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近距离煤层群煤与瓦斯高效共采技术体系研究——以山西吕梁沙曲矿区为例 被引量:23
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作者 程志恒 陈亮 +7 位作者 邹全乐 王宏冰 浦仕江 齐庆新 梁椿豪 樊少武 苏士龙 闫大鹤 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期122-137,共16页
为掌握近距离煤层群叠加开采的应力-裂隙-瓦斯渗流规律,构建近距离煤层群煤与瓦斯高效共采技术体系及动态评价模型,以山西吕梁沙曲矿区为研究对象,采用物理相似模拟、超声波试验及SF6示踪气体现场监测相结合的研究方法,分析了沙曲矿区... 为掌握近距离煤层群叠加开采的应力-裂隙-瓦斯渗流规律,构建近距离煤层群煤与瓦斯高效共采技术体系及动态评价模型,以山西吕梁沙曲矿区为研究对象,采用物理相似模拟、超声波试验及SF6示踪气体现场监测相结合的研究方法,分析了沙曲矿区近距离煤层群煤层气资源的赋存特点,探究了沙曲矿区近距离煤层群多次扰动下煤岩损伤变量随应力的变化规律,建立了Boltzmann煤岩损伤方程,得出了沙曲矿区近距离煤层群叠加开采条件下采动应力演化-裂隙发育-瓦斯运移规律。研究结果表明:沙曲矿区煤层的孔裂隙结构特征不利于瓦斯运移,在近距离煤层群叠加开采条件下二次采动对于覆岩应力场和裂隙场的影响并非简单的效果叠加,而是“1+1>2”的影响效果,下伏煤层在叠加开采下产生了贯穿型裂隙,并在其周围衍生了大量的次生裂隙,为煤层瓦斯运移提供了优势通道;根据沙曲矿区煤-气共采不同阶段的时空条件和消突要求,分区分级优选并集成了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术体系,即在规划区采用多种地面井规模化多煤层长时间预抽煤层气,在准备区采用多分支水平井井孔定向对接共采和保护层开采+底抽巷定向钻孔群抽采,在生产区采用大采高沿空留巷共采及大直径定向钻孔群共采技术;通过分析煤与瓦斯共采的影响因素,提出了近距离煤层群煤与瓦斯共采动态评价指标体系,建立了贝叶斯煤与瓦斯共采评价模型,实现了对沙曲矿区煤与瓦斯共采效果及矿井部署合理性的评价,得出沙曲一矿煤与瓦斯共采动态合理性概率为0.65、共采合理性等级为“较为合理”;最后阐述了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术存在的关键问题,展望了近距离煤层群煤与瓦斯共采技术未来发展方向。 展开更多
关键词 近距离煤层群 叠加开采 煤与瓦斯共采 三区联动 时空衔接关系 贝叶斯评价模型
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近距离煤层群保护层开采底板卸压瓦斯抽采技术研究 被引量:22
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作者 李海涛 闫大鹤 +3 位作者 浦仕江 程志恒 李志亮 白爱卿 《煤炭工程》 北大核心 2020年第7期78-82,共5页
针对沙曲矿近距离煤层群开采中的瓦斯防治问题,综合运用理论分析、数值模拟的方法对保护层开采时底板卸压效果进行分析,结合塑性区的发育形态编写fish语言获取被保护层中渗透系数的变化规律,并用于工程实践。结果表明:在2号煤层作为保... 针对沙曲矿近距离煤层群开采中的瓦斯防治问题,综合运用理论分析、数值模拟的方法对保护层开采时底板卸压效果进行分析,结合塑性区的发育形态编写fish语言获取被保护层中渗透系数的变化规律,并用于工程实践。结果表明:在2号煤层作为保护层开采的情况下,底板卸压深度可达20~36m,大于3+4号煤层与3号煤层之间的最大垂直距离,3+4号煤在上煤层的保护范围内;随着保护层的开采,被保护层渗透性系数明显提高,最大值可以达到5.2,虽然随着工作面推进覆岩垮落,渗透性系数会有所回落,但与初始值相比依然有较大提升;在2号煤层的回采时,对底板穿层钻孔进行了瓦斯浓度实测,钻孔中瓦斯浓度最大值可达到70%,抽采效果良好。 展开更多
关键词 近距离煤层群 保护层开采 卸压范围 渗透性系数 抽采效果
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突出煤层群多次采动对底板穿层钻孔瓦斯抽采的影响 被引量:12
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作者 杨正凯 程志恒 +3 位作者 刘彦青 王宏冰 杨鹏 孙福龙 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期66-73,共8页
为揭示突出煤层群多次采动对底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采效率的影响,利用Flac软件模拟分析沙曲二矿3、4、5号煤层下行开采过程中底抽巷顶板煤岩层卸压特征和围岩塑形区扩展特征,并现场实测钻孔瓦斯抽采效率。研究表明:3号煤层采动引起底抽... 为揭示突出煤层群多次采动对底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采效率的影响,利用Flac软件模拟分析沙曲二矿3、4、5号煤层下行开采过程中底抽巷顶板煤岩层卸压特征和围岩塑形区扩展特征,并现场实测钻孔瓦斯抽采效率。研究表明:3号煤层采动引起底抽巷顶板煤岩层卸压程度达59%以上,卸压作用最为显著,对钻孔瓦斯抽采浓度与抽采纯量的提升幅度最大;随着采动叠加作用影响,卸压程度减小,提升幅度也减小;4号煤层开采期间底抽巷顶板围岩塑性区范围扩张达到3.1 m,超过钻孔封孔长度,钻孔瓦斯混量开始逐渐增大,随采动次数增加,顶板围岩塑性区范围进一步扩展,钻孔瓦斯混量呈现逐步增大趋势;多次采动作用下钻孔瓦斯抽采体积分数和抽采纯量总体上呈逐渐下降趋势。 展开更多
关键词 煤层群 下行开采 穿层钻孔 卸压瓦斯 抽采效率
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近距离煤层群井上下联合防突模式及其效果动态评价 被引量:18
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作者 程志恒 陈亮 +8 位作者 苏士龙 王公达 邹银辉 张永将 邹全乐 姜黎明 闫大鹤 杜志峰 王向东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1635-1647,共13页
针对近距离煤层群缺乏系统有效井上下联合防突模式及动态评价方法的问题,以华晋焦煤沙曲一矿为工程背景,通过类似矿区突出信息统计分析得出其地应力-瓦斯潜能大、突出源分散、煤体强度及渗透性低的特点,采用理论分析,从多次采动应力叠... 针对近距离煤层群缺乏系统有效井上下联合防突模式及动态评价方法的问题,以华晋焦煤沙曲一矿为工程背景,通过类似矿区突出信息统计分析得出其地应力-瓦斯潜能大、突出源分散、煤体强度及渗透性低的特点,采用理论分析,从多次采动应力叠加及高能卸压瓦斯运移两方面,揭示了煤层群叠加开采突出力能转移及启动机制,进而启发多煤层协同疏解突出潜能、“多煤层-区域-局部”逐级强化抽采的防突思路。采用系统分析及归纳演绎法优选集成了多煤层全时段的井上、下联合防突技术体系,即规划区采用常规井、防突压裂井与多分支水平井联合抽采降突;准备区采用地面井+被保护层定向长钻孔群或多分支水平井井孔对接抽采立体区域化抽采防突;生产区采用本煤层定向长钻孔群条带预抽+递进式大孔径钻孔抽采消突,松软低透煤层需增加可控冲击波、低压脉动水力致裂等疲劳损伤增透方法以强化消突效果,并通过现场试验确立其关键技术参数。同时,建立了该模式应用过程阶段递进式动态评价函数,给出三阶段中2级指标四参数随时间变化表达式,并确定各指标临界值。现场工程实践表明:①沙曲一矿井上下联合消突模式在规划时间内基本实现上部2号,3+4号煤层协同消突;②资源开采3阶段的煤炭转化率依次为95%,85%,90%,整体动态转化率为70.5%,说明抽掘采衔接相对紧张,主要是准备区抽采防突效率低;③矿井优质煤炭产能释放量增加约80万t和煤层气产能提升420万m3。 展开更多
关键词 近距离煤层群 叠加开采 力能转移模型 优选集成 井上下联合防突 动态评价
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采空区顶板高位走向长钻孔高效抽采瓦斯机理研究 被引量:40
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作者 程志恒 卢云 +2 位作者 苏士龙 刘彦青 陈亮 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期136-142,共7页
为了提高采空区顶板高位走向长钻孔瓦斯抽采效率,消除工作面上隅角瓦斯超限事故,以山西华晋吉宁煤业有限责任公司2102综采工作面为研究对象,采用数值模拟、理论分析与现场试验相结合的方法,利用3DEC软件模拟计算2102综采工作面回采期间... 为了提高采空区顶板高位走向长钻孔瓦斯抽采效率,消除工作面上隅角瓦斯超限事故,以山西华晋吉宁煤业有限责任公司2102综采工作面为研究对象,采用数值模拟、理论分析与现场试验相结合的方法,利用3DEC软件模拟计算2102综采工作面回采期间采空区顶板裂隙场演化过程,根据裂隙场、应力场和应变场分布模拟结果在沿工作面推进方向上划分采空区顶板裂隙加强区范围与压实区范围,工作面推进期间煤层顶板在时间上先后经历裂隙加强区和重新压实区,处于裂隙加强区的钻孔部分为钻孔高效抽采作用区域,钻孔高效抽采段长度与钻孔高效抽采段裂隙发育程度共同决定高位走向长钻孔抽采效率,揭示了采空区顶板高位走向长钻孔高效抽采瓦斯作用机制;在此基础上,在采空区顶板裂隙带高度范围内布置多个高位试验钻孔,进行钻孔瓦斯抽采效果考察,研究结果表明:在保证高位钻孔布置于回风巷内侧顶板裂隙带前提下,最佳布孔层位为距煤层底板60 m左右,同时在高位试验钻孔作用下,上隅角瓦斯体积分数最大值由1.1%降低至0.6%,说明根据回风巷内侧采空区顶板裂隙带高度范围,布置高位走向长钻孔能显著降低上隅角瓦斯浓度。 展开更多
关键词 裂隙加强区 顶板重新压实区 高位钻孔 上隅角瓦斯浓度
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高位钻孔不同封孔方法质量检测及其优选 被引量:9
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作者 程志恒 卢云 +4 位作者 李海涛 王宏冰 浦仕江 孙福龙 娄亚辉 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期61-67,共7页
为优选出高位钻孔最佳的封孔方式,通过理论分析给出钻孔漏气6种表现形式,并推导出钻孔漏气量及漏风率的计算公式,进而基于不同钻孔深度瓦斯浓度及抽采负压的变化率确立钻孔漏气位置、漏气量、漏气率等封孔质量定量判定指标体系。结合封... 为优选出高位钻孔最佳的封孔方式,通过理论分析给出钻孔漏气6种表现形式,并推导出钻孔漏气量及漏风率的计算公式,进而基于不同钻孔深度瓦斯浓度及抽采负压的变化率确立钻孔漏气位置、漏气量、漏气率等封孔质量定量判定指标体系。结合封孔质量探测结果、操作难易程度及经济成本建立封孔方法优劣的多因素评价方法,并对聚氨酯式常压封孔(方法1)、囊袋式注浆带压封孔(方法2)、钻屑回填式注浆带压封孔(方法3)3种方法进行综合评价分析。研究结果表明:方法1~3的封孔段平均瓦斯浓度分别为5.6%,3.2%及8%,方法1对应的瓦斯浓度与抽采负压均出现突降,方法2对应的抽采负压在8~14 m出现突降,方法3则较稳定。故判定三者封孔质量为钻屑回填式>囊袋式>聚氨酯式,结合成本分析和操作难易综合分析确定高位钻孔的最优封孔方式为钻屑回填式注浆带压封孔。 展开更多
关键词 抽采钻孔 封孔质量 封孔方法 瓦斯浓度 抽采负压
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切顶卸压对重复扰动条件下的煤柱稳定性影响分析 被引量:11
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作者 张金贵 浦仕江 +3 位作者 闫亚楠 郭凯 程志恒 石迎爽 《煤炭工程》 北大核心 2021年第2期48-53,共6页
为解决相邻工作面开采时煤柱大量变形、巷道维护困难等问题,针对海湾煤矿三号井与王才伙盘煤矿井田边界煤柱现场条件,对煤柱稳定性进行力学分析,计算了煤柱承载强度与稳定性系数,确定了两个工作面所留设的边界煤柱都处于失稳和残余变形... 为解决相邻工作面开采时煤柱大量变形、巷道维护困难等问题,针对海湾煤矿三号井与王才伙盘煤矿井田边界煤柱现场条件,对煤柱稳定性进行力学分析,计算了煤柱承载强度与稳定性系数,确定了两个工作面所留设的边界煤柱都处于失稳和残余变形状态;通过数值模拟分析得出:当采用切顶卸压处理后,在工作面二次采动过程中,工作面前方煤柱仅发生零星破坏,有足够的弹性区,且核区率达到65%左右,塑性破坏主要发生在采空区后方,2206工作面10m边界煤柱垂向应力最大为8.0MPa,小于煤柱极限承载,因此煤柱能有效支撑上覆岩层重量并承受附加侧向应力的影响。 展开更多
关键词 切顶卸压 相邻工作面 重复扰动 煤柱稳定性 承载强度
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