瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透技术研究及应用

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作者 徐刚 孟子涵 +4 位作者 刘佳伟 刘晓 马利伟 单永科 金洪伟 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期319-329,共11页

瓦斯浓度衰减严重、抽采效率低下是我国煤矿瓦斯抽采中亟待解决的技术难题。依据水射流在空气中的射流结构建立了水射流破煤数学模型,应用空腔膨胀理论提出了水射流冲击作用下煤体破碎强度准则,进而得到了水射流破煤深度的计算方法;然... 瓦斯浓度衰减严重、抽采效率低下是我国煤矿瓦斯抽采中亟待解决的技术难题。依据水射流在空气中的射流结构建立了水射流破煤数学模型,应用空腔膨胀理论提出了水射流冲击作用下煤体破碎强度准则,进而得到了水射流破煤深度的计算方法;然后基于水射流对瓦斯抽采钻孔周围煤体的冲刷解堵作用、扩孔增透作用和冲击损伤作用阐释了瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透机理,并建立了钻孔周围煤体增透范围计算模型,获得了水射流作用下钻孔周围煤体径向应力、切向应力的分布规律;再采用有限元仿真软件LS-DYNA对水射流破煤过程进行了数值模拟,获得了射流压力作用下破煤深度的变化规律和煤体径向应力、煤体损伤的分布规律;最后研发了瓦斯抽采钻孔扩孔修复增透作业装置并在新安煤矿14250下部底板巷穿层钻孔进行了实践应用。结果表明:水射流破煤深度随射流压力的增大线性增加,随射流距离的增大线性减小,随煤体强度的增大呈幂函数形式减小;水射流对瓦斯抽采钻孔的增透作用包括冲刷解堵作用、扩孔增透作用和冲击损伤作用3个方面,水射流扩大了钻孔半径,增透范围随钻孔半径的增加而线性增大,水射流压力越高煤体径向应力和切向应力越大,钻孔周围煤体损伤范围也越大;形成了以喷头进入煤层段深度、冲出煤岩量和瓦斯浓度为指标的瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透效果评价体系。根据修复增透试验情况,喷头进入煤层段深度的比率达到90.5%,单孔冲出的煤岩量可达385.6kg,扩孔修复增透技术的实施使钻孔等效半径由56.50mm增大到114.02mm,增透范围由修复前的67.80mm扩大到136.82mm,瓦斯体积分数由修复前的1.40%提升到13.46%,实现了瓦斯抽采钻孔的冲刷解堵作用、扩孔增透作用和瓦斯抽采效果的显著提升。研究成果可为提升煤层瓦斯抽采钻孔的利用效率提供理论依据和技术支持。 展开更多

关键词 瓦斯抽采钻孔 水射流动压 破碎强度 扩孔修复增透 瓦斯浓度

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综采工作面卸压瓦斯“孔-巷”协同抽采技术研究

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作者 赵鹏翔 金权 +5 位作者 李树刚 刘元嘉 袁相磊 王捞捞 甘路军 潘磊 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第3期96-104,共9页

为有效控制综采工作面瓦斯超限问题、保障矿井安全生产,优化采动卸压瓦斯抽采技术体系。采用二维物理相似模拟试验方法,结合倾斜开采条件下“孔-巷”系统变形率与声发射能量变化规律,研究高抽巷与定向长钻孔的布置参数及抽采口位置;构... 为有效控制综采工作面瓦斯超限问题、保障矿井安全生产,优化采动卸压瓦斯抽采技术体系。采用二维物理相似模拟试验方法,结合倾斜开采条件下“孔-巷”系统变形率与声发射能量变化规律,研究高抽巷与定向长钻孔的布置参数及抽采口位置;构建综采工作面采动卸压瓦斯“孔-巷”协同抽采技术模型,并基于负压分配优化试验分析最佳抽采参数组合。研究结果表明:高抽巷合理平距为5~7倍采高,垂距为4.48~6.40倍采高;定向长钻孔合理平距为3.4~6.0倍采高,垂距为2.40~4.00倍采高;高抽巷抽采口最优位置为距离切眼52 m处;定向长钻孔与高抽巷负压比例分配为0.9∶14.5~1.3∶17.5时,抽采效率显著提升,瓦斯体积分数可稳定控制在安全阈值以下。研究结果可为高瓦斯矿井采动卸压瓦斯抽采系统设计、参数优化及安全防护技术提供理论支撑与工程实践参考。 展开更多

关键词 “孔-巷”协同 卸压瓦斯抽采 高抽巷 物理相似模拟试验

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缓倾斜煤层高位定向长钻孔抽采卸压瓦斯技术研究 被引量：1

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作者 双海清 刘子嘉 +3 位作者 林海飞 周斌 张文琦 罗永刚 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期102-108,共7页

为探究缓斜煤层覆岩采动裂隙时空演化及卸压瓦斯富集区的变化特征,采用物理相似模拟和现场监测方法,分析采动覆岩裂隙演化和裂隙分布特征;研究卸压瓦斯富集区演化特征,确定高位定向钻孔的合理布置参数方案,并进行效果检验。结果表明:试... 为探究缓斜煤层覆岩采动裂隙时空演化及卸压瓦斯富集区的变化特征,采用物理相似模拟和现场监测方法,分析采动覆岩裂隙演化和裂隙分布特征;研究卸压瓦斯富集区演化特征,确定高位定向钻孔的合理布置参数方案,并进行效果检验。结果表明:试验工作面沿煤层走向垮落带高度13 m,裂隙带高度68.5 m,沿工作面倾向裂隙网络受煤层倾角影响,工作面断裂角为54°~59°,裂隙发育的开度自工作面向上逐渐增大,瓦斯运移通道呈现出明显的非对称性特征;高位定向钻孔全生命周期瓦斯抽采过程依据其抽采体积分数可分为抽采初期、抽采中期和抽采末期3个阶段,其中抽采初期抽采体积分数偏低,抽采中期为钻孔抽采生命周期内的高效抽采阶段,进入抽采末期抽采体积分数呈现急剧下降的趋势;高位定向长钻孔抽采技术实施后,工作面上隅角、回风巷瓦斯体积分数均小于0.8%,瓦斯抽采效果良好,高位钻孔的布置方式较为合理。 展开更多

关键词 缓倾斜煤层 高位定向长钻孔 瓦斯抽采 卸压瓦斯 采动裂隙

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采动覆岩卸压瓦斯运储通道属性参数拓扑关系研究 被引量：1

4

作者 赵鹏翔 卓日升 +5 位作者 李树刚 林海飞 常泽晨 贾永勇 金权 刘元嘉 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期135-149,共15页

煤矿日益加剧的高强度开采过程中,诸多因素综合影响着覆岩裂隙的空间分布特征。覆岩裂隙分布的特征对于解放层开采中的瓦斯治理有着重要的指导意义。通过开展多组二维物理相似模拟试验,探究了不同开采条件下(开采高度、推进速度、关键... 煤矿日益加剧的高强度开采过程中,诸多因素综合影响着覆岩裂隙的空间分布特征。覆岩裂隙分布的特征对于解放层开采中的瓦斯治理有着重要的指导意义。通过开展多组二维物理相似模拟试验,探究了不同开采条件下(开采高度、推进速度、关键层层位、煤层倾角)覆岩裂隙网络分布特征及卸压瓦斯运储通道的属性参数,得到了几何参数、裂隙参数的拓扑干系网络。基于复杂网络演化理论可以简化现实干系的拓扑变换,并结合复杂网络特征参数分析运储通道干系结构和因素节点的演化特征,实现了覆岩裂隙网络干系影响因素的定量描述,建立了卸压瓦斯运储通道网络干系结构矩阵及模型。结果表明:卸压瓦斯运储通道的发育范围、贯通度以及分形维数均随着采高、关键层层位及煤层倾角增大而不断扩大;随着推进速度的加快,发育范围却呈现减小的趋势。采高的增加对离层量影响最大,6 m采高相较于4 m时增幅达到146.9%。破断裂隙密度的变化主要受煤层倾角影响,受推速的影响较小,将钻孔布置在高密度区域(破断裂隙密度>4.7条/m),可以有效起到瓦斯截留的作用。研究结果可进一步优化不同因素影响下瓦斯抽采钻孔的布置参数,提高瓦斯抽采效率,从而保证工作面安全高效回采,对实现瓦斯精准绿色抽采具有一定的现实意义。 展开更多

关键词 卸压瓦斯 运储通道 属性参数 瓦斯抽采 拓扑关系

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三轴条件下递增瓦斯压力和煤样孔隙结构对瓦斯解吸-渗流影响研究

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作者 蔡雨初 李树刚 +3 位作者 孔祥国 杨送瑞 季鹏飞 和递 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第2期305-316,共12页

煤体孔隙结构是影响矿井瓦斯抽采的根源因素,而瓦斯抽采涉及瓦斯解吸-渗流等运移阶段,因此,研究煤体孔隙结构对三轴原位赋存条件下瓦斯解吸-渗流规律的影响十分必要。通过煤层气流固耦合测试平台,对5种代表性煤样进行解吸-渗流试验,研... 煤体孔隙结构是影响矿井瓦斯抽采的根源因素,而瓦斯抽采涉及瓦斯解吸-渗流等运移阶段,因此,研究煤体孔隙结构对三轴原位赋存条件下瓦斯解吸-渗流规律的影响十分必要。通过煤层气流固耦合测试平台,对5种代表性煤样进行解吸-渗流试验,研究了递增瓦斯压力下不同煤样解吸量和渗流速率随时间的变化规律,分析了解吸量、渗流速率与递增瓦斯压力相关性。结果表明:在轴压4.0 MPa和围压3.5 MPa条件下,5种典型煤样解吸量、渗流速率随时间变化过程均可分为快速增长、缓慢增长和稳定维持阶段;在瓦斯解吸阶段,赵固二矿(ZG)煤样解吸时间远大于其他煤样,但其解吸量远小于其他煤样,主要是其微小孔与中大孔之间的孔喉结构较多,较小孔喉及封闭孔喉占比较大;瓦斯压力从1.5 MPa递增至2.7 MPa,大柳塔(DLT)煤样解吸率增加最大为54%,而ZG煤样解吸率在40%上下波动(幅度小于4%),瓦斯压力对ZG煤样孔隙结构破坏远低于其他煤样;在瓦斯渗流阶段,煤样瓦斯渗流速率随瓦斯压力递增表现为显著的线性正相关,主要是高瓦斯压力对煤样孔隙和裂隙的扩容效应更强,瓦斯渗流速率将决定现场瓦斯抽采效率,而瓦斯解吸量大小将影响瓦斯抽采能力,二者将共同决定瓦斯抽采效果。基于煤样孔隙结构和递增瓦斯压力条件提出三轴煤样瓦斯解吸-渗流机理,对现场瓦斯抽采及瓦斯灾害防治具有一定借鉴意义。 展开更多

关键词 解吸-渗流 瓦斯压力 三轴受载条件 孔隙特征 煤样

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综采工作面采高影响瓦斯运-储区交叉融合机理

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作者 赵鹏翔 郭旭 +4 位作者 王超 李树刚 卓日升 常泽晨 雷雯 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第8期31-41,共11页

【目的】煤层采高对覆岩裂隙发育及瓦斯运–储区特征具有显著影响,通过研究不同采高条件下的影响规律,能够指导瓦斯抽采钻孔布置于合适区域,从而有效提升瓦斯抽采效率。【方法】以山西和顺天池煤矿302工作面为研究对象,综合运用物理相... 【目的】煤层采高对覆岩裂隙发育及瓦斯运–储区特征具有显著影响,通过研究不同采高条件下的影响规律,能够指导瓦斯抽采钻孔布置于合适区域,从而有效提升瓦斯抽采效率。【方法】以山西和顺天池煤矿302工作面为研究对象,综合运用物理相似模拟实验、理论分析及工程验证等方法,系统研究2、4、6 m这3种不同采高条件下覆岩裂隙发育特征及瓦斯运–储区的动态演化规律。【结果和结论】基于裂隙开合度突变点(1 m)与贯通度突变点(0.68),将采空区划分为覆岩压实区(开合度≤1 m,贯通度≤0.1)、瓦斯运移区(开合度>1 m,贯通度≥0.68)和瓦斯储集区(开合度>1 m,贯通度<0.68);分析不同采高条件下裂隙发育情况,得出横纵裂隙发育高度与突变频率随采高增加显著提升;通过裂隙率与裂隙熵的同步变化表征瓦斯运移区与储集区的交叉融合状态,区域随周期来压呈现“运储一体−初次形成−交叉融合−区域分离”4阶段演化,对比发现交叉融合层位及范围与采高呈正相关;基于椭抛带理论构建卸压瓦斯运–储区交叉融合采高效应数学模型,提出以裂隙特征参数判定运移区与储集区边界的流程,确定钻孔布置于瓦斯运移区中上部;现场试验表明,定向钻孔布置于运移区中上部时,平均瓦斯抽采量占比达52.3%,该结果验证了理论模型的适用性。研究成果为卸压瓦斯高效抽采提供了理论依据。 展开更多

关键词 采高效应 卸压瓦斯运–储区 交叉融合 覆岩裂隙 物理相似模拟

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沿空留巷开采覆岩裂隙演化规律及卸压瓦斯抽采技术 被引量：20

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作者 林海飞 刘思博 +3 位作者 双海清 徐培耘 周斌 罗荣卫 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第1期48-60,共13页

沿空留巷开采是我国煤炭可持续发展的重要方向之一,其采动覆岩卸压瓦斯运移储集区演化与传统开采方式有所不同。为进一步准确辨识沿空留巷开采覆岩卸压瓦斯运移储集区,通过数值模拟及物理相似材料模拟,研究了切顶侧与未切顶侧的裂隙特征... 沿空留巷开采是我国煤炭可持续发展的重要方向之一,其采动覆岩卸压瓦斯运移储集区演化与传统开采方式有所不同。为进一步准确辨识沿空留巷开采覆岩卸压瓦斯运移储集区,通过数值模拟及物理相似材料模拟,研究了切顶侧与未切顶侧的裂隙特征,分析了采动覆岩裂隙动态发育过程及应变分布规律,提出了沿空留巷开采卸压瓦斯抽采靶区位置判别方法,并进行了现场工程实践。研究结果表明:低位覆岩受切顶影响,易发生破断垮落;高位覆岩区域未切顶侧覆岩裂隙较为发育,切顶侧与非切顶侧裂隙发育高度相同。采动裂隙形态、覆岩应变形态均呈梯形,随覆岩周期破断,采动裂隙呈跃进态势向上发展。不同区域采动离层裂隙角度集中在0°~10°,竖向破断裂隙区角度主要集中在80°~120°。基于关键层判别、采动裂隙角度及数量、覆岩应变特征等,结合通风方式,提出沿空留巷开采卸压瓦斯抽采靶区判定方法,将抽采钻孔布置在“采动裂隙锐角发育区+高瓦斯体积分数”区域,判定得出试验工作面抽采靶区为与煤层顶板垂距30~46m、与辅运巷平距30~55m的区域。试验工作面开采期间整体瓦斯抽采效果良好,说明基于沿空留巷开采卸压瓦斯抽采靶区判定方法设计的抽采钻孔具有合理性,可为沿空留巷开采“Y”型通风方式下卸压瓦斯抽采钻孔设计提供一定参考。 展开更多

关键词 沿空留巷 卸压瓦斯抽采 采动裂隙 储集运移区 抽采靶区

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动载作用下煤体孔隙结构演化与瓦斯渗流规律研究

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作者 李树刚 和递 +4 位作者 孔祥国 林海飞 赵鹏翔 张辉 李宇航 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第5期797-807,F0003,共12页

为探究不同动载荷作用下煤样孔隙损伤特征和瓦斯渗流规律,采用霍普金森压杆(SHPB)试验系统开展了动载冲击试验,基于核磁共振(NMR)和煤岩芯渗透率测试装置分别测试了不同冲击速度作用前后煤样的T2谱和渗透率,并分析了煤样孔裂隙分布及其... 为探究不同动载荷作用下煤样孔隙损伤特征和瓦斯渗流规律,采用霍普金森压杆(SHPB)试验系统开展了动载冲击试验,基于核磁共振(NMR)和煤岩芯渗透率测试装置分别测试了不同冲击速度作用前后煤样的T2谱和渗透率,并分析了煤样孔裂隙分布及其损伤演化特征。结果表明:冲击速度逐渐增大,煤样孔隙演化过程中微孔和中大孔相继占据主导地位,最大增幅分别为21.10%和30.57%。煤样孔隙结构损伤区域整体由点状分散分布形态转变为复杂线、面状交织分布形态,渗流孔隙和总孔隙分形维数均随冲击速度的增加呈线性减小趋势,孔隙度增量呈指数型增长趋势,煤样渗透率增量呈增大趋势,当瓦斯压力为0.30 MPa时,增量最为明显,煤样渗透率增量随瓦斯压力的增加均呈指数降低趋势。冲击速度增大时,中大孔衍生发育使得煤样内部瓦斯流动状态从微孔隙流动转化为微裂隙流动,从而造成渗透率明显增加的现象。 展开更多

关键词 动载作用 核磁共振 孔隙结构 瓦斯渗流 损伤演化

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切顶留巷贯通相邻采空区覆岩破断特征研究及应用

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作者 林海飞 刘思博 +5 位作者 李树刚 双海清 田雨 罗荣卫 陈志恒 苟锐 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期152-165,共14页

为研究切顶留巷工作面覆岩裂隙演化特征,通过物理相似模拟分析了采动裂隙发育高度、离层量及应变分布规律,探讨了切顶留巷开采顶板结构演变特征及覆岩非对称断裂模式。基于虚功原理与塑性铰相关理论,给出了切顶留巷开采不同阶段顶板破... 为研究切顶留巷工作面覆岩裂隙演化特征,通过物理相似模拟分析了采动裂隙发育高度、离层量及应变分布规律,探讨了切顶留巷开采顶板结构演变特征及覆岩非对称断裂模式。基于虚功原理与塑性铰相关理论,给出了切顶留巷开采不同阶段顶板破断块体尺寸计算公式。研究结果表明:①首采工作面切顶侧垮落带裂隙较为发育;未切顶侧裂隙带裂隙较为发育。②非首采工作面贯通相邻采空区后,覆岩裂隙及离层量曲线均呈非对称分布特征,未切顶侧裂隙被压实闭合,切顶侧裂隙稳定存在;相较于未切顶侧,切顶侧离层量小0.46~8.50 mm,裂隙发育程度低。③首采工作面低位岩层初次断裂形态呈“U+Y”状,切顶侧断裂线平行于切顶方向;非首采工作面低位岩层破断呈“矩形”,高位岩层初次破断形态呈非对称“O+X”状,周期破断呈“U+Y”状,断裂迹线偏向于未切顶侧。④非首采工作面高位岩层破断步距增加,破断块体尺寸增大,单位体积内裂隙数量减少,瓦斯向上运移难度增大。⑤非首采工作面卸压瓦斯治理,需适当降低抽采钻孔布置高度;确定了切顶留巷工作面卸压瓦斯高效抽采区域,现场试验钻孔瓦斯抽采效果验证了区域划分的准确性。 展开更多

关键词 切顶留巷 采动裂隙 贯通采空区 卸压瓦斯抽采 破断形态

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综放工作面倾角影响卸压瓦斯运储区分形维数交叉融合研究及应用

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作者 赵鹏翔 常泽晨 +5 位作者 李树刚 林海飞 卓日升 邵秋冬 裴文博 王捞捞 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3966-3979,共14页

明晰煤炭开采过程中采空区卸压瓦斯的流动和聚集规律对于保障矿井安全作业具有重要意义。以新疆菏泽腾达煤矿B5煤层某主采工作面为研究背景,分析了不同煤层倾角下采动覆岩裂隙演化规律,确定了采空区卸压瓦斯运储区域范围,利用分形维数... 明晰煤炭开采过程中采空区卸压瓦斯的流动和聚集规律对于保障矿井安全作业具有重要意义。以新疆菏泽腾达煤矿B5煤层某主采工作面为研究背景,分析了不同煤层倾角下采动覆岩裂隙演化规律,确定了采空区卸压瓦斯运储区域范围,利用分形维数软件研究了卸压瓦斯运储区变化过程,构建了卸压瓦斯运储区倾角效应分形维数量化表征模型,揭示了倾角影响下瓦斯运储区交叉融合特征。结果表明:采动过程中上覆岩层离层量突变点1.87 m和贯通度突变点0.57可将裂隙场划分为瓦斯储集区、瓦斯运移区和覆岩压实区;通过研究不同区域的分形维数变化规律,掌握了瓦斯运储区随工作面推进呈现出“运储一体—区域显现—交叉融合—区域分离”的变化过程,在“区域形成—交叉融合—区域分离”阶段下的分形维数呈现出变化较小、剧烈变化和新发育3种状态;得到了煤层倾角影响下瓦斯运储区特征参数(区域高度、宽度)的大小,构建了瓦斯运储区倾角效应分形维数量化表征模型;依据现场实际情况计算出瓦斯运储区空间截面范围,对工作面卸压瓦斯抽采钻孔布置参数进行优化,优化后的卸压瓦斯抽采纯量和体积分数均有显著上升,验证了瓦斯运储区倾角效应分形维数量化表征模型及钻孔布置的合理性,研究结果可为倾斜厚煤层卸压瓦斯精准分域抽采提供参考。 展开更多

关键词 煤层倾角 分形维数 瓦斯运储区 交叉融合 钻孔布置

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高突矿井采空区卸压瓦斯精准辨识及高效抽采 被引量：36

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作者 丁洋 朱冰 +5 位作者 李树刚 林海飞 魏宗勇 李磊明 龙航 宜艳 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3565-3577,共13页

高突矿井采空区卸压瓦斯富集区的识别和富集区内抽采钻孔的布置对治理高突工作面瓦斯超限和采空区卸压瓦斯抽采具有重要意义。采用物理相似模拟和理论分析对高突矿井采空区卸压瓦斯富集区范围进行研究,基于“三带”理论和“椭抛带”理论... 高突矿井采空区卸压瓦斯富集区的识别和富集区内抽采钻孔的布置对治理高突工作面瓦斯超限和采空区卸压瓦斯抽采具有重要意义。采用物理相似模拟和理论分析对高突矿井采空区卸压瓦斯富集区范围进行研究,基于“三带”理论和“椭抛带”理论,提出逐步精准辨识高突矿井采空区卸压瓦斯富集区的判别方法,并创新椭抛带微分扫掠数值建模方法;采用RSM-BBD(Response Surface Methodology Box-Behnken Design)方法设计试验,运用Fluent软件对卸压瓦斯抽采参数进行数值模拟研究,分析各单因素和交互因素对抽采效果的影响,拟合出各层位抽采参数与上隅角瓦斯体积分数的回归模型,得出各层位最优抽采钻孔参数,并开展数值模拟对比验证最优参数抽采效果;最后根据高突矿井采空区卸压瓦斯富集区精准识别和富集区内钻孔参数优化结果进行高位定向钻孔现场抽采试验。结果表明:采空区存在“卸压瓦斯存在区”、“椭抛带形运移活跃区”和“环形卸压瓦斯富集区”;单因素对同一垂距下环形富集区内抽采效果影响程度依次为:钻孔直径>钻孔平距>抽采负压,抽采负压和钻孔平距的交互作用对上隅角瓦斯体积分数的影响也较为明显;优化抽采参数后,试验工作面抽采期间回风流和钻场总抽采管内瓦斯体积分数整体呈下降趋势,回风流平均瓦斯体积分数为0.32%,钻场总抽采管内平均瓦斯体积分数为12.95%,工作面瓦斯得到有效控制。 展开更多

关键词 高效抽采 卸压瓦斯 高突矿井 环形富集区 RSM-BBD

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“深部煤层瓦斯精准抽采”专题客座主编致读者 被引量：1

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作者 李树刚 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期F0002-F0002,I0001,共2页

党中央、国务院历来高度重视煤矿瓦斯防治工作,近些年相继出台了《煤矿瓦斯治理与利用实施意见的通知》《关于加强煤矿瓦斯先抽后采工作的指导意见》《强化煤矿瓦斯防治十条规定》《关于“十三五”期间煤层气(瓦斯)开发利用补贴标准的... 党中央、国务院历来高度重视煤矿瓦斯防治工作,近些年相继出台了《煤矿瓦斯治理与利用实施意见的通知》《关于加强煤矿瓦斯先抽后采工作的指导意见》《强化煤矿瓦斯防治十条规定》《关于“十三五”期间煤层气(瓦斯)开发利用补贴标准的通知》等系列文件,构建完善了煤矿瓦斯抽采防治政策体系。 展开更多

关键词 煤矿瓦斯防治 深部煤层 先抽后采 煤矿瓦斯治理 煤矿瓦斯抽采 补贴标准 防治政策 煤层气(瓦斯)

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顺层钻孔预抽煤层瓦斯精准布孔模式及工程实践 被引量：38

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作者 林海飞 季鹏飞 +3 位作者 孔祥国 李树刚 窦桂东 李可 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1220-1234,共15页

顺层钻孔预抽瓦斯技术是降低煤层瓦斯含量的有效方法之一,合理的布孔参数是提高煤层瓦斯预抽效果的关键。为提高顺层钻孔布孔精准性和科学性,建立了含瓦斯煤体流固耦合抽采模型,基于响应面法设计布孔参数优化方案,运用COMSOL Multiphys... 顺层钻孔预抽瓦斯技术是降低煤层瓦斯含量的有效方法之一,合理的布孔参数是提高煤层瓦斯预抽效果的关键。为提高顺层钻孔布孔精准性和科学性,建立了含瓦斯煤体流固耦合抽采模型,基于响应面法设计布孔参数优化方案,运用COMSOL Multiphysics模拟软件分析了地质因素(煤层瓦斯含量、透气性系数)和工程因素(抽采负压、钻孔直径、布孔间距)交互作用对钻孔预抽煤层瓦斯的影响规律,提出钻孔间最大瓦斯压力与达标压力比(P_(max)/P_(b))的布孔参数判定指标,创新了煤层“分时分区”式顺层钻孔预抽煤层瓦斯精准布孔方法,得到适用于不同煤层瓦斯赋存特征的最优钻孔布置参数,并进行现场试验。结果表明:预抽初期,相邻钻孔间抽采叠加效应不明显;随着预抽时间延长,抽采叠加效应越发显著,垂直钻孔方向的抽采达标区域逐渐由孤立向复合转变。不同预抽时间下,P_(max)/P_(b)对各因素的敏感性依次为:布孔间距>煤层瓦斯含量>透气性系数>钻孔直径>抽采负压。不同预抽时间下,煤层瓦斯含量和透气性系数的交互作用响应等值线分布密集,2者对P_(max)/P_(b)影响非常显著,并且对P_(max)/P_(b)数值影响较大;工程因素中抽采负压与钻孔直径的交互作用响应等值线呈圆形分布,说明二者交互作用不明显;在布孔间距与地质因素交互作用下,响应等值线沿布孔间距方向更为密集,布孔间距对P_(max)/P_(b)影响仍然是显著的,与单因素分析结果相互佐证。试验工作面采用“分时分区”式顺层钻孔精准布孔方法确定的合理布孔参数依次为:抽采负压24.0 kPa、钻孔直径113 mm、布孔间距6.0 m;经优化预抽钻孔参数后,现场瓦斯预抽效果良好且预抽达标检验合格,实现了煤层瓦斯精准预抽。 展开更多

关键词 瓦斯精准抽采 顺层钻孔 交互作用 布孔优化 分时分区

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我国低渗煤层井下注气驱替增流抽采瓦斯技术进展及前景展望 被引量：25

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作者 林海飞 季鹏飞 +5 位作者 孔祥国 李树刚 白杨 龙航 李柏 和递 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期730-749,共20页

我国大部分矿区煤层渗透率较低,注气驱替增流抽采瓦斯技术是提高低渗煤层瓦斯抽采效率的有效方法之一。分类梳理了我国低渗煤层瓦斯赋存特征,总结概括出高资源储量、低含气饱和度、多储层压力并存、低渗透性和复杂分区性5个特点。利用... 我国大部分矿区煤层渗透率较低,注气驱替增流抽采瓦斯技术是提高低渗煤层瓦斯抽采效率的有效方法之一。分类梳理了我国低渗煤层瓦斯赋存特征,总结概括出高资源储量、低含气饱和度、多储层压力并存、低渗透性和复杂分区性5个特点。利用差异置信法、灰色关联法、置信区间计算法,分析了我国煤层瓦斯对井下注气驱替增流抽采瓦斯技术的适用性,获得6个影响注气驱替瓦斯效果的直接因素,影响度依次为:煤体普氏系数>瓦斯压力>渗透率>灰分>瓦斯含量>朗格缪尔压力常数;建立了适用于井下注气驱替增流抽采瓦斯技术的煤层参数筛选评价方法。根据注气驱替煤体瓦斯增流机制的不同,从气体因素、注能改性两方面厘清了注气驱替煤体瓦斯增流机制,气体因素增流机制包括:充能携载、分压促解、稀释促扩散、竞争吸附;注能改性增流机制包括:充能扩孔、促解扩孔、充能拓孔、脉冲气流损伤孔隙结构/展布裂隙网络。总结了注气驱替气源、工艺参数对瓦斯驱替效果的影响规律,简要介绍了井下注气驱替增流抽采瓦斯关键技术与装备、应用模式及应用效果。展望了我国井下注气驱替增流抽采瓦斯技术的未来发展趋势,具体包括:多学科深化注气驱替增流抽采瓦斯理论、多方法协同注气驱替增流抽采瓦斯技术、注气驱替增流抽采瓦斯工艺参数精准化、注气驱替增流抽采瓦斯装备智能化、煤层注-抽-掘-采衔接布局协调化。 展开更多

关键词 增流机制 注气驱替 低渗煤层 关键技术与装备 抽采瓦斯技术

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倾斜厚煤层覆岩瓦斯高渗区应力场-渗流场联动演化采高效应 被引量：2

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作者 赵泓超 赵鹏翔 +2 位作者 许永刚 张文进 卓日升 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第5期866-879,共14页

倾斜煤层开采后覆岩应力场分布特征与水平、近水平煤层存在着较多的不同点,其上覆岩层瓦斯高渗区域及其裂隙演化规律也有所差异,同时受煤层采高的影响较为明显。为掌握倾斜厚煤层覆岩瓦斯高渗区应力场-渗流场联动演化规律,基于数值模拟... 倾斜煤层开采后覆岩应力场分布特征与水平、近水平煤层存在着较多的不同点,其上覆岩层瓦斯高渗区域及其裂隙演化规律也有所差异,同时受煤层采高的影响较为明显。为掌握倾斜厚煤层覆岩瓦斯高渗区应力场-渗流场联动演化规律,基于数值模拟方法,以新疆昌吉硫磺沟煤矿的主采工作面为原型,研究倾斜厚煤层采动覆岩裂隙演化规律的采高效应,揭示不同采高条件下覆岩裂隙高渗区的时空演化规律。结果表明:倾斜煤层的覆岩应力场总体上呈采空区下端应力高、上端应力低的非对称“蝶形”分布,采空区下端瓦斯高渗区以横向延展为主,采空区上端瓦斯高渗区以纵向扩大为主;此外,煤层开采引起的瓦斯渗流场变化和应力破坏形成更多瓦斯运移通道的耦合作用是采动瓦斯渗压改变的原因,而瓦斯高渗区为阻断瓦斯并且控制瓦斯贯通的重点区域。因此,将瓦斯抽采系统布置于瓦斯高渗区内可从最大程度上降低整个采动裂隙场的瓦斯浓度,有效地控制生产期间瓦斯浓度异常的风险。 展开更多

关键词 倾斜厚煤层 卸压瓦斯高渗区 联动演化 采高效应

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倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区分域方法及分形特征研究

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作者 赵鹏翔 王玉龙 +4 位作者 李树刚 林海飞 金士魁 卓日升 双海清 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期71-83,共13页

为研究倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区的分域方法及分形特征,以分形理论和灰色理论为基础,采用平面物理相似模拟试验方法,开展了仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区裂隙演化规律研究,得到了覆岩瓦斯缓渗区的动态扩展规律,进而构建... 为研究倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区的分域方法及分形特征,以分形理论和灰色理论为基础,采用平面物理相似模拟试验方法,开展了仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区裂隙演化规律研究,得到了覆岩瓦斯缓渗区的动态扩展规律,进而构建了覆岩瓦斯缓渗区精细分域方法,并采用灰色关联分析方法对覆岩瓦斯缓渗区沿横向(工作面推进方向)和纵向(垂直于煤层底板向上方向)分形维数与离层量、破断裂隙密度及应力集中系数之间的最大关联度分别进行确定。研究结果表明:覆岩瓦斯缓渗区在第一次周期来压后初步形成,其后每次周期来压时,覆岩瓦斯缓渗区两侧的垮落角均不断减小而宽度和高度均不断增大。具体表现为从缓渗区初次形成至缓渗区充分发育期间,缓渗区开切眼侧和工作面侧的垮落角分别从68.3°和76.2°减小到44.7°和53.5°;而缓渗区的宽度和高度分别从16.3 m和19.2 m增大到52.1 m和38.4 m。根据建立的覆岩瓦斯缓渗区分域准则及流程,结合灰色关联分析方法,得到覆岩瓦斯缓渗区沿横向和纵向分形维数变化均与离层量变化相关性最强(r_(1)=0.93,r_(1)^(*)=0.91),并通过试验验证了理论计算的准确性。因此,在后期确定卸压瓦斯抽采钻孔(巷道)终孔(巷)时,可通过现场观测离层量对覆岩瓦斯缓渗区边界进行判断,研究结果对采空区卸压瓦斯精准高效抽采具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 倾斜厚煤层 仰斜综采工作面 覆岩瓦斯缓渗区 分域方法 分形特征

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软硬互层覆岩结构影响卸压瓦斯运–储区交叉融合的厚度比效应 被引量：1

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作者 赵鹏翔 裴文博 +5 位作者 李树刚 林海飞 卓日升 常泽晨 邵秋冬 马晓川 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期163-177,共15页

为掌握软硬互层覆岩结构影响卸压瓦斯运–储区交叉融合的厚度比效应,以不同厚度比的软硬互层覆岩结构为试验对象,利用二维物理相似模拟试验平台,开展软硬互层覆岩结构裂隙演化及破断机制试验,并结合分形理论定量描述软硬互层覆岩结构裂... 为掌握软硬互层覆岩结构影响卸压瓦斯运–储区交叉融合的厚度比效应,以不同厚度比的软硬互层覆岩结构为试验对象,利用二维物理相似模拟试验平台,开展软硬互层覆岩结构裂隙演化及破断机制试验,并结合分形理论定量描述软硬互层覆岩结构裂隙分布特征,根据采动覆岩椭抛带理论,同时引入回转角、贯通度、裂隙率等特征参数,研究软硬互层覆岩结构瓦斯运移区和储集区交叉融合动态变化特征受软硬互层结构厚度比的影响。试验结果表明:瓦斯的运–储区内外边界和运–储交界分别位于分形维数、裂隙贯通度、破断回转角与裂隙率的突变区域,运移区破断回转角大于2.07°,储集区破断回转角为1°~2.07°。瓦斯运移区和储集区破断裂隙贯通度分别为0.6~1.0和0.2~0.6;根据瓦斯运–储区裂隙率、回转角、贯通度的变化,确定瓦斯运移区、储集区与交叉融合区边界,裂隙率、回转角、贯通度呈现先快速减小,后减小速率明显减缓,最后减小速率再次增大的趋势;软硬互层覆岩经历运–储区开始形成、运移区与储集区首次出现、交叉融合区初次形成、交叉融合区扩大、运–储区与交叉融合边界逐渐模糊5个时期,最终形成完整的椭圆抛物带状的覆岩裂隙场;建立软硬互层覆岩结构瓦斯运–储区厚度比效应量化表征模型,同时根据瓦斯运–储区表征参数确定其边界及状态判定流程,确定软硬互层覆岩结构上覆岩层裂隙演化及破断机制。 展开更多

关键词 软硬互层 瓦斯运–储区 交叉融合 厚度比效应 覆岩裂隙

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含气量对煤超声波传播速度的影响实验研究

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作者 徐刚 史嘉慧 +1 位作者 金洪伟 王云龙 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第1期64-71,共8页

为了借助超声波探测方法快速准确定量获得煤层中的甲烷含量。采用低频岩石物理测量装置开展原生结构煤和碎裂结构煤在不同含气量条件下的超声波速度测试实验,分析含气量对煤超声波传播特性的影响规律。研究结果表明:煤体纵波速度随含气... 为了借助超声波探测方法快速准确定量获得煤层中的甲烷含量。采用低频岩石物理测量装置开展原生结构煤和碎裂结构煤在不同含气量条件下的超声波速度测试实验,分析含气量对煤超声波传播特性的影响规律。研究结果表明:煤体纵波速度随含气量的增加呈现出先增大后减小的变化规律,煤体横波速度随含气量的增加而增大;与原生结构煤相比,含气量对碎裂结构煤超声波速度变化幅度的影响更加显著;以煤体超声波速度和孔隙率关系为基础,建立超声波速度随含气量变化的数学模型;含气量初始增加时,煤体基质吸附膨胀效应起主导作用,煤体纵波速度增大,随着含气量的持续增加,孔隙压力压缩煤体骨架效应起主导作用,煤体纵波速度减小。研究结果可为超声波探测方法识别瓦斯富集区提供参考。 展开更多

关键词 煤体 含气量 超声波速度 孔隙率 吸附膨胀效应

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高瓦斯厚煤层综采工作面推进速度影响下的瓦斯运–储区交叉融合机理 被引量：9

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作者 赵鹏翔 张文进 +3 位作者 李树刚 卓日升 林海飞 索亮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期3405-3419,共15页

裂隙结构具有复杂性和不规则性,对上覆岩层卸压瓦斯的运移和储集具有决定性影响。为了确定高瓦斯厚煤层综采工作面推进过程中瓦斯运移区和储集区交叉融合的动态变化对瓦斯赋存的影响以及在不同推进速度下上覆岩层中的瓦斯运储规律,采用... 裂隙结构具有复杂性和不规则性,对上覆岩层卸压瓦斯的运移和储集具有决定性影响。为了确定高瓦斯厚煤层综采工作面推进过程中瓦斯运移区和储集区交叉融合的动态变化对瓦斯赋存的影响以及在不同推进速度下上覆岩层中的瓦斯运储规律,采用二维物理相似模拟实验分析覆岩裂隙分布特征和瓦斯运–储区的几何变化规律,探究不同推进速度下运–储区随周期来压交叉融合的变化特征,并以工作面推进速度为关键参数,建立瓦斯运–储区的推速效应量化表征模型,揭示推进速度影响下瓦斯运–储区的对称周期性构建机制。结果表明,瓦斯的运–储区内外边界和运–储交界分别位于裂隙开合度和贯通度的突变区域,随着推进速度的增大,运–储区边界从采空区中部向两侧缩减;随着工作面推进,瓦斯储集区逐渐过渡成为运移区,两区域范围相互交叉融合,整个过程中运–储区在循环“构建—破坏—构建”,最终形成完整的对称椭圆抛物带状的覆岩裂隙场;裂隙熵的变化随工作面的推进先增大后减小,裂隙率的变化随工作面的推进分别经历了2次增大和减小,表明瓦斯运移区和储集区随工作面推进呈“初次形成—交叉融合—区域分离扩大”的动态变化;此外,在采动裂隙椭抛带理论的基础上,构建瓦斯运–储区推速效应量化表征模型,建立瓦斯运–储区边界及状态判定流程,揭示推进速度影响下的瓦斯运–储区交叉融合演化机理和对称形态的周期性构建机制,为研究采空区卸压瓦斯分布和实现瓦斯富集区定向精准抽采提供指导。 展开更多

关键词 高瓦斯厚煤层 推进速度 覆岩裂隙 瓦斯运–储区 交叉融合

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倾斜厚煤层综放工作面伪斜长度与上隅角瓦斯浓度耦合机制研究 被引量：7

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作者 赵鹏翔 安星虣 +4 位作者 李树刚 康新朋 黄义通 杨俊生 金士魁 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期73-85,共13页

倾角煤层的开采,常伴随输送机上窜、下滑问题。一般通过增加伪斜长度来确保液压支架的正常移动,并为机头机位提供更多作业空间,但伪斜长度增加会影响架间和上隅角瓦斯变化,导致工作面出现瓦斯浓度异常现象。针对倾斜厚煤层开采中容易出... 倾角煤层的开采,常伴随输送机上窜、下滑问题。一般通过增加伪斜长度来确保液压支架的正常移动,并为机头机位提供更多作业空间,但伪斜长度增加会影响架间和上隅角瓦斯变化,导致工作面出现瓦斯浓度异常现象。针对倾斜厚煤层开采中容易出现上隅角瓦斯超限的问题,应用Fluent数值模拟软件,分析不同伪斜长度下采空区瓦斯浓度分布规律,确定最优伪斜长度。为研究采空区瓦斯运移规律,应用Fluent数值模拟软件,在伪斜长度分别为20、25、30、35 m条件下对“U”型通风方式下的采空区瓦斯分布及流场情况进行研究。模拟发现:伪斜长度在一定程度上影响采空区内的风流,使得采空区内风流紊乱,瓦斯局部地区集聚严重,进而对采空区内的瓦斯分布及运移造成一定的影响。研究结果表明:工作面伪斜长度对于采空区瓦斯浓度分布有显影响,随着伪斜长度的增加,采空区内风流发生提前转向,导致采空区瓦斯提前向工作面涌出,瓦斯异常区从上隅角处逐渐向工作面偏移,上隅角瓦斯浓度逐渐降低。通过模拟结果对现场伪斜长度优化应用后,试验工作面在伪斜长度25 m左右时,上隅角、回风巷最大瓦斯体积分数均控制在1%以内,工作面未出现瓦斯异常积聚现象。模拟结果与现场观测结果吻合,得到最优伪斜长度为25 m。 展开更多

关键词 倾斜厚煤层 伪斜长度 “U”型通风 瓦斯浓度 上隅角

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