飞 杨伟锋 李帅帅 郭利佳 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期60-66,共7页
针对阳泉矿区煤层碎软低渗、瓦斯含量高、顺层长距离成孔难、抽采效果差等问题,以华阳二矿为示范矿井,在分析矿井瓦斯地质情况与抽采治理现状基础上,提出了采用大功率氮气定向钻进技术装备进行瓦斯抽采钻孔施工的总体方案,介绍了其技术... 针对阳泉矿区煤层碎软低渗、瓦斯含量高、顺层长距离成孔难、抽采效果差等问题,以华阳二矿为示范矿井,在分析矿井瓦斯地质情况与抽采治理现状基础上,提出了采用大功率氮气定向钻进技术装备进行瓦斯抽采钻孔施工的总体方案,介绍了其技术原理和技术优势,开发了复合定向轨迹控制工艺、复合高效排渣工艺、顺层长距离成孔工艺、定向钻孔长距离筛管护孔工艺等氮气定向钻进关键技术,对大功率定向钻机、制氮装置、大扭矩长寿命气动螺杆马达等大功率定向钻进装备进行了选型,制定了钻场设计、钻孔设计、装备配套、钻具组合等整体试验方案,并在华阳二矿81511进顺钻场进行了顺层钻孔大功率氮气定向钻进试验。试验结果表明,采用大功率氮气定向钻进技术装备可实现碎软低渗煤层内高效定向成孔和瓦斯抽采,施工完成定向钻孔主孔7个、分支孔13个,其中孔深350 m以上钻孔5个,最大孔深506 m,总进尺3363 m;成孔直径120 mm,全孔下入Φ32 mm筛管;试验钻场已稳定抽采超半年,瓦斯抽采浓度均超过50%,最大瓦斯抽采纯量达3.43 m^(3)/min,累计抽采瓦斯纯量达68.99×10^(4)m^(3),为阳泉矿区碎软低渗煤层瓦斯区域高效抽采治理提供了新的技术途径,可供类似条件矿井参考借鉴。 展开更多
关键词 碎软低渗煤层 氮气定向钻进 大功率定向钻机 制氮装置 瓦斯抽采
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“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力运移规律实验研究 被引量：2
11
作者 康志鹏 任波 +2 位作者 罗勇 段昌瑞 任帅 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期158-164,共7页
针对“三软”厚煤层大采高工作面开采覆岩非线性、非对称破坏问题以及保护煤柱宽度不合理造成的资源浪费、巷道围岩稳定性差等问题,以新景煤矿15028工作面为工程背景,通过物理相似模拟实验对“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力... 针对“三软”厚煤层大采高工作面开采覆岩非线性、非对称破坏问题以及保护煤柱宽度不合理造成的资源浪费、巷道围岩稳定性差等问题,以新景煤矿15028工作面为工程背景,通过物理相似模拟实验对“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力运移规律进行实验研究。结果表明:“三软”厚煤层大采高工作面在回采开始时,顶板未发生大面积垮落,但产生较多水平裂隙;初次垮落时,塌落岩体与上部形成较大自由空间;当继续回采达到关键层极限破断距时,上覆岩层迅速大面积垮落,形成类似冲击地压的顶板“强烈垮塌”,采空区边缘悬臂梁结构发生“裂隙孕育快速发育回转下沉”变化,顶板垮落岩石由于碎胀充填作用,并未完全冒落;随着煤层持续开采,只在上覆岩层作用力的情况下,采空区底板未产生明显变形,即底板变形的主要原因为水平应力因素,采空区上覆岩层整体发生下沉,其中靠近煤层顶板越近,下沉量越大,最大下沉量为750 mm;采空区中部岩层位移最大,向两侧实煤体帮逐渐减小到0,整体位移曲线呈“V”字形;厚煤层大采高工作面侧向支承压力具有“双峰”特性,先小幅增加,达到第1个峰值点后小幅回落,应力降低区距离采空区10 m左右,而后到达第2个峰值点,此时距离采空区边缘19.2 m,应力最大值为27.5 MPa,随后持续回落,在72 m处趋于稳定,即采动侧向支承压力影响范围在60 m左右。 展开更多
关键词 “三软”厚煤层 大采高工作面 破断失稳 应力运移规律
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强突出松软煤层气动定向钻孔超前卸压试验研究
12
作者 管强盛 《煤炭工程》 北大核心 2025年第8期57-63,共7页
针对在强突出松软煤层瓦斯治理中,采用常规的穿层液动回转钻进施工存在钻孔堵孔、瓦斯积聚、喷孔严重、瓦斯超限频发的问题,为保障区域瓦斯治理安全进行,通过全螺旋气动定向钻具选配,气动定向成孔工艺参数及松软煤层卸压掏煤技术研究,... 针对在强突出松软煤层瓦斯治理中,采用常规的穿层液动回转钻进施工存在钻孔堵孔、瓦斯积聚、喷孔严重、瓦斯超限频发的问题,为保障区域瓦斯治理安全进行,通过全螺旋气动定向钻具选配,气动定向成孔工艺参数及松软煤层卸压掏煤技术研究,形成了一套气动定向钻孔配套掏煤卸压技术来进行超前卸压,并在九里山矿进行了现场试验。试验表明,采用气动定向钻进技术施工超前卸压钻孔可有效解决松软煤层堵孔和喷孔情况,试验期间未发生明显喷孔,通过多种掏煤技术组合的应用,每米掏煤干重超过0.1 t,有效增大了卸压空间,提高了瓦斯抽采效果,监测期间前3个月单孔瓦斯抽采纯量均超过2.2万m^(3),控制范围理论瓦斯预抽率达37.97%,为后续区域瓦斯治理提供了安全保障。 展开更多
关键词 强突出 松软煤层 气动定向 掏煤技术 超前卸压
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松软煤层空气螺杆泡沫钻进用泡沫冲洗液体系试验
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作者 金新 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期316-323,共8页
松软煤层结构强度低,钻进时易发生孔壁垮塌,卡钻埋钻等问题,极大影响了开采效率。空气螺杆钻进工艺采用空气作为循环介质,对孔壁扰动小,与液体冲洗液相比,不存在液柱压力,孔壁不易坍塌,适用于松软煤层钻进。但是长期实践结果表明:空气... 松软煤层结构强度低,钻进时易发生孔壁垮塌,卡钻埋钻等问题,极大影响了开采效率。空气螺杆钻进工艺采用空气作为循环介质,对孔壁扰动小,与液体冲洗液相比,不存在液柱压力,孔壁不易坍塌,适用于松软煤层钻进。但是长期实践结果表明:空气螺杆钻进技术仍存在粉尘污染严重、钻头寿命短、钻孔净化困难等问题。为了解决空气螺杆钻进技术存在的问题,提出了采用泡沫冲洗液代替空气作为循环介质形成空气螺杆泡沫钻进工艺的新思路。采用Waring-Blender替换,根据松软煤层空气螺杆泡沫钻进对泡沫冲洗液体系性能指标及抗压性能要求,分别对发泡剂、稳泡剂、抗污染剂及抗压剂进行优选,并通过正交替换分析确定各处理剂的最优加量。在此基础上,对构建的泡沫冲洗液体系发泡量、半衰期、流变性能、抗污染性能、抗压性能以及携岩性能进行综合评价。结果表明:泡沫冲洗液体系的最优配方为:水+1.3%AMS+0.5%CMC+1%MP+0.3%HS植物胶,起泡体积达到5.3倍,泡沫半衰期为160min,发泡量大且泡沫稳定;动塑比达到0.91,剪切稀释性及携岩性能好能力强,煤粉沉降速度较清水降低了96.9%。抗污染替换结果表明:该体系抗地下水污染及抗煤粉污染强,卤水添加量为30%时,其泡沫综合指数(FCI)仍能达到10642.5;煤粉添加量为30%时,其FCI达到22050min·mL。研究成果为松软煤层瓦斯抽采孔采用空气螺杆泡沫钻进工艺提供了坚实的技术支撑。 展开更多
关键词 松软煤层 空气螺杆泡沫钻进 泡沫冲洗液体系 抗压 抗污染
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碎软煤层气动定向钻孔套铣打捞技术研究与应用
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作者 杨伟锋 方俊 +3 位作者 刘飞 刘建林 邵国杰 褚志伟 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期64-69,共6页
卡钻是碎软煤层气动定向钻进主要事故类型之一,针对碎软煤层气动定向钻进卡钻事故特征,提出采用气体套铣打捞的技术方案,开发了以氮气为循环介质的碎软煤层套铣打捞技术,设计了气体套铣打捞钻具组合。并基于孔内钻进工况反馈优化了套铣... 卡钻是碎软煤层气动定向钻进主要事故类型之一,针对碎软煤层气动定向钻进卡钻事故特征,提出采用气体套铣打捞的技术方案,开发了以氮气为循环介质的碎软煤层套铣打捞技术,设计了气体套铣打捞钻具组合。并基于孔内钻进工况反馈优化了套铣打捞关键工艺参数,计算分析了套铣打捞钻杆在弯曲孔段的通过能力。在山西华阳新能股份有限公司二矿成功处理2起碎软煤层气动定向钻进卡钻事故,应用实践表明:通过Ф168 mm套铣打捞钻具组合可增大钻孔环空排渣通道、提升事故钻具通过能力;采用“中低钻压、中低回转速度”钻进工艺参数,可有效降低事故处理风险、提升事故处理成功率。该研究成果可为碎软煤层钻孔事故处理提供重要借鉴。 展开更多
关键词 碎软煤层 定向钻孔 卡钻 套铣打捞 钻具磨损
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薄煤层工作面开采过低洼段顶板涌水机制及预防技术
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作者 李季 吴洁琪 +4 位作者 陈朝森 董继辉 强旭博 郑英建 陈忠 《煤炭工程》 北大核心 2025年第3期72-79,共8页
针对古叙矿区叙永一矿软基岩薄煤层开采工作面回采期间顶板频繁涌水的问题,综合运用现场实测、相似材料模拟实验以及数值模拟等多种方法,对1599工作面覆岩破坏范围开展了全面且深入的现场探测工作,探究了1599工作面顶板覆岩破坏特征与... 针对古叙矿区叙永一矿软基岩薄煤层开采工作面回采期间顶板频繁涌水的问题,综合运用现场实测、相似材料模拟实验以及数值模拟等多种方法,对1599工作面覆岩破坏范围开展了全面且深入的现场探测工作,探究了1599工作面顶板覆岩破坏特征与工作面“竖三带”的演化规律,揭示了软基岩薄煤层工作面覆岩涌水通道的发育特征以及顶板涌水的内在机制。研究结果显示:C19煤层走向分布起伏不平,当1599工作面回采至80 m低洼段时,受采动影响,覆岩中的两层关键层发生破断,纵向裂隙向上发育,进而形成涌水通道并导通长兴组含水层;大量地下水在压力作用下涌向工作面,导致该工作面频繁涌水。为此,有针对性地提出采用深浅孔结合的注浆方式与超前疏排水措施对1599工作面低洼段顶板岩层进行联合控制,从而有效解决顶板涌水问题。 展开更多
关键词 软基岩 薄煤层 覆岩破坏 涌水通道
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深部特厚煤层软岩动压巷道稳定性控制技术研究
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作者 孙锐 《煤炭工程》 北大核心 2025年第3期44-49,共6页
针对小康矿软岩动压巷道出现大变形的难题,通过物理力学实验、地应力测试、锚索锚固力测试、围岩结构窥视及数值模拟等现场和实验室实验,从初次支护强度、巷道关键部位、围岩特性等角度,揭示了影响巷道稳定性控制的主控因素。据此提出... 针对小康矿软岩动压巷道出现大变形的难题,通过物理力学实验、地应力测试、锚索锚固力测试、围岩结构窥视及数值模拟等现场和实验室实验,从初次支护强度、巷道关键部位、围岩特性等角度,揭示了影响巷道稳定性控制的主控因素。据此提出了深部特厚煤层、软岩、动压巷道稳定性控制的方案。采用“高预紧力锚杆锚索+壁后混凝土+U型钢圆棚+注浆锚索+底角钢管混凝土”联合支护技术来控制深部软岩巷道围岩的变形与破坏。现场试验结果表明:在原支护基础上增加注浆锚索和底角钢管混凝土后,巷道围岩的变形量降低了95%以上,为类似煤矿软岩巷道大变形的治理提供了宝贵经验。 展开更多
关键词 特厚煤层 软岩 动压巷道 围岩控制 数值模拟
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松软煤层水力压裂钻孔失稳分析及固化成孔方法 被引量：60
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作者 翟成 李全贵 +2 位作者 孙臣 倪冠华 杨威 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1431-1436,共6页
分析了煤矿井下松软突出煤层钻孔失稳变形机理,指出巷道围岩应力和钻孔二次应力是煤层施工压裂钻孔后孔壁弱结构易产生破坏失稳、易塌孔和成孔难的主要根源。提出了一种有效的区域固化成孔方法,模拟分析了松软煤层和采用高强度材料固化... 分析了煤矿井下松软突出煤层钻孔失稳变形机理,指出巷道围岩应力和钻孔二次应力是煤层施工压裂钻孔后孔壁弱结构易产生破坏失稳、易塌孔和成孔难的主要根源。提出了一种有效的区域固化成孔方法,模拟分析了松软煤层和采用高强度材料固化后钻孔周围应力场和位移变化。结果表明:松软煤层中钻孔位移变形量和塑性区范围大,钻孔易发生失稳破坏;对封孔段采取固化成孔措施后,浆液渗透填充到煤岩体的裂隙中,起到加固、充填密实裂隙作用,增强孔壁围岩的强度,钻孔变形量和塑性区范围减小,有效防止了钻孔发生失稳破坏,提高了成孔率。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 水力压裂 钻孔失稳 固化成孔 松软煤层
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基于千米钻机的“三软”煤层瓦斯治理技术及应用 被引量：62
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作者 林柏泉 李庆钊 +2 位作者 杨威 吴海进 郝志勇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期1968-1973,共6页
在系统分析了三软煤层综放开采工作面超前支撑应力及采空区垂直区带划分的基础上,结合煤矿地质特点,提出了基于千米长钻孔技术的"三位立体"瓦斯综合治理技术措施,并进行了现场实际应用。研究结果显示:实施该技术措施后,51109... 在系统分析了三软煤层综放开采工作面超前支撑应力及采空区垂直区带划分的基础上,结合煤矿地质特点,提出了基于千米长钻孔技术的"三位立体"瓦斯综合治理技术措施,并进行了现场实际应用。研究结果显示:实施该技术措施后,51109工作面煤层瓦斯抽采率显著提高,达67.3%,风排瓦斯浓度降至0.3%,工作面瓦斯涌出不均匀系数由2.5降至1.6,瓦斯频繁超限的难题得到有效的解决,表明"三位立体"瓦斯综合抽采技术措施是一种适合该类地质条件的煤矿瓦斯综合治理技术方案。 展开更多
关键词 瓦斯治理 VLD-1000型千米钻机 三软煤层 瓦斯抽采
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松软突出煤层钻进困难的原因分析 被引量：98
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作者 孙玉宁 王永龙 +1 位作者 翟新献 王振锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期117-121,共5页
在分析煤层深孔钻进困难原因的基础上,提出"钻穴"概念,分析了"钻穴"对钻进的影响。在分析"钻穴"类型及成因的基础上,建立"钻穴"内流体排渣模型,采用数学方法,分析钻孔深度和"钻穴"... 在分析煤层深孔钻进困难原因的基础上,提出"钻穴"概念,分析了"钻穴"对钻进的影响。在分析"钻穴"类型及成因的基础上,建立"钻穴"内流体排渣模型,采用数学方法,分析钻孔深度和"钻穴"的关系。结果表明:在纯流体排渣情况下,松软、突出煤层的钻孔深度几乎与钻机动力大小无关,而取决于危害型"钻穴"的发生位置和"钻穴"的体积大小。基于对"钻穴"的新认识,提出流体与机械协同排渣的新观点,以此克服或减轻"钻穴"的危害,并发明了"双动力低螺旋钻杆"。 展开更多
关键词 松软煤层 突出煤层 钻穴 钻杆
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三软煤层沿空巷道破坏机制及锚注控制 被引量：38
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作者 王琦 潘锐 +6 位作者 李术才 何满潮 任尧喜 王雷 丁国利 孙会彬 江贝 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1111-1119,共9页
针对龙口矿区梁家煤矿典型三软地层沿空巷道-4606材料巷围岩控制难题,通过现场监测和试验,分析原支护方案下围岩变形破坏机制。煤层结构复杂,围岩易膨胀、软化,围岩破坏范围大,拱架变形破坏严重,锚杆支护潜力无法有效发挥是巷道变形破... 针对龙口矿区梁家煤矿典型三软地层沿空巷道-4606材料巷围岩控制难题,通过现场监测和试验,分析原支护方案下围岩变形破坏机制。煤层结构复杂,围岩易膨胀、软化,围岩破坏范围大,拱架变形破坏严重,锚杆支护潜力无法有效发挥是巷道变形破坏的主要原因。以锚注支护为核心,实施了U型棚+注浆锚杆+注浆锚索和注浆锚杆+注浆锚索2种联合支护对比试验方案。结果表明:方案实施后,巷道围岩变形量均小于原支护方案37%以上,U型棚+注浆锚杆+注浆锚索联合支护方案中U型棚对围岩的控制作用不明显,注浆锚杆+注浆锚索联合支护完全可以取代传统的U型棚支护。 展开更多
关键词 三软煤层 沿空巷道 破坏机制 锚注试验
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